矿用汽车电气系统冷却气的优化

赵金帅

摘要：随着社会经济的发展，各行业对资源需求越来越大，金属以及煤炭等资源供不应求，矿车作为矿产的重要运输工具，其作用在采矿领域非常重要。本文彻底分析某型号矿车的电气系统方面的常见故障，并对其做出相应判断，同时分析其结构以及工作原理，提出把增加空气的净化率、深度处理冷却气从而达到提升冷却气纯净程度的装置，并成功地进行了实施，明显降低了矿车的电气系统方面的故障率，彻底优化了电气系统的冷却器，获得了很好的效果。

关键词：矿车;电气系统;冷却气

矿车发展至今有许多不同种类和品牌，电动轮矿车便是其中一种。它是当今矿山运输方面的大型矿用设备之一，广泛应用于煤矿开采、煤矿运输、电站建设和港口码头建设等大型施工领域。正是因为电动轮矿车需要长时间处于浓度高的灰尘环境中进行施工作业，所以势必会引起电气轮上的进气系统中电气零部件堆积尘土的情况，堆积尘土容易造成热量在电气零部件中无法散去，使得电气元件达不到设计使用寿命便提前损坏[1]。电动轮矿车是一种大型设备，它的动力由柴油机提供，柴油机工作使发电机产生电流，最终以轮边电动机的动力来驱动作业。电动轮矿车的优势很多，它具有结构合理、性能可靠、操作容易的特点。但它也有不足之处，在每逢雨雪天气时便会发出电气报警，甚至其中一部分电气元件会被烧毁，对设备正常运行造成影响，也不利于施工工程的有序进行。

一、电气系统的结构以及冷却气的工作原理

（一）主要结构

电动轮矿车的電气系统主要由三部分组成，这三个结构部件为发电机、电器柜以及轮边驱动电机。电气柜中有着操控电动轮正常运行的许多电气元件，发电机的位置在电器柜后面，它们之间有专用气道连通，发电机 的后侧方分布着两台轮边驱动电机，它们之间有专用空气通道连通。矿用车辆的发动机水循环冷却系统主要包括散热器、冷却水泵、风扇、冷却水泵的进水管、恒温器和发动机内外格栅等。 散热器出口处的冷却剂在冷却水泵的压缩下进入发动机，带走被加热部件吸收的多余热量，并通过恒温器流向散热器[2]。在水泵的作用下，曲轴通过皮带驱动器驱动负责冷却的风扇，冷却经过散热器的高温液体。此系统是根据发动机的最大热负荷条件设计的，它无法自动调整发动机的散热要求。同时，它还会增加油耗，增加整台机器的噪音，对发动机的动力和经济性造成严重影响，并影响驾驶人员的舒适度。

（二）工作原理

在电动轮处于工作状态时，空气经过电器柜的前后两侧专门矩形的通道到达电器柜并使电气元件形成的热量消失，随后通过发电机的转子风扇带动，使发电机中的热量和灰尘散失，最终通过轮边驱动电机风道把因电机的碳刷摩擦而产生的热量经尾部排到外面。

二、电气系统的常见故障以及原因分析

（一）因雨雪等潮湿天气造成电气故障

在遇到雨雪等潮湿天气时，空气中的水蒸气含量显著增加，使空气湿度很大，这些湿气进入到电气系统中的电器柜里，电器柜中的电气元件恰恰是二极管、调节电阻、可控硅和晶闸管，它们要求控制高电压和低电压，最高八百伏特，最低二十四伏特，跨度相当大，对精确度要求极高，因此这些元件在工作中容易形成很多热量，这些热量必须被排放出去。此时当湿度高的空气接触到电气元件形成的热量时就会因遇冷产生液化现象，形成小水珠，附着于元件的表面，使得这些元件形成的热量无法及时排出，热气与湿气结合就会在电气柜的内部形成一个既热且湿的环境[3]。这些热量积聚会大大减少电气元件的使用寿命，使得其过早损坏。这些小水珠长期附着于电气元件的表面也会对其形成腐蚀，造成过早报废的情况发生。

（二）冷却的空气中有灰尘存在

因为电动轮矿车是矿山的作业设备，环境相对比较恶劣，空气中会有很多悬浮颗粒通过电气柜的通道抵达电气柜之内，并在电气柜中飘落下来依附于电气元件表面上，这些颗粒和灰尘就算是专门的电气清洁剂也难以对其进行有效清理，使得电气元件排出热量较为困难，电气元件的寿命因此缩减，使电气元件过早报废。

（三）冷却的空气温差大

这会使轮边驱动电机和发电机形成的热量无法及时排出，降低了使用寿命，也加剧了碳刷和轴承的磨损。发电机由五部分组成，它们分别是定子、转子、碳刷以及碳刷盒以及转子所连接的风扇[4]。轮边电机由四部分组成，它们分别是转子、定子、碳刷以及碳刷盒构成。转子风扇的主要作用为使电气柜的进出冷却气经专门的通道吹入轮边电机和发电机，使发电机达到冷却的效果，把轮边电机的碳刷所磨损的灰尘吹到电动轮矿车之外。发电机的转子风扇的怠速为每秒七百转，最高可达每秒一千九百转，平均的转速为每秒一千三百转。一旦从电气柜进入到发电机中的气体温度过高时，轮边电机和发电机所产生的热量就很难排出。高温的空气经过轮边电机使转子铜头和碳刷的磨损程度加深，碳刷的平均使用寿命至少缩短三分之一。

根据以上分析我们可以知道，一旦进到电气柜的冷却气包含很多灰尘或湿气的时候，容易对发电机、轮边发电机以及电气柜造成非常大的危害作用，造成发电机的有效功率下降，缩短平均使用寿命，增加维修和保养的频率，加剧轮边电机的碳刷的磨损，使设备使用的完好率下降，提高保养和维护成本。

所以，想要解决前面所提及的问题的关键是：在保障冷却气进气量的前提下，把进入到电气柜中的空气进行净化，滤清空气中的湿气和灰尘，以此实现优化电动轮的电气系统冷却气的作用。

三、电气系统的冷却气的优化与改进

电动轮电气系统优化与改进的关键就是滤清进入到电气柜中的冷却气，把空气中的灰尘及颗粒过滤掉，确保进入到电气柜中的空气有高清洁度[5]。所以，应该制造电气柜的专门滤清冷却气的设备来取代以前的矩形进气道，此优化措施的作用是将空气里的水蒸气滤除，隔离空气中的灰尘和颗粒，确保冷却气有足够的气量和较高的清洁度。此优化的装置由三部分构成，它们是过滤石棉网、固定外壳以及固定架。在过滤外壳上设置百叶窗，这个百叶窗不但能确保有足够的冷却气进入到电气柜，还能在雨雪等潮湿天气中避免水分进入电气柜的气道的内部。固定架的作用是将过滤石棉网固定于电气柜上，过滤石棉网的作用是把空气中存在的颗粒与灰尘滤掉，并起到吸附水蒸气的作用，以此来保障电气柜内部的冷却气纯度较高[6]。

结束语：

此改善和优化经过测试获得了极佳的效果，不但减少了附着在电气柜元件上的颗粒和灰尘，降低了在雨雪潮湿天气时故障灯的报警频率，而且也有效地保障了电气元件的平均使用寿命，提高了发电机的有效率，延长了碳刷的更换使用周期，有效地排出了轮边电机以及发电机形成的热量，使故障发生的频次大大减少，保障设备的有效运行，设备的整体寿命得以增加，进而为施工设备的维护与保养成本降低做出了重要贡献。

参考文献：

[1]汪洋，武明虎.基于STM32的汽车电子设备电气负荷测试系统的设计[J].现代电子技术，2017，40（17）：144-149.

[2]许未晴，贾冠伟，年炫炜，et al.用于压缩空气储能的微米级水雾冷却等温压缩实验研究[J].液压与气动，2017（12）：1-8.

[3]兆春华.矿用电动轮汽车电气系统的维护与保养[J].矿用汽车，1992（2）：43-44.

[4]林丽.哈德贝尔快速热镦锻机冷却系统电气控制系统优化设计[J].装备维修技术，2009（1）：22-27.

[5]吕艳蕊，龚远红，魏峰，et al.WS3520D天然气矿用车的电气系统设计[J].矿业装备，2014（10）：102-103.

[6]刘强，汪仁志，张小锋.CAN总线及SAE，J1939在矿用自卸车电气，控制系统中的应用[J].重型汽车，2011（02）：21-23.