王東發(fā) 李全喜 陳慶旺

摘要 通過對國內(nèi)外目前較先進的安全防護理論和技術的了解，設計開發(fā)了倒車語音報警和倒車雷達測距報警系統(tǒng)、柴油機尾氣排放濕式處理系統(tǒng)，以及對原車機械電器結構的局部改造。這樣有效提高了進口支架搬運車的運輸安全性和可靠性，避免安全事故的發(fā)生。

關鍵詞：報警；雷達；測距；濕式；防爆

1.倒車語音報警和倒車雷達測距報警系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代工業(yè)日新月異的發(fā)展，設備安全在煤炭生產(chǎn)中越來越重要。現(xiàn)代科技的發(fā)展水平為進一步改造作業(yè)設備，提升其綜合性能提供了可能。井下運輸車輛由于其運行工況的復雜性使得技術改造存在一定困難。

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

1.1 新增1臺DC12V直流發(fā)電機，為防爆電器保護系統(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)動的發(fā)電機旁新增一臺皮帶驅(qū)動與原車同型號防爆DC12V發(fā)電機。柴油機的輸出軸作為該新增發(fā)電機的動力軸，設計、試驗皮帶傳動裝置使其與新增發(fā)電機的輸入匹配，輸出DC12V.試驗表明這對柴油機的輸出功率沒有大的影響。

1.2 倒車語音燈光報警系統(tǒng)

為了提醒駕駛人員和行人在車輛倒車時的警示，在車輛頂部右后側安裝110分貝，100米可見的語音燈光報警系統(tǒng)。按下倒車檔時，控制車輛方向的液壓換向閥換向，壓力開關進油，DC12V直流電路導通，語音燈光報警系統(tǒng)工作，伴隨“倒車，請注意”語音報警，高亮度LED閃爍，100米可見。本語音燈光報警系統(tǒng)選用的語音燈光器有MA認證。系統(tǒng)中的壓力開關等都增加了防爆、隔爆措施。

1.3 倒車測距LED報警系統(tǒng)

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

超聲波測距傳感器和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)動機在運行過程中會釋放大量的CO，氮氧化合物以及固體污染顆粒，這些物質(zhì)對長時間處于高污染的環(huán)境下工作的煤礦工人的身體健康造成了很大危害；同時，當煤礦井下通風條件不良的時候，礦井中積聚的瓦斯不能及時安全地排出，發(fā)動機的排氣溫度在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，容易點燃井下瓦斯而導致重大事故。以防爆柴油機為動力源的無軌運輸設備必須解決好發(fā)動機尾氣的凈化和防爆問題。

為達到排氣系統(tǒng)的防爆目的，發(fā)動機設計應使之能夠承受內(nèi)部爆炸而不能損壞發(fā)動機原件的機械結構，限制能量傳遞，保證內(nèi)部明火不會傳到外界空氣而引起外部爆炸。排氣系統(tǒng)設計要限制排氣系統(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， 對于柴油機尾氣處理分為干式和濕式兩種。

2.1 干式尾氣處理系統(tǒng)

從柴油機增壓器排出的氣體通過水套排氣連接管進入到廢氣凈化器。廢氣在被凈化器處理之后進入到熱交換器進行冷卻。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排放控制，轉(zhuǎn)換高達95%的一氧化碳（CO）為二氧化碳，除去顆粒物（煙）可高達50%。廢氣凈化器中植入了隔爆柵，防止柴油機內(nèi)的爆炸火焰直接進入礦井危險區(qū)域。

干式尾氣處理過程中尾氣直接經(jīng)過管道降溫進入，然后經(jīng)過熱交換器，排氣柵欄、排氣管直接排出，在實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)動機的溫度升高、功率下降、熄火等。干式尾氣處理的原理見圖一。

實踐中，干式尾氣處理并不能達到理論的效果。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)

由柴油機渦輪增壓器排出的尾氣經(jīng)廢氣凈化器組件進入濕式廢氣處理箱。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、遙控浮標閥、濕式廢氣處理箱組成，如圖所示。其中遙控浮標閥用于控制濕式廢氣處理箱的開啟與閉合，當廢氣處理箱水位低于設定水位時，浮標下行，自動連通水箱和廢氣處理箱；當廢氣處理箱水位達到設定值時，浮標浮起，切斷水流，從而達到水位的自動控制。低水位的閥門的作用在于當水箱內(nèi)的水用完后，廢氣處理箱仍不能得到補水時自動關閉發(fā)動機，達到防爆保護的作用。

高溫、高壓廢氣由廢氣凈化器進入廢氣處理箱內(nèi)，使水箱內(nèi)的水翻騰和汽化，同時廢氣和水充分融合、溶解，達到很好的凈化效果。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)排氣防爆柵欄進行二次防爆處理。濕式排氣防爆裝置同時還是一個排氣消聲器，起著平衡廢氣壓力波動，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用。

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

MH-40發(fā)動機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)的原理和結構我們對現(xiàn)有MH-40多功能井下運輸車的尾氣干式處理系統(tǒng)改造為濕式處理系統(tǒng)。

主要進行如下工作：

外界空氣由進氣管，經(jīng)過空氣濾清器、進氣關斷閥、渦輪增壓器、進氣隔爆柵等進入柴油機供其使用?？諝鉃V清器和進氣隔爆柵濾除了煤礦環(huán)境的粉塵，當經(jīng)由空氣濾清器的空氣粉塵等超標時，進氣關斷閥關閉，柴油機停止工作，渦輪增壓器起到對管道的空氣增速、增壓作用。

2.3設計、制造濕式尾氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

柴油機廢氣由排氣口經(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)化成氮氣，碳氫化合物轉(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。當最高水位時，浮子關斷球閥停止上水；當最低水位時，低水位停車傳感器報警停車。

（2）設計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補水。

2.4尾氣排放口方向改造

改變原車尾氣排放方向，讓尾氣變“溫順”。車輛負載運行時，

尾氣溫度、壓力加速升高，原車尾氣從后方排出，發(fā)動機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

改造工作是否成功需要進行下面三個檢驗過程：

（1）直觀檢查：觀察煙色，氣味，聲音是否正常，發(fā)動機功率，加速性能是否正常，路面試驗觀察運行速度，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號井進行了路面空載試車。從運行外觀看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一步實驗。

（2）入井檢查。改裝車輛需在井下空氣質(zhì)量相對差的環(huán)境中，進行負荷運行、空載運行，查看煙色，觀察發(fā)動機運行情況，初步試驗狀態(tài)良好。

（3）權威部門檢驗：根據(jù)GB3847-2005對柴油機尾氣排放檢測的要求，我們委托由山西省環(huán)保廳授權的朔州市藍天機動車尾氣檢測有限公司對原干式尾氣處理系統(tǒng)和改造完的MH-40井下搬運車進行了尾氣排放檢測。由檢測結果看出，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，朔州藍天機動車尾氣檢測有限公司對改造前后尾氣的排放情況進行了檢測，見附頁。

3.其他改造措施

3.1 CHT-50型拖車防護罩

原車無防護罩，加裝后可減免車輛在運輸液壓歧管塊被撞壞，液壓油管被擠斷，以及由此導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型框架式支架搬運車水箱蓋加裝防護罩

原車無防護罩，加裝后可減免車輛在運輸液壓支架時，液壓支架前探量將水箱蓋撞壞，以及由此導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準，以防止車輛停放坡路時，車門在重力作用下關閉，夾傷駕駛員或駕駛室附近人員的手指，做到隔離保護。

4.結束語

支架搬運車安全防護系統(tǒng)的研制成功，加強了車輛行駛過程的安全防護：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，這對人和車輛本身的安全都有非常重要的意義。同時，安全防護系統(tǒng)減少了車輛零、部件的損壞，減輕了維修工人的勞動強度，降低了維護費用。

發(fā)動機排氣干式改濕式系統(tǒng)，從源頭解決了井下搬運車柴油機的防爆問題。由排氣的結果對比可以看到，濕式系統(tǒng)排放的尾氣有了很大的改善，達到了尾氣排放的環(huán)保要求。

參考文獻：

[1]朱偉杰，于湘珍.基于超聲波測距的自適應倒車雷達設計

[2]袁有信.汽車倒車雷預達警系統(tǒng)研究

[3]曹磊.汽車尾氣凈化催化劑的研究進展

[4] 陶建中.柴油機排氣后處理系統(tǒng)