IP X1、X2裝置滴水試驗系統(tǒng)的研究

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(1.煤炭科學技術(shù)研究院 檢測分院，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.國華能源投資有限公司，北京 100007 )

IP X1、X2裝置滴水試驗系統(tǒng)的研究

左智敏，田甜，蕭威

(1.煤炭科學技術(shù)研究院 檢測分院，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.國華能源投資有限公司，北京 100007 )

外殼防護等級(IP代碼)是將產(chǎn)品依其防塵、防止外物侵入、防水、防濕氣之特性加以分級。IP X1、X2裝置滴水實驗系統(tǒng)能夠完成防水等級為1和2的防護試驗。論述了工作原理和試驗流程，進行了整體方案設計、關(guān)鍵部位設計和滴水量控制研究，滿足了試驗要求，解決了滴水針頭堵塞問題。

外殼防護；滴水；針頭堵塞；流量控制

1 引言

目前我國外殼防護試驗設備與國際先進水平存在差距，行業(yè)內(nèi)的滴水防護試驗裝置大多只能實現(xiàn)滴水功能，滴水量控制不夠精密,使用過程中常常出現(xiàn)滴水針堵塞現(xiàn)象，可靠性和穩(wěn)定性存在一定問題。在這種情況下，需要一套能夠滿足GB 4208-2008 《外殼防護等級(IP代碼)》中規(guī)定的滴水試驗設備，滴水量滿足1mm/min和3 mm/min的標準要求并實現(xiàn)滴水量精密控制，試驗樣品能夠在水平面360°旋轉(zhuǎn)和豎直面15°傾斜，并且解決滴水針頭堵塞問題。

2 滴水試驗系統(tǒng)技術(shù)要求

依據(jù)GB 4208-2008 《外殼防護等級(IP代碼)》對于第二位特征數(shù)字為1和2規(guī)定提出的技術(shù)要求和試驗條件，對滴水試驗裝置的提出如表1技術(shù)參數(shù)要求。

表1 滴水試驗裝置技術(shù)指標要求

3 滴水試驗系統(tǒng)的研究開發(fā)

3.1 滴水試驗系統(tǒng)基本原理和整體方案設計

滴水試驗系統(tǒng)的研究開發(fā)主要包括：機械本體、滴水箱、滴水控制系統(tǒng)和樣品轉(zhuǎn)臺的研究開發(fā)，其試驗系統(tǒng)基本原理如圖1所示，各組成部分基本功能如下：

圖1 IP X1、X2裝置滴水試驗原理框圖

(1)滴水箱：主要用于試驗系統(tǒng)的試驗用滴水的貯存，試驗用滴水針頭的安裝固定，通過調(diào)節(jié)自身高度可滿足標準對試驗高度的要求。

(2)儲水箱：主要用于試驗系統(tǒng)的試驗用水儲存、供給，同時保證水溫與試驗樣品之間溫差符合標準的要求；

(3)流量控制系統(tǒng)：流量控制系統(tǒng)主要由水泵、過濾器、流量調(diào)節(jié)閥和流量計組成，水泵是系統(tǒng)的動力源，過濾器用于滴水箱的用水過濾，流量調(diào)節(jié)閥用于系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)，流量計用于系統(tǒng)流量數(shù)據(jù)測定。

(4)樣品轉(zhuǎn)臺：樣品轉(zhuǎn)臺主要實現(xiàn)試驗樣品固定與試驗角度調(diào)節(jié)，可進行水平面360°旋轉(zhuǎn)和豎直面15°傾斜。

3.2 滴水試驗系統(tǒng)滴水箱體設計研究

(1)結(jié)構(gòu)設計

滴水水箱是整套試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，依據(jù)標準規(guī)定的樣品最大的試驗用水量要求，兼顧IP X1等級和IP X2等級的實驗要求，滿足為不同尺寸的試驗樣品進行試驗，依據(jù)被試試驗樣品的最大外形尺寸確定滴水水箱的外形尺寸。

本試驗系統(tǒng)對水質(zhì)有較高的要求，為避免影響水質(zhì)，水箱采用304不銹鋼材質(zhì)，具有防銹、耐用的特點，可以實現(xiàn)避免針頭堵塞，保證試驗準確性的目標要求。

(2)滴水水箱的高度調(diào)節(jié)設計

滴水水箱由環(huán)鏈電動提升機控制升降，通過調(diào)節(jié)水箱的高度，滿足了對不同外形尺寸的樣品進行試驗的試驗要求。

如圖2所示。

圖2 滴水水箱的高度調(diào)節(jié)設計圖

利用激光測距儀測量水箱距離試驗樣品之間的距離，確保滴水針頭的最低點到試驗樣品的最高點之間距離為200mm。

為了防止水箱裝滿水后再吊裝過程中發(fā)生變形，在水箱外圍設計了水箱外框，外框要求有足夠的強度保證水箱不發(fā)生變形，所以外框采用了角鐵焊接的籠形結(jié)構(gòu)，確保在吊裝和試驗過程中水箱箱體不產(chǎn)生形變。

3.3 滴水針設計安裝

滴水針是決定試驗準確與否的關(guān)鍵因素，也是研究的重要內(nèi)容，為了防止針頭堵塞，首先針頭需采用不生銹的材質(zhì)，而且由于在試驗過程中由于各種因素，不可避免的會造成雜質(zhì)或水垢在針頭堆積，堵塞針頭。

依據(jù) GB 4208-2008 《外殼防護等級(IP代碼)》中第二位特征數(shù)字所表示防止水進入防護等級的要求，針頭安裝位置應符合圖3所示要求。

圖3 IP X1、X2裝置滴水試驗系統(tǒng)滴水針安裝圖

3.4 樣品轉(zhuǎn)臺設計

樣品轉(zhuǎn)臺(工作臺面)是用來支撐試驗樣品的部件，依據(jù)標準要求，針對IP X1等級試驗要求，轉(zhuǎn)臺應具有1r/min的360°旋轉(zhuǎn)功能，本試驗系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺通過旋轉(zhuǎn)馬達和減速器實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的360°旋轉(zhuǎn)。

I=V入/V出

其中，i為減速比；V入為輸入轉(zhuǎn)速；V出為輸出轉(zhuǎn)速。

通過計算，為了滿足旋轉(zhuǎn)速率為1r/min，采用0～90r/min可調(diào)速馬達，減速比為50∶1的減速器，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速率為1r/min。

依據(jù)標準要求，第二位特征數(shù)字為2的試驗不要求樣品進行旋轉(zhuǎn)，但要求樣品能夠在保持與豎直面15°傾斜，本試驗系統(tǒng)采用支撐臂和支撐螺母配合的方式實現(xiàn)樣品轉(zhuǎn)臺的傾斜，如圖4所示。

圖4 與豎直平面15°傾斜設計圖

通過調(diào)節(jié)支撐螺母的高度，改變支撐螺母和支撐臂的接觸位置，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺0°到15°傾斜，通過水平尺確定調(diào)節(jié)的角度是否達到GB 4208-2008 《外殼防護等級(IP代碼)》標準所規(guī)定的角度。

3.5 流量控制系統(tǒng)研究

流量控制系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，是本試驗系統(tǒng)的核心組成部分，由于本試驗系統(tǒng)要兼顧IP X1 和IP X2兩個試驗要求，所以要求滴水流量能夠調(diào)節(jié)，來滿足不同等級試驗的不同要求。標準規(guī)定第二位特征數(shù)字為1的滴水流量為1mm/min，第二位特征數(shù)字為1的滴水流量為3mm/min，為滿足滴水流量要求，提出如下設計方案：

圖5 流量控制系統(tǒng)原理圖(方案一)

流量控制系統(tǒng)有浮球液位控制器、交流接觸器和水泵組成，液面的升降帶動浮球液位控制器的浮子的上下移動，驅(qū)動浮球液位控制器的通斷，浮球液位控制水泵的通斷從而實現(xiàn)液面高度的控制，液面高度得到控制時，從而實現(xiàn)滴水流量控制。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，以上流量控制系統(tǒng)存在如下問題：

(1)浮球液位控制器的“通”和“斷”之間存在一定的高度差，造成滴水瞬時滴水流量的不穩(wěn)定，對試驗的準確性影響較大。

(2)當進行完IP X1試驗后，再進行IP X2試驗時，或先進行完IP X2試驗后，再進行IP X1試驗時，需對浮子液位控制器中的干簧管進行高度調(diào)節(jié)，嚴重影響試驗速度和試驗效率，由于每次調(diào)節(jié)存在人為誤差，同時又影響了試驗的準確性。

(3)由于浮球液位控制器只能控制水面高度，不能夠直接控制滴水流量，所以，如果想控制滴水流量，就必須找到水面高度和滴水流量之間的關(guān)系，從而通過控制水面高度來實現(xiàn)滴水量的控制，這就提高了試驗的復雜程度，增加了試驗的難度，影響試驗效率，如遇個別針頭堵塞情況，還會對試驗的準確性造成影響。

針對以上流量控制方案的不足，提出了另一種流量控制方案，解決了上述問題。優(yōu)化后的流量控制系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 流量控制系統(tǒng)原理圖(方案二)

流量控制系統(tǒng)由流量調(diào)節(jié)閥、反饋調(diào)節(jié)閥和流量計組成，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥和反饋調(diào)節(jié)閥配合，達到控制滴水流量的目的，由之前方案的間接控制滴水流量變?yōu)橹苯涌刂频嗡髁俊?/p>

在進行滴水試驗時，尤其是在進行IP X1等級試驗是，為避免水泵功率不能夠完全釋放而處于過壓狀態(tài)，本滴水試驗系統(tǒng)采用了反饋調(diào)節(jié)閥，將試驗使用不完全的過量的水返回到水泵進水端，這樣有效的避免了水泵長期處于“憋泵”狀態(tài)，保護了水泵，延長水泵使用壽命。

3.6 針頭防堵塞研究

本試驗系統(tǒng)所用滴水箱、儲水箱、水泵和水管均304不銹鋼材質(zhì)，試驗前確保水箱內(nèi)清潔，沒有雜質(zhì)，采用經(jīng)過過濾以后的凈化水，減少水中鎂、鈣的含量，能夠有效的減少針頭堵塞的概率。試驗采用循環(huán)水，將凈化過的試驗用水和試驗樣品同時放置在環(huán)境中靜置24小時，同時保證了水溫和樣品溫差不大于5K。

在防止針頭堵塞的同時，滴水針頭采用可拆卸快速安裝方式可以有效快速的解決滴水針頭堵塞問題，水箱底部留出針頭安裝孔，為了滿足滴水針頭的方便安裝和更換，采用噴涂聚乙烯涂層的方式將孔密封，能夠滿足滴水針頭安裝要求，并且方便了針頭發(fā)生堵塞后的更換。

在試驗結(jié)束后，采用高壓氣槍沖洗的方式及時對滴水針進行清潔，避免水滴在滴水針頭中殘留，減少針頭堵塞的概率。

通過控制試驗水質(zhì)，解決針頭快速更換，試驗后針頭沖洗三種方式和結(jié)合，有效的解決了滴水針頭堵塞問題。

滴水針實際安裝效果如圖7、8所示。

圖7 滴水針安裝效果圖(水箱內(nèi)部)

圖8 滴水針安裝效果圖(水箱底部)

4 結(jié)束語

IP X1、X2裝置滴水試驗系統(tǒng)實現(xiàn)了滴水量控制和轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)、傾斜，解決了滴水針頭堵塞問題，滿足GB 4208-2008 《外殼防護等級(IP代碼)》中第二位特征數(shù)字的試驗要求。

[1] GB4208-2008，外殼防護等級(IP代碼)[S].

[2] 機械設計手冊編委會，機械設計手冊 第1卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 居廷.IEC529-1989《外殼防護等級(IP標志)》介紹[J].水利水電標準化與計量，1993.

[4] 孫浩儒,寧書志,郭志佳.淺析防爆電氣設備的外殼防護[J].電氣防爆，2012,3:22-24.

StudyontheDropWaterTestSystemofIPX1,X2Devices

ZUOZhi-min，TIANTian，XIAOWei

(1.Test Center of China Coal Research Institute CCRI,Beijing 100013,China；2.Tiandi Science & Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013,China；3.Guohua Energy Investment Co.,Ltd.Beijing 100007,China)

Enclosure protection degree is graded according to the characteristics of product.The characteristics include preventing dust、foreign matters、water and moisture.IP X1、X2 device of Drop Test System can complete 1 and 2 class protection experiment.It describes work principles and the process of experiment,carries on the overall program design、the key parts design and the study on control of drip volume.It meets the test requirements and solve the problem of the pinhead blockage.

enclosure protection;drop water;pinhead blockage;flow control

1004-289X(2017)03-0061-04

TM503

B

2017-04-22