一種新型導(dǎo)靜電拖地帶的研究和應(yīng)用

張安文 王振剛 胡廣舉 王德亮

（1.濰坊市公共交通集團(tuán)有限公司，濰坊 261041；2.新鄉(xiāng)光明電器股份有限公司，新鄉(xiāng) 453000）

1 安裝汽車導(dǎo)靜電拖地帶的必要性

靜電無(wú)處不在，特別是在秋冬干燥季節(jié)，人經(jīng)常有強(qiáng)烈被“擊中”的感覺(jué)。各種燃?xì)猓–NG、LNG、氫燃料電池等）汽車、燃?xì)猓–NG、LNG、氫氣等）運(yùn)輸槽車、各種（汽油、柴油、化工原料）罐車在運(yùn)行過(guò)程中都可產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電，若靜電處置不當(dāng)或未按操作規(guī)程操作，輕則造成車輛電子設(shè)備損壞，重則會(huì)引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求（GB 7258-2017），在運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生靜電的交通運(yùn)輸車輛上，都應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求安裝防靜電裝置（導(dǎo)靜電拖地帶），可有效消除靜電危害和安全隱患，保證車輛電氣設(shè)備安全正常工作，避免各種安全事故的發(fā)生。

2 在用導(dǎo)靜電拖地帶存在的問(wèn)題

目前在用的導(dǎo)靜電拖地帶整體暴露、雨水塵土污染、陽(yáng)光直曬，易造成帶體橡膠老化龜裂后內(nèi)部導(dǎo)體暴露氧化或斷裂，降低或喪失導(dǎo)靜電性能；帶體長(zhǎng)時(shí)間高頻率搖折，特別是根部固定連接位置搖折的強(qiáng)度最大，極易造成該部位帶體斷裂整體丟失，喪失導(dǎo)靜電功能；帶體多道對(duì)折金屬夾板固定后，造成導(dǎo)靜電帶體外形塑性變形短時(shí)不易還原，調(diào)整維護(hù)時(shí)費(fèi)工費(fèi)力，很難一次性精準(zhǔn)調(diào)整到位，達(dá)到導(dǎo)靜電帶使用維護(hù)技術(shù)要求（圖1）。

圖1 使用中的導(dǎo)靜電拖地帶技術(shù)狀況

3 新型導(dǎo)靜電拖地帶的研發(fā)

筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察研究，結(jié)合維修現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，發(fā)明了一種新型環(huán)保、徒手快速精準(zhǔn)調(diào)整維護(hù)（僅需3-5s）、超長(zhǎng)壽命導(dǎo)靜電拖地帶，著重解決了在用導(dǎo)靜電拖地帶存在的缺陷，現(xiàn)將其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)點(diǎn)介紹如下。

3.1 新型導(dǎo)靜電拖地帶的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

新型導(dǎo)靜電拖地帶的外形如一個(gè)放大的“卷尺”（圖2），導(dǎo)靜電帶體隱藏保護(hù)在殼體內(nèi)，整體由外殼（左右兩半）、收帶手輪連卷帶軸及鎖止機(jī)構(gòu)（收帶手環(huán)）、放帶鎖止機(jī)構(gòu)（放帶手環(huán)）、導(dǎo)靜電帶加延長(zhǎng)帶及連接導(dǎo)線、“三角”導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌（夜間反光可作安全警示牌）等組成（圖3）。

圖2 新型導(dǎo)靜電拖地帶外觀

圖3 新型導(dǎo)靜電拖地帶的組成

3.2 新型導(dǎo)靜電拖地帶的結(jié)構(gòu)功能及優(yōu)點(diǎn)

3.2.1 安裝固定方便可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單科學(xué)

導(dǎo)靜電帶整體隱藏在殼體內(nèi)，免受雨水塵土污染、陽(yáng)光直曬，帶體不老化不龜裂，導(dǎo)靜電性能好；克服了在用導(dǎo)靜電帶體整體暴露，多道對(duì)折金屬夾板固定后，造成導(dǎo)靜電帶體塑性變形不易短時(shí)間還原，很難做到一次性精準(zhǔn)調(diào)整到位的弊病。

3.2.2 維護(hù)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單方便快捷

卷帶軸端手輪和收、放帶鎖止拉環(huán)配合，可隨時(shí)隨地不受周圍環(huán)境限制徒手快速（3-5s）完成導(dǎo)靜電拖地帶維護(hù)調(diào)整工作，精確達(dá)到車輛導(dǎo)靜電技術(shù)要求。

3.2.3 帶體配重和迎風(fēng)面積合理匹配

距離導(dǎo)靜電拖地帶末端250mm 處安裝一個(gè)“三角”導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌，此牌固定設(shè)計(jì)獨(dú)特，調(diào)整方便快捷，沿帶上推順暢，下推鎖止（圖4），確保導(dǎo)靜電帶維護(hù)調(diào)整時(shí)此牌離地高度始終保持在250mm 左右；此牌面積及自重與導(dǎo)靜電帶體重量匹配，在車速大于10km/h 時(shí)，借助“風(fēng)箏”效應(yīng)使得導(dǎo)靜電帶整體飄起與地面剛好脫離無(wú)摩擦，可大大延長(zhǎng)導(dǎo)靜電拖地帶的使用壽命；在車速小于10km/h 時(shí)，車輛準(zhǔn)備進(jìn)站停車的過(guò)程中（公交車標(biāo)準(zhǔn)要求車速大于5km/h 時(shí)，車門(mén)不能打開(kāi)），飄著的導(dǎo)靜電拖地帶接地端落下與地面接觸放電，保證導(dǎo)靜電帶接地良好，靜電釋放，確保安全。為此，進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間大量的拖地帶擺動(dòng)仿真模擬分析和試驗(yàn)測(cè)試。

圖4 導(dǎo)靜電標(biāo)志牌固定結(jié)構(gòu)

（1）根據(jù)裝車后導(dǎo)靜電拖地帶實(shí)際長(zhǎng)度，確定導(dǎo)靜電拖地帶長(zhǎng)700mm（導(dǎo)靜電帶寬55mm、厚9mm、密度1000kg/m3），垂直懸掛在車底下，正面迎風(fēng)，靜態(tài)下導(dǎo)靜電拖地帶底端完全觸地，在不考慮風(fēng)向和風(fēng)速的情況下，忽略靜電帶表面光度，仿真模擬試驗(yàn)開(kāi)始，多輪測(cè)試在車速達(dá)到10km/h、20km/h、30km/h、40km/h 時(shí)導(dǎo)靜電帶底端最大位移偏離；若在離地端250mm 處，增加一個(gè)等邊三角形導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌貼附在靜電帶上，其邊長(zhǎng)為100mm，以增加迎風(fēng)面積，再次多輪測(cè)試在車速達(dá)到10km/h、20km/h、30km/h、40km/h 時(shí)靜電帶底端最大位移偏離測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

（2）從表1 中未增加迎風(fēng)面積的導(dǎo)靜電拖地帶和增加了迎風(fēng)面積的導(dǎo)靜電拖地帶在不同車速下帶體位移試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，若靜態(tài)下導(dǎo)靜電帶底端與地面完全接觸，并有一定余量置于地面，假設(shè)此余量為10mm，則根據(jù)上述估算，在拖地帶未增加迎風(fēng)面積狀態(tài)下當(dāng)車速大于30km/h 時(shí)，導(dǎo)靜電帶完全離開(kāi)地面；在拖地帶增加了迎風(fēng)面積狀態(tài)下當(dāng)車速大于10km/h 時(shí)，導(dǎo)靜電帶完全離開(kāi)地面。

表1 仿真模擬和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.2.4 夜間反光安全警示牌，可大大降低安全事故

“三角”導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌表面用反光材料制成，在夜間導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌上下飄動(dòng)，閃閃發(fā)光，非常顯眼，又成為一個(gè)明顯的安全警示標(biāo)志，可大大減少由于駕駛員視覺(jué)疲勞造成的交通追尾事故。

3.2.5 提高導(dǎo)靜電拖地帶利用率，既節(jié)約又環(huán)保

新型導(dǎo)靜電拖地帶增加了導(dǎo)靜電帶可重復(fù)利用的“連接金屬帶”（金屬帶長(zhǎng)350mm）設(shè)計(jì)理念，以“C”型帶為例，生產(chǎn)時(shí)每條導(dǎo)電橡膠帶由原來(lái)1600mm 縮短到1100mm，節(jié)省500mm，可節(jié)省導(dǎo)靜電帶30%左右；使用時(shí)可使導(dǎo)靜電帶有效利用率由原來(lái)68%（總長(zhǎng)1600mm 剩余500mm 左右)提高到81%（總長(zhǎng)1100mm 剩余200mm 左右），節(jié)約就是最大的環(huán)保。

3.2.6 導(dǎo)靜電性能更可靠

在用導(dǎo)靜電拖地帶根部固定位置長(zhǎng)時(shí)間高頻率搖折，極易造成該部位疲勞損傷，致導(dǎo)體折斷或帶體完全斷裂丟失，失去導(dǎo)靜電功能，車輛產(chǎn)生的靜電不能導(dǎo)地施放，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，可能導(dǎo)致車輛電器設(shè)備損壞，嚴(yán)重者也可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等交通安全事故。而新型導(dǎo)靜電帶搖擺的根部隨著帶體磨損在不斷更新，故不會(huì)造成帶體疲勞斷裂或丟失現(xiàn)象，可大大延長(zhǎng)導(dǎo)靜電拖地帶的有效使用壽命，確保車輛運(yùn)行安全。

3.3 新型導(dǎo)靜電帶研究進(jìn)展、應(yīng)用前景和預(yù)期效益

新型導(dǎo)靜電帶于2019 年11 月開(kāi)始研究設(shè)計(jì)，2020 年5 月完成技術(shù)方案、圖紙確定并定制模具，多批次生產(chǎn)改進(jìn)調(diào)整調(diào)試，于2020 年7 月樣品研制成功并申請(qǐng)上報(bào)國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，申報(bào)前在國(guó)內(nèi)國(guó)際范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)與此項(xiàng)目相近有關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品。實(shí)用新型專利號(hào)：ZL202021487099.X（實(shí)用新型專利證書(shū)已于2021 年2 月2 日授權(quán)公告）；發(fā)明專利號(hào)：202010723491.8，正在審核審批中。

由于導(dǎo)靜電拖地帶應(yīng)用范圍廣泛，隨著國(guó)家新能源戰(zhàn)略和鼓勵(lì)扶持政策力度的加大，新能源車輛逐年大幅度增加，導(dǎo)靜電帶的裝車配套量很大；在用導(dǎo)靜電拖地帶由于存在使用壽命短，維護(hù)調(diào)整費(fèi)工費(fèi)力，很難一次性精確調(diào)整到位等原因，使新型導(dǎo)靜電拖地帶在后維修市場(chǎng)的替換保有量潛能很大，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4 導(dǎo)靜電拖地帶檢測(cè)考核技術(shù)指標(biāo)

4.1 導(dǎo)電性能

檢測(cè)考核導(dǎo)靜電帶三批次樣品，經(jīng)在低溫-40℃到高溫100℃各區(qū)間的導(dǎo)電性能測(cè)試，其導(dǎo)電性能穩(wěn)定、良好。

4.2 整體抗拉強(qiáng)度

檢測(cè)考核包括帶體低溫-40℃、常溫及高溫100℃抗拉強(qiáng)度、脆性、軟化性等試驗(yàn)，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 高低溫狀態(tài)下收放帶工作情況

檢測(cè)考核帶體-20℃至常溫、高溫100℃狀態(tài)，導(dǎo)靜電拖地帶收放自如；-40℃時(shí)導(dǎo)靜電橡膠帶變硬，收放帶時(shí)阻力稍大，能夠滿足收放帶調(diào)整維護(hù)。

4.4 在同等工況條件下導(dǎo)靜電帶磨損量測(cè)試數(shù)據(jù)

2020 年8 月開(kāi)始，在裝有導(dǎo)靜電拖地帶的一臺(tái)公交車上，又裝上一條新型導(dǎo)靜電拖地帶，測(cè)試同等工況條件下運(yùn)行間隔為2000km 的磨損量，測(cè)試開(kāi)始前，調(diào)整靜態(tài)下二種拖地帶底端與地面完全接觸，并有一定余量置于地面，調(diào)整此余量為10mm，磨損量測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。從磨損量測(cè)量統(tǒng)計(jì)看，在用導(dǎo)靜電拖地帶在運(yùn)行到8000km 至10000km 時(shí)，磨損量顯著減少，分析其原因主要是拖地帶已磨損離開(kāi)地面，車輛運(yùn)行過(guò)程中已經(jīng)間歇觸地，需要維護(hù)調(diào)整了。

表2 磨損量測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

4.5 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算導(dǎo)靜電帶延長(zhǎng)的使用壽命

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，不考慮在用導(dǎo)靜電拖地帶根部由于疲勞斷裂丟失的因素部分，新型導(dǎo)靜電拖地帶使用壽命是在用的三倍以上。

5 新型導(dǎo)靜電拖地帶的創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 徒手快速維護(hù)調(diào)整

不用借助任何工具，操作調(diào)整省時(shí)省力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)靜電拖地帶不滿足技術(shù)要求時(shí)，可隨時(shí)隨地快速精準(zhǔn)調(diào)整維護(hù)，達(dá)到車輛設(shè)備導(dǎo)靜電技術(shù)要求。

5.2 調(diào)整控制精準(zhǔn)，易折損部位不斷更新

導(dǎo)靜電拖地帶調(diào)整控制精準(zhǔn)，接地磨耗少；易折損部位不斷更新，避免出現(xiàn)帶體疲勞折斷丟失現(xiàn)象，既要保證車輛設(shè)備導(dǎo)靜電性能技術(shù)要求，又要確保拖地帶磨損量最低，才能實(shí)現(xiàn)拖地帶長(zhǎng)壽命使用。

5.3 安全警示，避免交通事故

“三角”導(dǎo)靜電標(biāo)識(shí)牌表面用特殊夜光材料制成，在夜間標(biāo)識(shí)牌上下飄動(dòng)，閃閃發(fā)光，又成為一個(gè)明顯的安全警示牌，可大大減少或避免由于駕駛員視覺(jué)疲勞造成的交通追尾事故。

5.4 節(jié)能環(huán)保

導(dǎo)靜電拖地帶為橡膠材料附導(dǎo)電金屬材料制成，減少生產(chǎn)消耗和使用磨損量，延長(zhǎng)了使用壽命，提高了有效利用率，既節(jié)能減排，也對(duì)環(huán)保作出貢獻(xiàn)。