电工电子设备机械结构环境防护设计通则

点击次数:   更新时间:2019-02-26 15:29     来源:未知 分    享:
 1 环境参数组分类及其严酷程度分级
1.1 一般原则
产品在任何场所使用,都会暴露在各种环境下。产品暴露在场所,环境因素相融合,势必会影响产品。就标准化目的而言,根据使用场所与环境因素,进一步规定严酷程度,为产品选择使用环境提供重要依据。在使用产品环境条件的基础上,对相应的标准化环境条件和严酷程度进行科学合理的选择,并进行可比性试验,以此有效评判使用环境的具体适应性。
1.2 环境参数的严酷程度分级
对环境条件和参数严酷程度的具体等级进行分类,具体分类标准见表1,有助于环境条件的恰当选择与测试。
2 机械结构环境条件在产品中的具体应用
2.1 机械结构环境条件
组合代码与排列顺序具体如图1 所示。

图1
其中,严酷等级数字代表的是若干环境参数的组合,某一等级可能改回再次划分高级和低级,环境条件组合代号是IE+2 位数字。
2.2 产品应用环境条件的选用
2.2.1 原则
在进行产品设计,选取具体使用环境条件的时候,应对产品寿命期所可以承受的环境条件和严酷等级进行充分考虑,确保能够在此条件上正常运转。产品的环境适应性试验和合格评定应该充分考虑环境参数、试验方法、严酷等级、试验程序、评判依据等因素。
2.2.2 方法
第一,根据标准,确定产品使用环境类型,确定产品在使用时的具体环境类型,确定具体的严酷程度。第二,以标准为依据,对产品运输和仓储、严酷程度、微观环境等影响因素做全面的考虑。第三,对所有条件进行综合分析,以此进一步确定产品的环境条件与严酷程度。第四,在技术领域,严格按照相关使用规定,在既定标准下,为了明确环境条件与具体的严酷等级,直接使用这一等级,据此进行环境防护设计。

表1 分类标准
3 电工电子设备机械结构环境防护设计通则
3.1 环境条件对机械结构的影响
3.1.1 风
风力会导致机械负荷明显增加,使得结构变化,对整机功能造成影响,或者导致机械被堵塞,磨损程度加剧。
3.1.2 高温
在电阻、电容、功率因素等各种因素的影响下,明显降低了绝缘性能,其中运动部件由于发生膨胀,在上面被卡死,这时,涂层渐渐开始发生起皮,金属逐渐氧化,非金属却开始逐渐老化,而润滑剂则不断蒸发。
3.1.3 低温
塑料与橡胶的性能衰弱,绝缘材料开始不断变化。其中,湿度有所增强,发生了凝露现象。润滑剂的粘度也不断增加,表层的涂层发生了裂缝,构件则因为出现收缩,发生过载。
3.1.4 潮湿
金属发生电化学腐蚀的速度开始加快,从而降低了绝缘材料的热性能与电学性能。受元件和印制板等元素密封失效的影响,发生漏电与短路现象。机械强度不断降低,形状也失去了恒定性。
3.1.5 沙尘
表面上被腐蚀,机械容易发生卡顿现象,轴承也会严重破坏。沙尘开始不断深入到结构的内部,将其中水分吸收,降低了其绝缘性能,电路也发生了明显恶化,在一定程度上增加了静电电压,发生了电噪声,引发了机电功能转换元件性能的不断降低,甚至发生磨损,高温沙粒的热效应开始快速腐蚀。
3.1.6 沉降物
沉降物直接影响着热传递,并加速着锈蚀现象,使得表面被伤侍。保险罩出现损坏现象,导致电气故障出现。表层间的摩擦不断增加,润滑剂出现严重污染,小孔被堵塞,从而导致防腐涂层被破坏。
3.1.7 大气压力
低压加速结构发生应力腐蚀、放电、电晕、臭氧等各种现象,明显降低了材料的绝缘性能,随之产生变化的还有元器件性能,进而引发严重的电气故障。在低压状态下,降低了冷却性能,温度则有所上升,寿命却不断缩短。而空气压力的逐渐变化,造成了泄漏、凝结、腐蚀等各种不良问题,从而使得机械强度明显降低。
3.1.8 太阳辐射
在热效应和化学效应的作用下,非金属材料的涂层性能与密封完整性开始不断降低,甚至大大降低了焊接界面的强度,色码发生褪色现象,整机的耐蚀性能也有所降低,进而导致热负荷明显增强。
3.1.9 电磁干扰
电子元器件的性能开始不断下降,不仅如此,还会出现故障和失效现象,导致出现误动,发出错误指令。
3.1.10 微生物、昆虫
微生物的存在,会导致非金属发生霉变和腐蚀现象,金属材料则会出现腐蚀现象,进而在很大程度上降低结构的综合性。代谢物的出现势必会造成玻璃发生刻蚀现象,其中绝缘性能也被损坏,以此导致机械和管道堵塞,以及润滑剂的严重污染。而昆虫污染也十分严重,会造成结构被损坏。
3.1.11 海洋大气、盐雾
非金属材料的绝缘性电阻出现下降,引发导电层的产生,从而导致金周发生电化学反应,被腐蚀,进而加速金属和非金属材料开始产生腐蚀现象。机械活动部分出现堵塞现象,卡在上面,发生电解,致使漆膜上有起泡问题出现。
3.1.12 振动、冲击、加速
振动会造成机械疲劳,使得元器件的引线发生断裂,构件发生变形或者是断开,结构损失,电气触断开,连接效率损失,使得接触件发生严重损坏,粗结层之间出现隔离现象,瞬间电气发生短路、断路等不良现象。同时,冲击会直接导致构件发生过载现象,甚至造成构件严重损坏,结构失去效用,发生电气短路等问题。加速会造成机械应力,使得结构发生变化,或者是被破坏,液压泄漏,都会造成严重应力腐蚀。
3.2 环境防护设计基本原则
3.2.1 腐蚀防护设计通则
其一,结构外形和零部件设计最好简单和光洁,以便于防腐施工与检修。其二,结构设计需要防止出现渗水、漏水、冷凝水、残液滞留、沉积物富集等引发的腐蚀现象,在停机时,应快速排出这些物质。其三,以结构材料与产品应用环境条件作为重要依据,据此科学合理选择有效的防腐蚀措施。其四,就产品的具体结构形式,以及应用环境条件等要求,科学合理设计密封结构,并对内部形成有效的防护。其五,防止结构组合和连接方法不恰当,导致腐蚀不断家具,尤其是应充分考虑金属电极电位引起的腐蚀,必要时应采取阴极保护措施。其六,以产品应用环境条件为依据,合理选择经济性的、耐腐蚀性的材料。其七,根据结构形式与应用环境条件需求,合理设计,采取合适的工艺,有效降低腐蚀。其八,最大程度上缩减甚至是消除应力集中、残余应力,减缓应力腐蚀的危险性。其九,利用缓蚀剂和隔离保护膜等,全面改善局部腐蚀环境条件。其十,合理选取零件表面强化技术与热处理状态,促使结构材料的腐蚀敏感度被降低。最后,利用无余量装配设计,防止在装配时,锉修导致结构表面被损坏。
3.2.2 材料选择
在选择机械结构材料的时候,应对材料综合性能与性价比进行充分考虑。需要充分考虑材料力学性能和物力性能、冷加工性能和、热加工性能、性价比等各种因素,同时还需要顾及到材料的耐蚀性、可涂镀、防护特性等等,为了满足耐腐蚀性和可涂镀性的要求,材料的其它性能要求可在允许范围内降低。容易腐蚀,但很难修复的部分,应该充分合理利用高耐腐蚀性材料,或者做特殊的防腐处理。组件应由寿命相同或相似且腐蚀倾向低的材料制成。硬铝和防锈铝可以同时使用时,最好使用防锈铝。应该选取具有较低杂质含量的材料,也就是有害杂质含量比较低的钢材,确保能够符合强度设计的相关要求,选用低碳钢。而选择铝材时,应该优先选择杂质含量低的铝合金,选择可涂镀性、防护性良好、工艺性良好的材料。非金属材料与金属材料一样,需要同时具备所需功能与环境适应性。选择材料时,应该按照既定顺序进行,即设备体系、整机、分机、部件、零件,逐层考虑材料的相容性。在设计和制造设备时,恰当处理材料之间的相容性与匹配关系,并以检修性与寿命周期综合成本等相关因素为载体,进一步优化选择。
4 结语
总而言之,电工电子设备机械结构的环境防护设计具有非常重要的作用,必须加强重视。而环境防护设计主要体现在腐蚀防护设计通则、材料选择两方面,同时还需要注意的是其他环境防护设计,即IP 防护设计、能量冲击防护设计、电磁防护设计、爆炸性环境防护设计等。只有这样,才能够全面保证电工电子机械结构的良好性能。
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