WC5E防爆運(yùn)輸車(chē)啟動(dòng)及安全保護(hù)技術(shù)的研究

方晉晉，左開(kāi)紅，朱殿瑞

（1.潞安集團(tuán) 蒲縣宇鑫煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041208；2.太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司軋鋼設(shè)備分公司，山西 太原 030024）

0 引言

防爆運(yùn)輸車(chē)因其能在高瓦斯、高煤塵的惡劣環(huán)境中工作而被許多煤礦所采用。防爆運(yùn)輸車(chē)上的發(fā)動(dòng)機(jī)在遇到緊急情況時(shí)應(yīng)能夠立即停止工作并及時(shí)報(bào)警，不引燃周?chē)ㄐ詺怏w。因此，運(yùn)輸車(chē)必須具備高可靠性的安保系統(tǒng)，以保證礦井的安全。

1 防爆運(yùn)輸車(chē)的模型及氣啟動(dòng)系統(tǒng)工作原理

在UG中通過(guò)建立草圖、鏡像等命令，按照WC5E防爆運(yùn)輸車(chē)的圖紙建立其簡(jiǎn)易外觀模型，見(jiàn)圖1［1，2］。

圖1 WC5E防爆運(yùn)輸車(chē)外觀模型

氣啟動(dòng)系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、氣啟動(dòng)馬達(dá)、控制閥及管路組成，如圖2所示［3］。啟動(dòng)時(shí)，打開(kāi)氣源總開(kāi)關(guān)4，將撥動(dòng)閥10撥到左位，觀察氣壓表19顯示儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣壓是否達(dá)到0.7MPa，如果小于0.7MPa，則需要外接充氣。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)行自檢后，隔爆電磁換向閥11的電磁鐵得電換向到右位，儲(chǔ)氣罐3中的壓縮空氣經(jīng)總開(kāi)關(guān)閥4、過(guò)濾器9、撥動(dòng)閥10、電磁閥11打開(kāi)燃油控制缸12和風(fēng)門(mén)氣缸13；接著按下啟動(dòng)閥15，壓縮空氣進(jìn)入氣啟動(dòng)馬達(dá)16的入口，推動(dòng)氣啟動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)小齒輪與柴油機(jī)的飛輪齒輪圈嚙合。這時(shí)，從氣啟動(dòng)馬達(dá)16的控制出口出來(lái)的氣流進(jìn)入氣啟動(dòng)馬達(dá)控制閥17的控制口，使該閥移至上閥位狀態(tài)，這樣從儲(chǔ)氣罐3來(lái)的高壓大流量壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器18、氣啟動(dòng)馬達(dá)控制閥17流向氣啟動(dòng)馬達(dá)，使之高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)相嚙合的齒輪副，帶動(dòng)柴油機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)8工作，壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥7、單向閥6給儲(chǔ)氣罐3供氣。儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力不能超過(guò)安全閥5的調(diào)定值，以保護(hù)儲(chǔ)氣罐工作的可靠性。

圖2 氣啟動(dòng)系統(tǒng)工作原理

2 氣啟動(dòng)系統(tǒng)主要元部件的選取及裝配

在防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車(chē)氣啟動(dòng)系統(tǒng)元部件的設(shè)計(jì)選型中，最主要的是氣啟動(dòng)馬達(dá)與防爆車(chē)輛用防爆柴油機(jī)的匹配計(jì)算及在整車(chē)布置中的實(shí)際選型。另外還要對(duì)與啟動(dòng)次數(shù)相匹配的儲(chǔ)氣罐容積進(jìn)行計(jì)算。

2.1 氣啟動(dòng)馬達(dá)選配要求

因渦輪式氣啟動(dòng)馬達(dá)性能良好，維護(hù)時(shí)間少，所以在氣啟動(dòng)馬達(dá)的選配中，選用渦輪式氣啟動(dòng)馬達(dá)。

在選擇具有防爆性能的氣啟動(dòng)馬達(dá)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：①參照各氣啟動(dòng)馬達(dá)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品樣本中推薦適用柴油機(jī)排量進(jìn)行初步選型；②由于防爆車(chē)在井下工作，其體積必然受到制約，因此設(shè)計(jì)的運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)必須緊湊，氣缸的體積不能太大；③應(yīng)考慮馬達(dá)的外形尺寸，確保給氣啟動(dòng)馬達(dá)的安裝有足夠的空間，且不與其他元件產(chǎn)生干涉。

2.2 儲(chǔ)氣罐選配要求

儲(chǔ)氣缸的選配應(yīng)滿足：①容積應(yīng)保證氣動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)2～3次；②結(jié)構(gòu)緊湊，與車(chē)體空間位置裝配合理。

2.3 氣啟動(dòng)系統(tǒng)的裝配

為保證氣啟動(dòng)系統(tǒng)工作的可靠性，對(duì)元部件及管路布置提出了一定的要求。其主要元部件連接管路如圖3所示。

圖3 主要元部件連接管路圖

在進(jìn)行管路布置安裝前，對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)：①確保驅(qū)動(dòng)小齒輪齒形、直徑、齒數(shù)正確；②進(jìn)入馬達(dá)的氣源應(yīng)用通徑不小于Φ25mm的管路連接；③確保馬達(dá)安裝法蘭與飛輪法蘭安裝正確，不能承受其他外力；④確保安裝管路及接頭清潔，無(wú)雜質(zhì)。

另外，在連接管路時(shí)應(yīng)注意：①在延遲閥8前安裝了精度為100μm的“Y”形過(guò)濾器10，從而保證儲(chǔ)氣罐3內(nèi)的雜質(zhì)不進(jìn)入延遲閥8和氣啟動(dòng)馬達(dá)4；②一旦系統(tǒng)壓力下降，應(yīng)使用肥皂水或相近的溶劑檢查管路；③將啟動(dòng)按鈕閥安裝到駕駛室的儀表板上，控制管路12用不小于通徑Φ6mm的管路連接；④馬達(dá)安裝好后，馬達(dá)到啟動(dòng)按鈕閥、延遲閥之間的控制管路使用通徑為Φ6mm的管路。

3 電保護(hù)技術(shù)的功能及特性

安全保護(hù)裝置是基于單片機(jī)的集檢測(cè)、數(shù)顯、報(bào)警等為一體的保護(hù)裝置［4］，可以顯示、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與里程，并涵蓋了防爆要求中的各項(xiàng)保護(hù)項(xiàng)目，其原理如圖4所示。

本系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)包括：主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、傳感器感應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、跟蹤漢顯技術(shù)和執(zhí)行元件應(yīng)用技術(shù)［5］。

圖4 安全保護(hù)裝置原理示意圖

（1）由壓力、溫度、速度等傳感器和主機(jī)組成的主機(jī)單元是整個(gè)保護(hù)裝置的核心。該保護(hù)裝置采用微型計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，由微型計(jì)算機(jī)將傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理并與設(shè)定值比對(duì)，判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的優(yōu)良，最終實(shí)施保護(hù)。

（2）該監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量數(shù)值和可用信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以提高保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力。

（3）該技術(shù)采用液晶顯示器滾動(dòng)顯示各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)。若有某項(xiàng)的值超過(guò)允許值，顯示器將及時(shí)顯示超標(biāo)信息并發(fā)出連續(xù)的報(bào)警聲。

（4）遇緊急情況時(shí)，防爆柴油機(jī)安全保護(hù)要求同時(shí)切斷柴油機(jī)的氣源和油源，該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)就是抓住這一本質(zhì)在系統(tǒng)非正常情況下執(zhí)行安全保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

防爆運(yùn)輸車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的防爆性能主要體現(xiàn)在柴油機(jī)本體防爆、啟動(dòng)及運(yùn)行安全保護(hù)停機(jī)等3方面。本文針對(duì)WC5E型防爆運(yùn)輸車(chē)啟動(dòng)與安全保護(hù)技術(shù)方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，可為今后這方面的研究提供參考。

［1］趙海興.WC5E防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車(chē)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)［J］.煤礦機(jī)械，2013，34（1）：179-181.

［2］朱殿瑞，廉自生，賀志凱.掩護(hù)式液壓支架姿態(tài)分析［J］.礦山機(jī)械，2012，40（3）：16-19.

［3］陳子林.WCQ-5B防爆無(wú)軌膠輪車(chē)［J］.礦山機(jī)械，2007，35（8）：63-65.

［4］周茂普.礦用防爆無(wú)軌膠輪車(chē)安全保護(hù)系統(tǒng)的研究［J］.液壓與氣動(dòng)，2008（12）：43-44.

［5］梁玉芳.氣啟動(dòng)電保護(hù)技術(shù)在無(wú)軌膠輪車(chē)中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2011，32（1）：194-196.