支架搬運(yùn)車安全防護(hù)系統(tǒng)的研制

王東發(fā) 李全喜 陳慶旺

摘要 通過對(duì)國內(nèi)外目前較先進(jìn)的安全防護(hù)理論和技術(shù)的了解，設(shè)計(jì)開發(fā)了倒車語音報(bào)警和倒車?yán)走_(dá)測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)、柴油機(jī)尾氣排放濕式處理系統(tǒng)，以及對(duì)原車機(jī)械電器結(jié)構(gòu)的局部改造。這樣有效提高了進(jìn)口支架搬運(yùn)車的運(yùn)輸安全性和可靠性，避免安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：報(bào)警；雷達(dá)；測(cè)距；濕式；防爆

1.倒車語音報(bào)警和倒車?yán)走_(dá)測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代工業(yè)日新月異的發(fā)展，設(shè)備安全在煤炭生產(chǎn)中越來越重要。現(xiàn)代科技的發(fā)展水平為進(jìn)一步改造作業(yè)設(shè)備，提升其綜合性能提供了可能。井下運(yùn)輸車輛由于其運(yùn)行工況的復(fù)雜性使得技術(shù)改造存在一定困難。

我們根據(jù)目前DBT、bucyrus、SANDVIK、CAT生產(chǎn)的進(jìn)口井下運(yùn)輸車的使用情況，運(yùn)用較新的技術(shù)對(duì)FBL-10，F(xiàn)BL-15，MH-40，F(xiàn)BL-55，LS-190及CHT-50、LWC-50型井下運(yùn)輸車進(jìn)行了三個(gè)方面的改造。

1.1 新增1臺(tái)DC12V直流發(fā)電機(jī)，為防爆電器保護(hù)系統(tǒng)提供可靠電力保證

為了車輛改造措施的供電需求，在原液力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)旁新增一臺(tái)皮帶驅(qū)動(dòng)與原車同型號(hào)防爆DC12V發(fā)電機(jī)。柴油機(jī)的輸出軸作為該新增發(fā)電機(jī)的動(dòng)力軸，設(shè)計(jì)、試驗(yàn)皮帶傳動(dòng)裝置使其與新增發(fā)電機(jī)的輸入匹配，輸出DC12V.試驗(yàn)表明這對(duì)柴油機(jī)的輸出功率沒有大的影響。

1.2 倒車語音燈光報(bào)警系統(tǒng)

為了提醒駕駛?cè)藛T和行人在車輛倒車時(shí)的警示，在車輛頂部右后側(cè)安裝110分貝，100米可見的語音燈光報(bào)警系統(tǒng)。按下倒車檔時(shí)，控制車輛方向的液壓換向閥換向，壓力開關(guān)進(jìn)油，DC12V直流電路導(dǎo)通，語音燈光報(bào)警系統(tǒng)工作，伴隨“倒車，請(qǐng)注意”語音報(bào)警，高亮度LED閃爍，100米可見。本語音燈光報(bào)警系統(tǒng)選用的語音燈光器有MA認(rèn)證。系統(tǒng)中的壓力開關(guān)等都增加了防爆、隔爆措施。

1.3 倒車測(cè)距LED報(bào)警系統(tǒng)

本次改造在車輛尾部安裝了超聲波測(cè)距裝置。倒車時(shí)，當(dāng)車輛后方5米范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，安裝在駕駛室內(nèi)的LED顯示器閃爍，準(zhǔn)確顯示障礙物到車輛尾部的距離，提醒司機(jī)采取相應(yīng)措施。

超聲波測(cè)距傳感器和LED顯示器均增加了防爆、隔爆措施。

2.排氣系統(tǒng)干式改濕式

由于防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)釋放大量的CO，氮氧化合物以及固體污染顆粒，這些物質(zhì)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間處于高污染的環(huán)境下工作的煤礦工人的身體健康造成了很大危害；同時(shí)，當(dāng)煤礦井下通風(fēng)條件不良的時(shí)候，礦井中積聚的瓦斯不能及時(shí)安全地排出，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度在650℃以上，其排除的高溫、高壓廢氣中含有大量燃燒未盡的火焰與火花，容易點(diǎn)燃井下瓦斯而導(dǎo)致重大事故。以防爆柴油機(jī)為動(dòng)力源的無軌運(yùn)輸設(shè)備必須解決好發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的凈化和防爆問題。

為達(dá)到排氣系統(tǒng)的防爆目的，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)使之能夠承受內(nèi)部爆炸而不能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)原件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，限制能量傳遞，保證內(nèi)部明火不會(huì)傳到外界空氣而引起外部爆炸。排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要限制排氣系統(tǒng)的外表面溫度，使尾氣在任何情況下，不超過150°C.

一般情況下， 對(duì)于柴油機(jī)尾氣處理分為干式和濕式兩種。

2.1 干式尾氣處理系統(tǒng)

從柴油機(jī)增壓器排出的氣體通過水套排氣連接管進(jìn)入到廢氣凈化器。廢氣在被凈化器處理之后進(jìn)入到熱交換器進(jìn)行冷卻。在那里，廢氣流過冷卻管的散熱片，其中的熱量被流過冷卻管的冷卻液帶走。被冷卻的廢氣通過一個(gè)顆粒過濾器，去除固體顆粒。然后通過可翻轉(zhuǎn)安裝的隔爆柵和出口管與冷卻風(fēng)扇送來的空氣混合并排放到空氣中。

理論上，廢氣凈化氣能夠促進(jìn)排放控制，轉(zhuǎn)換高達(dá)95%的一氧化碳（CO）為二氧化碳，除去顆粒物（煙）可高達(dá)50%。廢氣凈化器中植入了隔爆柵，防止柴油機(jī)內(nèi)的爆炸火焰直接進(jìn)入礦井危險(xiǎn)區(qū)域。

干式尾氣處理過程中尾氣直接經(jīng)過管道降溫進(jìn)入，然后經(jīng)過熱交換器，排氣柵欄、排氣管直接排出，在實(shí)際使用中廢氣凈化器濾芯多次發(fā)生著火現(xiàn)象、在后來的運(yùn)行中去掉了凈化器濾芯。車輛在使用中廢氣直接通過熱交換器，排氣柵欄排出。廢氣中的CO，氮氧化合物以及固體微粒等有害物質(zhì)都附著在熱交換器內(nèi)的散熱管、散熱片上，造成堵塞。使發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度升高、功率下降、熄火等。干式尾氣處理的原理見圖一。

實(shí)踐中，干式尾氣處理并不能達(dá)到理論的效果。主要表現(xiàn)在：

（1）熱交換器降溫效果不好。

（2）顆粒過濾器濾芯容易起火。

（3）尾氣排放黑煙過大等。

2.2 濕式尾氣處理系統(tǒng)

由柴油機(jī)渦輪增壓器排出的尾氣經(jīng)廢氣凈化器組件進(jìn)入濕式廢氣處理箱。濕式廢氣處理箱的水循環(huán)系統(tǒng)主要由水箱及濾水器、低水位閥門、遙控浮標(biāo)閥、濕式廢氣處理箱組成，如圖所示。其中遙控浮標(biāo)閥用于控制濕式廢氣處理箱的開啟與閉合，當(dāng)廢氣處理箱水位低于設(shè)定水位時(shí)，浮標(biāo)下行，自動(dòng)連通水箱和廢氣處理箱；當(dāng)廢氣處理箱水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，浮標(biāo)浮起，切斷水流，從而達(dá)到水位的自動(dòng)控制。低水位的閥門的作用在于當(dāng)水箱內(nèi)的水用完后，廢氣處理箱仍不能得到補(bǔ)水時(shí)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到防爆保護(hù)的作用。

高溫、高壓廢氣由廢氣凈化器進(jìn)入廢氣處理箱內(nèi)，使水箱內(nèi)的水翻騰和汽化，同時(shí)廢氣和水充分融合、溶解，達(dá)到很好的凈化效果。為確保防爆及使用安全，從濕式廢氣處理箱排出的廢氣再經(jīng)排氣防爆柵欄進(jìn)行二次防爆處理。濕式排氣防爆裝置同時(shí)還是一個(gè)排氣消聲器，起著平衡廢氣壓力波動(dòng)，減小排氣噪聲的功用。濕式防爆處理裝置由于具有尾氣防爆和凈化的雙重功能，在目前的煤礦井下得到了更為廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)調(diào)查，中煤平朔集團(tuán)2004年之前采購的澳大利亞產(chǎn)多功能搬運(yùn)車的尾氣為干式處理系統(tǒng)（目前有9臺(tái)車）；2004年之后采購的，其尾氣均為濕式處理系統(tǒng)。由于柴油機(jī)排氣的濕式處理系統(tǒng)較干式處理系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)許多煤礦（神華集團(tuán)，晉煤集團(tuán)等）也準(zhǔn)備或已經(jīng)開始對(duì)柴油機(jī)尾氣處理進(jìn)行由干式改為濕式處理系統(tǒng)的改造。

MH-40發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理干式改為濕式：

參照DBT公司生產(chǎn)的FBL-10多功能柴油車的濕式尾氣處理系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)我們對(duì)現(xiàn)有MH-40多功能井下運(yùn)輸車的尾氣干式處理系統(tǒng)改造為濕式處理系統(tǒng)。

主要進(jìn)行如下工作：

外界空氣由進(jìn)氣管，經(jīng)過空氣濾清器、進(jìn)氣關(guān)斷閥、渦輪增壓器、進(jìn)氣隔爆柵等進(jìn)入柴油機(jī)供其使用。空氣濾清器和進(jìn)氣隔爆柵濾除了煤礦環(huán)境的粉塵，當(dāng)經(jīng)由空氣濾清器的空氣粉塵等超標(biāo)時(shí)，進(jìn)氣關(guān)斷閥關(guān)閉，柴油機(jī)停止工作，渦輪增壓器起到對(duì)管道的空氣增速、增壓作用。

2.3設(shè)計(jì)、制造濕式尾氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

柴油機(jī)廢氣由排氣口經(jīng)廢氣凈化器、廢氣處理水箱、廢氣隔爆柵等組件處理、凈化后排入大氣。廢氣凈化器、阻火器（隔爆柵）的原理。

廢氣凈化器、阻火器（隔爆柵）的隔板上涂有催化劑，這將尾氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，一氧化氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓細(xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成固體顆粒。

阻火器選用疊片式防爆柵欄，用于熄滅火星等。該疊片式防爆柵欄有防爆資格證。

（1）國產(chǎn)化浮子組件。該浮子組件用來控制濕式處理水箱的水位。當(dāng)最高水位時(shí)，浮子關(guān)斷球閥停止上水；當(dāng)最低水位時(shí)，低水位停車傳感器報(bào)警停車。

（2）設(shè)計(jì)制造濕式排氣供水水箱組件。該供水水箱用于濕式處理箱水位低時(shí)補(bǔ)水。

2.4尾氣排放口方向改造

改變?cè)囄矚馀欧欧较颍屛矚庾儭皽仨槨薄＼囕v負(fù)載運(yùn)行時(shí)，

尾氣溫度、壓力加速升高，原車尾氣從后方排出，發(fā)動(dòng)機(jī)易高溫且夾雜的煤塵影響井下作業(yè)視線；改裝后，尾氣從側(cè)面排出，溫度散于車外，有效保障了井下車輛作業(yè)環(huán)境。

2.5效果檢驗(yàn)

改造工作是否成功需要進(jìn)行下面三個(gè)檢驗(yàn)過程：

（1）直觀檢查：觀察煙色，氣味，聲音是否正常，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，加速性能是否正常，路面試驗(yàn)觀察運(yùn)行速度，承載能力；目前，改造工作已經(jīng)初步完成，并且從井工維修中心到2號(hào)井進(jìn)行了路面空載試車。從運(yùn)行外觀看1.排氣、霧化狀況良好，2.耗水狀況：一箱水可以行使約20公里，車輛加載及功率損耗情況待下井進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

（2）入井檢查。改裝車輛需在井下空氣質(zhì)量相對(duì)差的環(huán)境中，進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)行、空載運(yùn)行，查看煙色，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，初步試驗(yàn)狀態(tài)良好。

（3）權(quán)威部門檢驗(yàn)：根據(jù)GB3847-2005對(duì)柴油機(jī)尾氣排放檢測(cè)的要求，我們委托由山西省環(huán)保廳授權(quán)的朔州市藍(lán)天機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)有限公司對(duì)原干式尾氣處理系統(tǒng)和改造完的MH-40井下搬運(yùn)車進(jìn)行了尾氣排放檢測(cè)。由檢測(cè)結(jié)果看出，濕式處理系統(tǒng)的煙度明顯低于干式系統(tǒng)（見附表）。

本次改造，朔州藍(lán)天機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)有限公司對(duì)改造前后尾氣的排放情況進(jìn)行了檢測(cè)，見附頁。

3.其他改造措施

3.1 CHT-50型拖車防護(hù)罩

原車無防護(hù)罩，加裝后可減免車輛在運(yùn)輸液壓歧管塊被撞壞，液壓油管被擠斷，以及由此導(dǎo)致的拖車液壓油泄露、無剎車等現(xiàn)象，減少車輛維修頻次，節(jié)約維修成本。

3.2LWC-50型框架式支架搬運(yùn)車水箱蓋加裝防護(hù)罩

原車無防護(hù)罩，加裝后可減免車輛在運(yùn)輸液壓支架時(shí)，液壓支架前探量將水箱蓋撞壞，以及由此導(dǎo)致的帶壓高溫冷卻水噴出傷人，和車輛缺水引發(fā)的其它損壞，減少車輛維修頻次，節(jié)約維修成本。

3.3安裝車門防夾手裝置

車門較重且無定位，加裝的防夾手裝置中間的銷子選擇人體手掌厚度略大為標(biāo)準(zhǔn)，以防止車輛停放坡路時(shí)，車門在重力作用下關(guān)閉，夾傷駕駛員或駕駛室附近人員的手指，做到隔離保護(hù)。

4.結(jié)束語

支架搬運(yùn)車安全防護(hù)系統(tǒng)的研制成功，加強(qiáng)了車輛行駛過程的安全防護(hù)：包括提醒路人注意避讓過往車輛以及車輛本身避免撞擊障礙物，這對(duì)人和車輛本身的安全都有非常重要的意義。同時(shí)，安全防護(hù)系統(tǒng)減少了車輛零、部件的損壞，減輕了維修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了維護(hù)費(fèi)用。

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣干式改濕式系統(tǒng)，從源頭解決了井下搬運(yùn)車柴油機(jī)的防爆問題。由排氣的結(jié)果對(duì)比可以看到，濕式系統(tǒng)排放的尾氣有了很大的改善，達(dá)到了尾氣排放的環(huán)保要求。

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