工程机械防爆技术的研究与方案设计

杨建雷

（山西煤炭运销集团店上煤业有限公司， 山西 高平 048400）

引言

随着科学技术的发展，工程建设施工中的机械化程度和自动化程度也越来越高。机械生产、运输设备已成为工程施工不可缺少的重要工具，被广泛应用于建筑、水利、工矿工程等各个领域。使用机械设备提升工程效率，首先要保证机械设备的使用安全。在机械方案设计中，要严格遵守相关规定标准，积极采用先进的防爆技术，提升设备使用安全性。

1 工程机械防爆技术的研究进展

在工程机械防爆设计的要求下，防爆装载机的研究取得了新的进展。防爆装载机属于装载机的一种，由动力系统和传统系统等部分组成，并且能够满足相关标准中对其进气、排气和电气防爆等方面的要求，能够确保柴油发动机在工程中的安全使用，设计与应用主要取得了以下几方面的进展：

1）人机工程学的应用，使人与设备、环境高度协调，设备操作能够符合人的生理和心理需求，减轻操作负担，比如大型防爆装载机的驾驶室要有隔音、防振、防落石和倾覆等方面的保护性设计。

2）自动化程度不断提高，能够通过控制中心对多台机械设备进行集中控制，根据工作参数信号，调节和控制喷油量、喷油定时。自动化润滑系统的应用能够解决工程机械易磨损的问题，此外自动换挡也是防爆装载机的主要发展方向之一[1]。

3）生产能力得到大幅度提升，防爆装载机的功率、载重量和速度都有所提升，铲斗作业的装满系数明显提升，能够做到一次装满，减少作业时间。

4）由于采用了自动集中润滑系统等自动化维护技术，使设备的维护管理更加及时，维护工作量明显降低，从而使设备保持最佳运行状态。

5）新动力系统的研究也取得了一定进展，比如由水电解产生的氢气作为原料的燃料电池动力系统，排放物为水蒸气，不仅能够提升设备安全性，还能够降低环境污染[2]。

2 工程机械防爆技术方案设计

2.1 进气系统防爆设计

在进气系统中安装进气阻火器可以防止气缸回火引燃易燃气体导致的爆炸。进气阻火器安装在进气门位置，在进气歧管与空气滤清器之间。进气阻火器由带有细小孔隙的固定材质组成，孔隙孔径要尽可能小，使火焰通过孔隙后被分成众多的细小火焰，从而被快速熄灭。阻火器主要有传热作用和器壁效应，由于孔隙传热面积大，火焰通过后在热交换过程中温度快速下降而被熄灭。器壁效应则是组织燃烧和爆炸的激发分子，破坏火焰燃烧条件，达到防爆目的。

根据相关标准规定，防爆柴油机在进气口和排气口位置均要设计阻火器，且满足易装配、易清洗、易检修维护等要求。阻火器由外壳和阻火元件两部分组成，要使用耐高温、耐磨损和耐腐蚀的材料。框架隔爆结合面有效宽度应在25 mm以上，且不能在结合面内钻孔。栅栏板平面度不能超过0.15 mm，厚度应大于1 mm，气流方向宽度应大于50 mm，相邻栏板间隙不能超过0.5 mm。若珠型阻火器的球体直径为5 mm，则气流方向填充厚度应大于60 mm，若球体直径为6 mm，则填充厚度应大于90 mm，确保装配完成后球体不会出现松动。

此外，还要做好进气弯管和进气歧管的防爆设计。由于原进气系统中，空气滤清器属于非防爆结构，对其进行防爆处理也不现实，在保留空气滤清器的情况下，需要对进气弯管、进气歧管以及两者结合面进行防爆设计。原设计中的橡胶管套连接方式不符合防爆要求，需要对进气弯管进行重新设计，在不改变外形的条件下，改为法兰盘式连接，其端面尺寸为28.5 mm，管壁内墙与螺栓孔壁之间的最小距离为15.5 mm。进气弯管和进气歧管连接端面的尺寸设计也要符合防爆要求。进气歧管是直接连接柴油机机体的结构，与柴油机缸盖的进气接口接合面尺寸有效宽度应大于13 mm，隔爆接合面内部边沿与螺栓孔边沿最小距离为9 mm。此外，还要对歧管空气滤清器安装凸台加以调整，以便于阻火器的安装。

2.2 排气系统防爆设计

在工程机械中，排气系统是车辆底盘的重要结构，将发动机产生的废气快速、顺畅的排出，确保发动机处于最佳运行状态。排气系统的设计要满足车辆底盘布局的要求和相关标准中的防爆设计要求。排气系统由排气管路、排气歧管、支撑构件和消声器等部分组成。相关规定要求，柴油机表面温度不能超过150℃，排气出口的温度不能超过70℃。

排气系统防爆设计主要包括以下几个方面：

1）水夹套排气歧管的设计。该部分结构由夹套和歧管两部分组成，排气歧管不直接与外界环境接触，与壳体构成中间封闭空腔，其中流通冷却水，用以降低废气温度。为满足排气系统的基本功能要求，在设计中将排气歧管冷却水道与气缸盖的冷却水道相连，在循环水泵作用下，引导冷却水进行整个循环系统，持续对排除废气进行降温。在循环冷却水和间隔包覆的作用下，确保排气歧管外壳温度不会过高。在排气歧管出口设计上，各接合面设计都要符合防爆要求，出口应高于接合面5 mm以上，进气口处设置相应的5 mm凹槽，采用弯曲接合面设计，确保管道的密封性，防止高温废气泄漏。

2）冷却净化水箱的设计。该装置的主要作用是消焰、降温、降尘，安装在阻火器前，采用防爆设计结构，隔爆接合面宽度应在25 mm，接合面有效宽度大于13 mm，距离螺孔边沿宽度大于9 mm。此外还要设置水位标志，采用玻璃窗口，窗口面积为25 cm2。为确保冷却净化水箱正常发挥作用，其安装位置应尽量靠近装载机底部，从而利用高度差进行补水。

3）热交换器的设计，采用固体间壁对不同温度流体进行隔离，利用避免导热性能进行热量交换。采用热交换器可以对排气温度进行进一步冷却，介绍冷却水箱体积，从而节省车身空间。

2.3 电源装置防爆设计

防爆电源装置由蓄电池箱、隔爆型插销连接器和连接线等部分组成，在箱内利用催化剂进行消氢，并安装有减压通风装置，在箱外进行氢气量监测，具有自动断电报警功能，可以满足工程机械防爆要求。其中，防爆蓄电池箱的设计要满足以下几点要求：一是外壳机械强度要能够承受75 J以内的冲击能量，在承载能力范围内，不会发生变形或绝缘脱落现象；二是在蓄电池以外、电源装置以内的任何部分，氢气浓度不能超过0.3%；三是箱体内壁的喷涂厚度应大于0.5 mm，使用硫化贴胶或塑料材料，确保绝缘电阻大于5 MΩ；四是在箱底设置好排液孔，及时排除冲洗给水和酸液。

3 结语

工程机械防爆技术的应用可以有效提升工程机械设备的使用安全性，防止因机械构件处于非正常运行状态而发生爆炸等危险事故。通过对机械研究进展的分析可以看出，目前机械防爆设备的人机交互性能和自动化程度均取得了大幅度提升，在工程中具有极高的应用价值。通过对进气、排气、电源等关键部位进行防爆设计，可以降低爆炸风险，为工程施工安全提供保障。

参考文献

[1]李俊仁.油气悬挂技术在矿用胶轮车上的应用[J].汽车实用技术，2012（2）：6-8.

[2]李文明，贺利乐.工程机械遥控技术[J].工程机械与维修，2014（1）：130-133.