工程機械防爆技術(shù)的研究與方案設(shè)計

楊建雷

（山西煤炭運銷集團店上煤業(yè)有限公司， 山西 高平 048400）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程建設(shè)施工中的機械化程度和自動化程度也越來越高。機械生產(chǎn)、運輸設(shè)備已成為工程施工不可缺少的重要工具，被廣泛應(yīng)用于建筑、水利、工礦工程等各個領(lǐng)域。使用機械設(shè)備提升工程效率，首先要保證機械設(shè)備的使用安全。在機械方案設(shè)計中，要嚴格遵守相關(guān)規(guī)定標準，積極采用先進的防爆技術(shù)，提升設(shè)備使用安全性。

1 工程機械防爆技術(shù)的研究進展

在工程機械防爆設(shè)計的要求下，防爆裝載機的研究取得了新的進展。防爆裝載機屬于裝載機的一種，由動力系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)等部分組成，并且能夠滿足相關(guān)標準中對其進氣、排氣和電氣防爆等方面的要求，能夠確保柴油發(fā)動機在工程中的安全使用，設(shè)計與應(yīng)用主要取得了以下幾方面的進展：

1）人機工程學(xué)的應(yīng)用，使人與設(shè)備、環(huán)境高度協(xié)調(diào)，設(shè)備操作能夠符合人的生理和心理需求，減輕操作負擔(dān)，比如大型防爆裝載機的駕駛室要有隔音、防振、防落石和傾覆等方面的保護性設(shè)計。

2）自動化程度不斷提高，能夠通過控制中心對多臺機械設(shè)備進行集中控制，根據(jù)工作參數(shù)信號，調(diào)節(jié)和控制噴油量、噴油定時。自動化潤滑系統(tǒng)的應(yīng)用能夠解決工程機械易磨損的問題，此外自動換擋也是防爆裝載機的主要發(fā)展方向之一[1]。

3）生產(chǎn)能力得到大幅度提升，防爆裝載機的功率、載重量和速度都有所提升，鏟斗作業(yè)的裝滿系數(shù)明顯提升，能夠做到一次裝滿，減少作業(yè)時間。

4）由于采用了自動集中潤滑系統(tǒng)等自動化維護技術(shù)，使設(shè)備的維護管理更加及時，維護工作量明顯降低，從而使設(shè)備保持最佳運行狀態(tài)。

5）新動力系統(tǒng)的研究也取得了一定進展，比如由水電解產(chǎn)生的氫氣作為原料的燃料電池動力系統(tǒng)，排放物為水蒸氣，不僅能夠提升設(shè)備安全性，還能夠降低環(huán)境污染[2]。

2 工程機械防爆技術(shù)方案設(shè)計

2.1 進氣系統(tǒng)防爆設(shè)計

在進氣系統(tǒng)中安裝進氣阻火器可以防止氣缸回火引燃易燃氣體導(dǎo)致的爆炸。進氣阻火器安裝在進氣門位置，在進氣歧管與空氣濾清器之間。進氣阻火器由帶有細小孔隙的固定材質(zhì)組成，孔隙孔徑要盡可能小，使火焰通過孔隙后被分成眾多的細小火焰，從而被快速熄滅。阻火器主要有傳熱作用和器壁效應(yīng)，由于孔隙傳熱面積大，火焰通過后在熱交換過程中溫度快速下降而被熄滅。器壁效應(yīng)則是組織燃燒和爆炸的激發(fā)分子，破壞火焰燃燒條件，達到防爆目的。

根據(jù)相關(guān)標準規(guī)定，防爆柴油機在進氣口和排氣口位置均要設(shè)計阻火器，且滿足易裝配、易清洗、易檢修維護等要求。阻火器由外殼和阻火元件兩部分組成，要使用耐高溫、耐磨損和耐腐蝕的材料?？蚣芨舯Y(jié)合面有效寬度應(yīng)在25 mm以上，且不能在結(jié)合面內(nèi)鉆孔。柵欄板平面度不能超過0.15 mm，厚度應(yīng)大于1 mm，氣流方向?qū)挾葢?yīng)大于50 mm，相鄰欄板間隙不能超過0.5 mm。若珠型阻火器的球體直徑為5 mm，則氣流方向填充厚度應(yīng)大于60 mm，若球體直徑為6 mm，則填充厚度應(yīng)大于90 mm，確保裝配完成后球體不會出現(xiàn)松動。

此外，還要做好進氣彎管和進氣歧管的防爆設(shè)計。由于原進氣系統(tǒng)中，空氣濾清器屬于非防爆結(jié)構(gòu)，對其進行防爆處理也不現(xiàn)實，在保留空氣濾清器的情況下，需要對進氣彎管、進氣歧管以及兩者結(jié)合面進行防爆設(shè)計。原設(shè)計中的橡膠管套連接方式不符合防爆要求，需要對進氣彎管進行重新設(shè)計，在不改變外形的條件下，改為法蘭盤式連接，其端面尺寸為28.5 mm，管壁內(nèi)墻與螺栓孔壁之間的最小距離為15.5 mm。進氣彎管和進氣歧管連接端面的尺寸設(shè)計也要符合防爆要求。進氣歧管是直接連接柴油機機體的結(jié)構(gòu)，與柴油機缸蓋的進氣接口接合面尺寸有效寬度應(yīng)大于13 mm，隔爆接合面內(nèi)部邊沿與螺栓孔邊沿最小距離為9 mm。此外，還要對歧管空氣濾清器安裝凸臺加以調(diào)整，以便于阻火器的安裝。

2.2 排氣系統(tǒng)防爆設(shè)計

在工程機械中，排氣系統(tǒng)是車輛底盤的重要結(jié)構(gòu)，將發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣快速、順暢的排出，確保發(fā)動機處于最佳運行狀態(tài)。排氣系統(tǒng)的設(shè)計要滿足車輛底盤布局的要求和相關(guān)標準中的防爆設(shè)計要求。排氣系統(tǒng)由排氣管路、排氣歧管、支撐構(gòu)件和消聲器等部分組成。相關(guān)規(guī)定要求，柴油機表面溫度不能超過150℃，排氣出口的溫度不能超過70℃。

排氣系統(tǒng)防爆設(shè)計主要包括以下幾個方面：

1）水夾套排氣歧管的設(shè)計。該部分結(jié)構(gòu)由夾套和歧管兩部分組成，排氣歧管不直接與外界環(huán)境接觸，與殼體構(gòu)成中間封閉空腔，其中流通冷卻水，用以降低廢氣溫度。為滿足排氣系統(tǒng)的基本功能要求，在設(shè)計中將排氣歧管冷卻水道與氣缸蓋的冷卻水道相連，在循環(huán)水泵作用下，引導(dǎo)冷卻水進行整個循環(huán)系統(tǒng)，持續(xù)對排除廢氣進行降溫。在循環(huán)冷卻水和間隔包覆的作用下，確保排氣歧管外殼溫度不會過高。在排氣歧管出口設(shè)計上，各接合面設(shè)計都要符合防爆要求，出口應(yīng)高于接合面5 mm以上，進氣口處設(shè)置相應(yīng)的5 mm凹槽，采用彎曲接合面設(shè)計，確保管道的密封性，防止高溫廢氣泄漏。

2）冷卻凈化水箱的設(shè)計。該裝置的主要作用是消焰、降溫、降塵，安裝在阻火器前，采用防爆設(shè)計結(jié)構(gòu)，隔爆接合面寬度應(yīng)在25 mm，接合面有效寬度大于13 mm，距離螺孔邊沿寬度大于9 mm。此外還要設(shè)置水位標志，采用玻璃窗口，窗口面積為25 cm2。為確保冷卻凈化水箱正常發(fā)揮作用，其安裝位置應(yīng)盡量靠近裝載機底部，從而利用高度差進行補水。

3）熱交換器的設(shè)計，采用固體間壁對不同溫度流體進行隔離，利用避免導(dǎo)熱性能進行熱量交換。采用熱交換器可以對排氣溫度進行進一步冷卻，介紹冷卻水箱體積，從而節(jié)省車身空間。

2.3 電源裝置防爆設(shè)計

防爆電源裝置由蓄電池箱、隔爆型插銷連接器和連接線等部分組成，在箱內(nèi)利用催化劑進行消氫，并安裝有減壓通風(fēng)裝置，在箱外進行氫氣量監(jiān)測，具有自動斷電報警功能，可以滿足工程機械防爆要求。其中，防爆蓄電池箱的設(shè)計要滿足以下幾點要求：一是外殼機械強度要能夠承受75 J以內(nèi)的沖擊能量，在承載能力范圍內(nèi)，不會發(fā)生變形或絕緣脫落現(xiàn)象；二是在蓄電池以外、電源裝置以內(nèi)的任何部分，氫氣濃度不能超過0.3%；三是箱體內(nèi)壁的噴涂厚度應(yīng)大于0.5 mm，使用硫化貼膠或塑料材料，確保絕緣電阻大于5 MΩ；四是在箱底設(shè)置好排液孔，及時排除沖洗給水和酸液。

3 結(jié)語

工程機械防爆技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升工程機械設(shè)備的使用安全性，防止因機械構(gòu)件處于非正常運行狀態(tài)而發(fā)生爆炸等危險事故。通過對機械研究進展的分析可以看出，目前機械防爆設(shè)備的人機交互性能和自動化程度均取得了大幅度提升，在工程中具有極高的應(yīng)用價值。通過對進氣、排氣、電源等關(guān)鍵部位進行防爆設(shè)計，可以降低爆炸風(fēng)險，為工程施工安全提供保障。

參考文獻

[1]李俊仁.油氣懸掛技術(shù)在礦用膠輪車上的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2012（2）：6-8.

[2]李文明，賀利樂.工程機械遙控技術(shù)[J].工程機械與維修，2014（1）：130-133.