礦用電鏟氣路系統(tǒng)低溫凍結(jié)問題分析及改進(jìn)研究

柳 飛

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天礦， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010030）

引言

礦用電鏟也就是機(jī)械式挖掘機(jī)，適用于半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)中或者是露天礦山作業(yè)系統(tǒng)中，電鏟的最大斗容為70 m3以上，在金屬礦山環(huán)境中能夠達(dá)到的最大斗容值為35 m3。電鏟具有的優(yōu)勢是能力大、效率高、耐沖擊等，提高了礦山開采作業(yè)效率，促進(jìn)了礦山經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對電鏟氣路系統(tǒng)進(jìn)行分析，氣路系統(tǒng)也屬于控制系統(tǒng)。其原理是通過對空氣進(jìn)行壓縮的方式來作為介質(zhì)進(jìn)行控制，采用空壓機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮，并通過儲氣蓄能設(shè)備和回轉(zhuǎn)接頭等零部件對制動器或者是離合器進(jìn)行控制，驅(qū)動該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到完成所要求的任務(wù)。一般情況下，氣壓操縱方式的運(yùn)用是比較普遍的，由于能夠?qū)諝膺M(jìn)行壓縮，且在作業(yè)的過程中比較穩(wěn)定，操作安全可靠，環(huán)境復(fù)雜的情況下也能夠進(jìn)行正常作業(yè)。所以，面對是否能夠順利進(jìn)行作業(yè)，最主要的就是如何對氣路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

1 電鏟氣路系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

在壓縮空氣的過程中，會出現(xiàn)析出水的現(xiàn)象，當(dāng)處于氣溫極低的惡劣環(huán)境中，將會導(dǎo)致析出的水結(jié)冰后堵塞通道的現(xiàn)象，從而使得操作失靈。然而，在我國北方地區(qū)，大多數(shù)地方在冬天的時候氣溫都是處于0 ℃以下，甚者某些露天礦山氣溫低至-35 ℃，這種現(xiàn)象將會造成氣路系統(tǒng)長期處于結(jié)冰的狀態(tài)，氣路元件將不僅會出現(xiàn)不同程度的損耗，還會導(dǎo)致卡死現(xiàn)象不能正常工作。在這種情況下，氣路系統(tǒng)的可靠性就大大折扣，對電鏟產(chǎn)生的負(fù)面影響也增大，甚至有的時候會出現(xiàn)重大事故，危機(jī)工作人員的生命安全[1]。綜上所述，本文將根據(jù)以上出現(xiàn)的情況進(jìn)行對電鏟系統(tǒng)的水期分離和工作原理針對性分析和研究，最終提出相關(guān)的措施，解決電鏟氣路析出水結(jié)冰的現(xiàn)象。

1.1 氣路系統(tǒng)工作原理

當(dāng)電鏟氣路系統(tǒng)正常作業(yè)的時候，空壓機(jī)的電動機(jī)也開始準(zhǔn)備工作，且開始在儲氣罐中打氣。經(jīng)過相關(guān)的裝備后，壓縮后的空氣開始進(jìn)入到管路和閥門等機(jī)構(gòu)，如圖1 所示為氣路系統(tǒng)的詳細(xì)流程。壓力繼電器在儲氣罐上連接，起作用是能夠按照設(shè)定的壓力值進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)不同的監(jiān)測信息發(fā)出不同的指令，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對空壓機(jī)的控制。

圖1 氣路系統(tǒng)工作原理圖

1.2 氣路系統(tǒng)水氣分離原理

大自然中的空氣并不是純凈的，空氣中有時也會有一些水分摻雜一起?？諌簷C(jī)進(jìn)行作業(yè)時，直接是從大氣中進(jìn)行壓縮，因此就會經(jīng)常出現(xiàn)水分和大氣一起進(jìn)入到空壓機(jī)中，空壓機(jī)進(jìn)行氣體壓縮時就出現(xiàn)析出水現(xiàn)象，從而造成了結(jié)冰。因此，針對這種情況應(yīng)該考慮如何能夠避免水分的進(jìn)入，或者是在水分進(jìn)入的時候能夠及時進(jìn)行分離，從而能夠保證各管路不會因為析出的水而凍裂。

首先，在氣路系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)的時候，儲氣罐和輸氣管路能夠起到初步對水和大氣進(jìn)行分離的作用[2]。當(dāng)活塞式空壓機(jī)在開始工作時，由于空壓機(jī)釋放出的氣體具有溫度高和壓力大的特點，當(dāng)面對鐵質(zhì)管路時會被瞬間冷卻，從而會出現(xiàn)有一部分的水將會以液化的形式，在通過儲氣罐時出現(xiàn)分離。由于液態(tài)的水會在罐底部形成，從而需要定期的進(jìn)行排水工作。

第二次水氣分離的過程是通過空氣過濾器來實現(xiàn)。儲氣罐將收集到的氣體在截止閥的作用下，連續(xù)輸送到過濾器。在經(jīng)過旋風(fēng)扇葉的過程中由于空氣出現(xiàn)不斷偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)螺旋氣流[3-4]。在離心力的作用下，將不純凈空氣內(nèi)部的水份，塵埃等離心運(yùn)動到容器內(nèi)部表面。由于容器內(nèi)部的表面光滑，雜質(zhì)不容易附著到表面上，并慢慢地沉積到容器的底部，然后通過過濾器裝設(shè)的排水系統(tǒng)進(jìn)行排出。在容器中設(shè)有的擋水蓋板的作用是能夠避免容器底部的雜質(zhì)在空氣旋渦的作用下，將雜質(zhì)帶入到大氣中，從而造成對空氣的二次污染。如圖2 所示為空氣在進(jìn)行過濾時的原理圖。

圖2 空氣過濾器水氣分離原理圖

1.3 氣路系統(tǒng)水氣分離能力

根據(jù)相關(guān)資料得知，蒸汽液化量和溫度降低具有正相關(guān)性。在氣路系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)首次水和大氣分離時，容器內(nèi)的氣溫將會由最初的120 ℃下降到60 ℃，由于溫度不是大幅度下降，使得初次分離過程不完全。因為在目前空氣過濾器的作業(yè)效率值只能達(dá)到80%，但是在實際情況中運(yùn)用是只能是50%，當(dāng)罐內(nèi)的壓縮氣體經(jīng)過過濾器時，開始進(jìn)行第二次水和大氣分離過程，此過程仍然會有部分水分不能與大氣徹底分離[5-6]。

2 氣路系統(tǒng)改造

將水氣分離原理進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，得知電鏟氣路系統(tǒng)在設(shè)計方面還是有很多的弊端，這就導(dǎo)致在進(jìn)行水氣分離的過程中不徹底，最終有少量的水進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部。在空壓機(jī)在進(jìn)行氣體壓縮時就出現(xiàn)析出水的現(xiàn)象，從而造成了結(jié)冰的問題。因此，針對這種情況應(yīng)該考慮如何能夠避免水分的進(jìn)入，或者是在水分進(jìn)入的時候能夠及時進(jìn)行分離，從而能夠保證各管路不會析出冰。在這種情況下，應(yīng)該對水氣分離的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，如圖3 所示為優(yōu)化后的氣路系統(tǒng)。

圖3 改進(jìn)后氣路系統(tǒng)示意圖

1）在空氣壓縮機(jī)的出氣口位置安裝單向閥，作用是能夠在空氣壓縮機(jī)停止作業(yè)時，確保含水的空氣不會再次進(jìn)入到設(shè)備中。

2）在儲氣罐和單向閥之間安裝冷凝器設(shè)備，裝備的冷凝器能夠保證空氣壓縮機(jī)在進(jìn)行排氣后將高溫的空氣瞬間降溫。

3）在主氣路中增加空氣過濾器，選用的過濾器為二級精密型，能夠達(dá)到99%的除水效率。根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求以及在作業(yè)過程中環(huán)境的影響，采用的過濾器設(shè)備選為不銹鋼材質(zhì)。過濾器內(nèi)部裝有不同形狀的濾芯，其主要的作用就是能夠?qū)嚎s后的氣體進(jìn)行攔截、重力、吸附等進(jìn)行反復(fù)過濾清潔。

3 改造效果分析

在2020 年11 月，對優(yōu)化設(shè)計后的電鏟在較冷的環(huán)境下進(jìn)行試驗。在經(jīng)過90 d 的試驗過程中，平均環(huán)境溫度為-35 ℃。然而，通過優(yōu)化設(shè)計后的氣路系統(tǒng)在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)，沒有出現(xiàn)由于低溫的天氣影響導(dǎo)致結(jié)冰的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

改進(jìn)后的電鏟結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，并且能夠完全解決由于嚴(yán)寒的環(huán)境下，導(dǎo)致電鏟氣路系統(tǒng)析出冰的現(xiàn)象，從而有效地加強(qiáng)了氣路系統(tǒng)運(yùn)用的可靠以及安全性，避免了因氣路系統(tǒng)結(jié)冰失效而導(dǎo)致的安全事故。