煤矿设备电控箱的稳态热传递及线性静态研究

李建新

摘 要：本文针对煤矿设备的电控箱分别进行了稳态热传递研究及线性静态力学研究。对煤矿设备电控箱进行三维建模，基于热传递原理，分析了电控箱内部的散热性能;在电控箱内部加压以模拟实际电控箱的工况，研究电控箱的变形及应力情况。得出电控箱的温度在可控制范围之内，其各处应力及变形均在允许范围之内。

关键词：煤矿设备;电控箱;稳态热传递;线性静态;

中图分类号： 文献标识码： A

随着中国经济的发展，能源的利用逐年增加，社会上兴起了多种新的能源，包括风能、潮汐能、核能、太阳能等一系列新的经济、清洁、高效的能源，而我国作为一个煤炭大国，煤炭的使用一直处于不可或缺的主导地位，据统计到2050年煤炭依然在我国燃料使用中占有很大的比重，因而如何安全、高效、清洁、智能的开采是对现代化煤矿提出的重要考验。

煤矿设备的电控箱关乎其能否正常运行，其散热性能的好坏直接影响着煤矿设备的使用寿命及其采掘效率，严重时会危及矿工生命，不仅给煤矿企业造成巨大的损失，更造成了生命危险，煤矿设备的电控箱在运行过程中会伴随一定的发热，有效散热及做好安全防护是其正常运行的前提，本文分析煤矿设备在正常运行过程中的电控箱散热情况及其在受稳态压力工况下的变形情况，为煤矿设备的正常运行及保证煤矿正常开采提供一定的理论参考及工程意义。

1.电控箱数学模型的构建

1.1电控箱计算域模型

通过对煤矿设备电控箱的测绘建模后，得到了其三维模型，电控箱结构如图1 所示。

1.2网格划分

对煤矿设备电控箱计算域模型进行网格划分。网格质量对模拟的准确性和收敛难易程度影响较大，若EquiSize Skew和Equiangle Skew在0-0.9之间的网格数占100%，认为满足计算精度。本研究中模型各部分网格划分参数的确定如表1所示，网格质量检查结果：EquiSize Skew值为0.75;Equiangle Skew值为0.8，均小于0.9，因此网格质量满足数值模拟的精度。

2.电控箱热稳态传递分析及线性静态研究

2.1稳态热传递

对电控箱施加热载荷，其本体温度为20℃，发热源功率为50W，对流散热系数为0.95W/m2/K，环境温度同样为20℃。

图2 为电控箱的散热云图，由图中可以看出，在散热源保持在50W的环境下，电控箱底座发热较为严重，最高温度可达64℃，在其他安装由散热片的地方温度基本保持在38.7℃接近人体温度，其散热性能能够满足使用要求。

2.2线性静态

电控箱材料选择为普通碳素结构钢Q345，图3为电控箱的在受均匀压力作用下的线性静态云图，在电控箱内部保持1MPa的压力作用下的線性变形情况。由图能够看出应力最大的地方为散热片中间部分以及散热片与各连接板连接处，最大应力约140MPa，低于Q345的屈服强度，则电控箱的使用为安全可靠。

图4为电控箱在受均匀内部载荷1MPa作用下的变形云图，由图可以看出，其最大变形位置在散热片中间位置，最大变形量为0.454mm，变形量及其微小，不至于产生安全隐患，满足煤矿井下使用安全要求。

3.结论

通过对煤矿设备电控箱静态热传递及线性静态的力学研究得出：

（1）电控箱底板的散热需要一定的措施进行改善，散热基本保证了电控箱的正常运行。

（2）电控箱在受均匀压力载荷作用下其材料完全能够满足其安全使用要求。

参考文献：

[1]陈立恒，徐抒岩.高分辨率空间相机电控箱热设计[J].光学精密工程，2011，19（01）：69-76.

[2]刘丹，张祚明，刘磊.采煤机电控箱冷却方式[J].煤矿机械，2011，32（12）：214-215.

[3]程昆，李丽娟，刘炳展.采煤机电控箱冷却方式的分析[J].煤矿机械，2014，35（01）：159-160.

[4]胡喜斌，伍普照，李超.变频电控箱热设计研究[J].新型工业化，2017，7（03）：62-69.

[5]陈治洲，曹开钦，缪斌，柴孟阳，刘书锋，孙德新，刘银年.空间相机电控箱热设计[J].红外技术，2017，39（10）：880-883.

[6]丁云霄.变频空调器电控箱散热的实验研究[J].企业导报，2016（13）：98.

[7]吕晓龙.滚筒采煤机的故障分析及改进设计[J].机械管理开发，2019，34（05）：278-279.