矿用电铲气路系统低温冻结问题分析及改进研究

2022-11-12柳飞

机械管理开发 2022年10期

柳飞

（国家能源集团准能集团黑岱沟露天矿，内蒙古鄂尔多斯 010030）

引言

矿用电铲也就是机械式挖掘机，适用于半连续开采工艺系统中或者是露天矿山作业系统中，电铲的最大斗容为70 m3以上，在金属矿山环境中能够达到的最大斗容值为35 m3。电铲具有的优势是能力大、效率高、耐冲击等，提高了矿山开采作业效率，促进了矿山经济的发展。对电铲气路系统进行分析，气路系统也属于控制系统。其原理是通过对空气进行压缩的方式来作为介质进行控制，采用空压机对空气进行压缩，并通过储气蓄能设备和回转接头等零部件对制动器或者是离合器进行控制，驱动该机构进行运转，从而达到完成所要求的任务。一般情况下，气压操纵方式的运用是比较普遍的，由于能够对空气进行压缩，且在作业的过程中比较稳定，操作安全可靠，环境复杂的情况下也能够进行正常作业。所以，面对是否能够顺利进行作业，最主要的就是如何对气路系统进行设计。

1 电铲气路系统现状分析

在压缩空气的过程中，会出现析出水的现象，当处于气温极低的恶劣环境中，将会导致析出的水结冰后堵塞通道的现象，从而使得操作失灵。然而，在我国北方地区，大多数地方在冬天的时候气温都是处于0 ℃以下，甚者某些露天矿山气温低至-35 ℃，这种现象将会造成气路系统长期处于结冰的状态，气路元件将不仅会出现不同程度的损耗，还会导致卡死现象不能正常工作。在这种情况下，气路系统的可靠性就大大折扣，对电铲产生的负面影响也增大，甚至有的时候会出现重大事故，危机工作人员的生命安全[1]。综上所述，本文将根据以上出现的情况进行对电铲系统的水期分离和工作原理针对性分析和研究，最终提出相关的措施，解决电铲气路析出水结冰的现象。

1.1 气路系统工作原理

当电铲气路系统正常作业的时候，空压机的电动机也开始准备工作，且开始在储气罐中打气。经过相关的装备后，压缩后的空气开始进入到管路和阀门等机构，如图1 所示为气路系统的详细流程。压力继电器在储气罐上连接，起作用是能够按照设定的压力值进行监测，根据不同的监测信息发出不同的指令，从而能够实现对空压机的控制。

图1 气路系统工作原理图

1.2 气路系统水气分离原理

大自然中的空气并不是纯净的，空气中有时也会有一些水分掺杂一起。空压机进行作业时，直接是从大气中进行压缩，因此就会经常出现水分和大气一起进入到空压机中，空压机进行气体压缩时就出现析出水现象，从而造成了结冰。因此，针对这种情况应该考虑如何能够避免水分的进入，或者是在水分进入的时候能够及时进行分离，从而能够保证各管路不会因为析出的水而冻裂。

首先，在气路系统进行作业的时候，储气罐和输气管路能够起到初步对水和大气进行分离的作用[2]。当活塞式空压机在开始工作时，由于空压机释放出的气体具有温度高和压力大的特点，当面对铁质管路时会被瞬间冷却，从而会出现有一部分的水将会以液化的形式，在通过储气罐时出现分离。由于液态的水会在罐底部形成，从而需要定期的进行排水工作。

第二次水气分离的过程是通过空气过滤器来实现。储气罐将收集到的气体在截止阀的作用下，连续输送到过滤器。在经过旋风扇叶的过程中由于空气出现不断偏转的现象，导致出现螺旋气流[3-4]。在离心力的作用下，将不纯净空气内部的水份，尘埃等离心运动到容器内部表面。由于容器内部的表面光滑，杂质不容易附着到表面上，并慢慢地沉积到容器的底部，然后通过过滤器装设的排水系统进行排出。在容器中设有的挡水盖板的作用是能够避免容器底部的杂质在空气旋涡的作用下，将杂质带入到大气中，从而造成对空气的二次污染。如图2 所示为空气在进行过滤时的原理图。

图2 空气过滤器水气分离原理图

1.3 气路系统水气分离能力

根据相关资料得知，蒸汽液化量和温度降低具有正相关性。在气路系统中，当出现首次水和大气分离时，容器内的气温将会由最初的120 ℃下降到60 ℃，由于温度不是大幅度下降，使得初次分离过程不完全。因为在目前空气过滤器的作业效率值只能达到80%，但是在实际情况中运用是只能是50%，当罐内的压缩气体经过过滤器时，开始进行第二次水和大气分离过程，此过程仍然会有部分水分不能与大气彻底分离[5-6]。

2 气路系统改造

将水气分离原理进行分析研究发现，得知电铲气路系统在设计方面还是有很多的弊端，这就导致在进行水气分离的过程中不彻底，最终有少量的水进入到系统内部。在空压机在进行气体压缩时就出现析出水的现象，从而造成了结冰的问题。因此，针对这种情况应该考虑如何能够避免水分的进入，或者是在水分进入的时候能够及时进行分离，从而能够保证各管路不会析出冰。在这种情况下，应该对水气分离的相关设备进行改进和优化，如图3 所示为优化后的气路系统。