开关柜的成本优化设计

天水师范学院工学院 郑 丽

中国铝业有限公司连城分公司 马永福

开关柜的成本优化设计

天水师范学院工学院 郑 丽

中国铝业有限公司连城分公司 马永福

经济效益是企业赖以生存的根本。随着社会供需的发展变化，企业每年都把节能降耗作为重点工作来抓。节能降耗的多少直接关系到产品价值与利润的高低，对于企业的经济效益具有不可忽视的作用。本文，笔者从开关柜的设计角度出发，对如何降低产品成本进行了探讨。

一、如何设计才能更省材料

原材料成本在产品成本中占有很大份额，因此在满足产品使用性能的前提下，优化设计结构，减低材料用量意义重大。在开关柜中铜的用量很大，由于铜材价格的不断上涨，铜母线使用的多少就成为制约开关柜成本的关键因素。因此在设计过程中应合理布置母线绝缘支撑的位置，优化开关柜柜体结构，尽量减少铜母线的用量。如设计馈线柜时，可将电缆搭接处选在电流互感器和接地开关之间，这样与原结构相比，单项可减少铜母线用量100mm左右，以单根TMY-10X80铜母线计算，可降低成本162元，并且在两只电流互感器的情况下还可节省一只绝缘子。其结构优化设计前后比较见图1。

图 1 优化设计结构前后比较

在每一个零部件的设计过程中，不仅要考虑使零部件满足其使用要求，同时还要考虑如何节省材料，在不影响产品性能的情况下尽可能选用较小规格的材料，譬如使用1.85mm敷铝锌板就是最好的例证。对于钣金件如果想要增加产品结构强度，在结构允许的情况下，首先应考虑增加弯曲边采用压筋，再考虑加大材料的厚度来增加强度，以免出现“大马拉小车”现象。另外，对于触头盒安装板、穿墙套管安装板等有色金属零件，要尽可能将外形尺寸设计得最小，以减少成本较高的有色金属的用量。

二、用价格较低的材料代替高价材料

产品既要满足一定的使用要求，同时又要力求经济，因此，在材料性能相近又同时满足产品要求的前提下，零部件选材上使用低价格的材料替代高价格的材料。

开关柜生产中由于铝合金板的相对价格是不锈钢板的1/ 2.15（2.7×46/7.85×34），可以大量用铝合金板代替不锈钢板；在630-25kA断路器的动触臂材料用铝合金代替铜材等等，都大大降低了开关柜成本。

开关柜触头盒安装板材料可以选用铝合金板和钢板，铝合金板和钢板是以系统电流800A为分界点的，由于i-AX开关柜为铝型材框架，可减小涡流，防止大电流柜体发热。同时给i-AX开关柜和KYN28开关柜通电流进行温升试验，i-AX开关柜各点的温升值比KYN28开关柜要低。通过验证可知，如果将电流分界点提高到1 250A的话，仅触头盒安装板单台可降低成本200元，两种材料的相对价格比为1/2.83（7.85×5.6/2.7×46），并且对于小电流系统可取消穿墙套管安装板。这样可以充分体现铝型材框架的优势。

此外，对于铝合金板，由于所含成分不同，其性能、价格也不一样，3.0/LS2Y铝合金板的价格为46元/kg，3.0/LY12铝合金板的价格为26元/kg，但3.0/LY12铝合金板是无法弯曲的。因此，设计中应根据实际情况在满足要求的前提下选用价格较低的材料。

三、提高零件的通用性

在设计过程中尽可能考虑零件的通用性，对于垫圈、支撑角板等零件在设计过程中尽量选用现有的零件，或者借用现有的模具。这样零件加工能形成批量，便于组织生产，减低加工费用并减少废次品的产生，同时减少模具的投入，可以大大降低成本。

开关柜体零件主要以钣金件为主，在设计过程中要尽量选用常见开孔即常用模具的使用。如果孔较大而没有模具，加工时要用小冲头一点点冲出来，冲出来的孔既影响使用又易损坏模具（图2）；如果有较小孔而没有模具的话，只能冲更小的孔，再增加钳工工序。所以，对于通用性零件，企业应建立通用件库并及时更新，以便设计过程中参考和选用。

四、零件应具有良好的加工工艺性

加工工艺性程度直接影响零件的制造成本，因此在零部件设计过程中要根据工厂的实际加工水平，尽可能使零部件加工工序少、易加工。零部件越容易加工，产品的制造成本就越低。

总之，优化结构设计，降低生产成本的方法还有很多。例如，可以对产品进行成本核算，在核算过程中找到降低成本的途径，从而以最小的成本制造出合格的产品，创造出最大的效益。

图 2 较大孔的设计加工方法