支架搬运车安全防护系统的研制

王东发 李全喜 陈庆旺

摘要 通过对国内外目前较先进的安全防护理论和技术的了解，设计开发了倒车语音报警和倒车雷达测距报警系统、柴油机尾气排放湿式处理系统，以及对原车机械电器结构的局部改造。这样有效提高了进口支架搬运车的运输安全性和可靠性，避免安全事故的发生。

关键词：报警；雷达；测距；湿式；防爆

1.倒车语音报警和倒车雷达测距报警系统

随着现代工业日新月异的发展，设备安全在煤炭生产中越来越重要。现代科技的发展水平为进一步改造作业设备，提升其综合性能提供了可能。井下运输车辆由于其运行工况的复杂性使得技术改造存在一定困难。

我们根据目前DBT、bucyrus、SANDVIK、CAT生产的进口井下运输车的使用情况，运用较新的技术对FBL-10，FBL-15，MH-40，FBL-55，LS-190及CHT-50、LWC-50型井下运输车进行了三个方面的改造。

1.1 新增1台DC12V直流发电机，为防爆电器保护系统提供可靠电力保证

为了车辆改造措施的供电需求，在原液力驱动的发电机旁新增一台皮带驱动与原车同型号防爆DC12V发电机。柴油机的输出轴作为该新增发电机的动力轴，设计、试验皮带传动装置使其与新增发电机的输入匹配，输出DC12V.试验表明这对柴油机的输出功率没有大的影响。

1.2 倒车语音灯光报警系统

为了提醒驾驶人员和行人在车辆倒车时的警示，在车辆顶部右后侧安装110分贝，100米可见的语音灯光报警系统。按下倒车档时，控制车辆方向的液压换向阀换向，压力开关进油，DC12V直流电路导通，语音灯光报警系统工作，伴随“倒车，请注意”语音报警，高亮度LED閃烁，100米可见。本语音灯光报警系统选用的语音灯光器有MA认证。系统中的压力开关等都增加了防爆、隔爆措施。

1.3 倒车测距LED报警系统

本次改造在车辆尾部安装了超声波测距装置。倒车时，当车辆后方5米范围内有障碍物时，安装在驾驶室内的LED显示器闪烁，准确显示障碍物到车辆尾部的距离，提醒司机采取相应措施。

超声波测距传感器和LED显示器均增加了防爆、隔爆措施。

2.排气系统干式改湿式

由于防爆柴油发动机在运行过程中会释放大量的CO，氮氧化合物以及固体污染颗粒，这些物质对长时间处于高污染的环境下工作的煤矿工人的身体健康造成了很大危害；同时，当煤矿井下通风条件不良的时候，矿井中积聚的瓦斯不能及时安全地排出，发动机的排气温度在650℃以上，其排除的高温、高压废气中含有大量燃烧未尽的火焰与火花，容易点燃井下瓦斯而导致重大事故。以防爆柴油机为动力源的无轨运输设备必须解决好发动机尾气的净化和防爆问题。

为达到排气系统的防爆目的，发动机设计应使之能够承受内部爆炸而不能损坏发动机原件的机械结构，限制能量传递，保证内部明火不会传到外界空气而引起外部爆炸。排气系统设计要限制排气系统的外表面温度，使尾气在任何情况下，不超过150°C.

一般情况下， 对于柴油机尾气处理分为干式和湿式两种。

2.1 干式尾气处理系统

从柴油机增压器排出的气体通过水套排气连接管进入到废气净化器。废气在被净化器处理之后进入到热交换器进行冷却。在那里，废气流过冷却管的散热片，其中的热量被流过冷却管的冷却液带走。被冷却的废气通过一个颗粒过滤器，去除固体颗粒。然后通过可翻转安装的隔爆栅和出口管与冷却风扇送来的空气混合并排放到空气中。

理论上，废气净化气能够促进排放控制，转换高达95%的一氧化碳（CO）为二氧化碳，除去颗粒物（烟）可高达50%。废气净化器中植入了隔爆栅，防止柴油机内的爆炸火焰直接进入矿井危险区域。

干式尾气处理过程中尾气直接经过管道降温进入，然后经过热交换器，排气栅栏、排气管直接排出，在实际使用中废气净化器滤芯多次发生着火现象、在后来的运行中去掉了净化器滤芯。车辆在使用中废气直接通过热交换器，排气栅栏排出。废气中的CO，氮氧化合物以及固体微粒等有害物质都附着在热交换器内的散热管、散热片上，造成堵塞。使发动机的温度升高、功率下降、熄火等。干式尾气处理的原理见图一。

实践中，干式尾气处理并不能达到理论的效果。主要表现在：

（1）热交换器降温效果不好。

（2）颗粒过滤器滤芯容易起火。

（3）尾气排放黑烟过大等。

2.2 湿式尾气处理系统

由柴油机涡轮增压器排出的尾气经废气净化器组件进入湿式废气处理箱。湿式废气处理箱的水循环系统主要由水箱及滤水器、低水位阀门、遥控浮标阀、湿式废气处理箱组成，如图所示。其中遥控浮标阀用于控制湿式废气处理箱的开启与闭合，当废气处理箱水位低于设定水位时，浮标下行，自动连通水箱和废气处理箱；当废气处理箱水位达到设定值时，浮标浮起，切断水流，从而达到水位的自动控制。低水位的阀门的作用在于当水箱内的水用完后，废气处理箱仍不能得到补水时自动关闭发动机，达到防爆保护的作用。

高温、高压废气由废气净化器进入废气处理箱内，使水箱内的水翻腾和汽化，同时废气和水充分融合、溶解，达到很好的净化效果。为确保防爆及使用安全，从湿式废气处理箱排出的废气再经排气防爆栅栏进行二次防爆处理。湿式排气防爆装置同时还是一个排气消声器，起着平衡废气压力波动，减小排气噪声的功用。湿式防爆处理装置由于具有尾气防爆和净化的双重功能，在目前的煤矿井下得到了更为广泛的应用。

根据调查，中煤平朔集团2004年之前采购的澳大利亚产多功能搬运车的尾气为干式处理系统（目前有9台车）；2004年之后采购的，其尾气均为湿式处理系统。由于柴油机排气的湿式处理系统较干式处理系统的许多优点，国内许多煤矿（神华集团，晋煤集团等）也准备或已经开始对柴油机尾气处理进行由干式改为湿式处理系统的改造。

MH-40发动机尾气处理干式改为湿式：

参照DBT公司生产的FBL-10多功能柴油车的湿式尾气处理系统的原理和结构我们对现有MH-40多功能井下运输车的尾气干式处理系统改造为湿式处理系统。

主要进行如下工作：

外界空气由进气管，经过空气滤清器、进气关断阀、涡轮增压器、进气隔爆栅等进入柴油机供其使用。空气滤清器和进气隔爆栅滤除了煤矿环境的粉尘，当经由空气滤清器的空气粉尘等超标时，进气关断阀关闭，柴油机停止工作，涡轮增压器起到对管道的空气增速、增压作用。

2.3设计、制造湿式尾气调节系统

柴油机废气由排气口经废气净化器、废气处理水箱、废气隔爆栅等组件处理、净化后排入大气。废气净化器、阻火器（隔爆栅）的原理。

废气净化器、阻火器（隔爆栅）的隔板上涂有催化剂，这将尾气中的一氧化碳转化成二氧化碳，一氧化氮转化成氮气，碳氢化合物转化成固体颗粒。

阻火器选用叠片式防爆栅栏，用于熄灭火星等。该叠片式防爆栅栏有防爆资格证。

（1）国产化浮子组件。该浮子组件用来控制湿式处理水箱的水位。当最高水位时，浮子关断球阀停止上水；当最低水位时，低水位停车传感器报警停车。

（2）设计制造湿式排气供水水箱组件。该供水水箱用于湿式处理箱水位低时补水。

2.4尾气排放口方向改造

改变原车尾气排放方向，让尾气变“温顺”。车辆负载运行时，

尾气温度、压力加速升高，原车尾气从后方排出，发动机易高温且夹杂的煤尘影响井下作业视线；改装后，尾气从侧面排出，温度散于车外，有效保障了井下车辆作业环境。

2.5效果检验

改造工作是否成功需要进行下面三个检验过程：

（1）直观检查：观察烟色，气味，声音是否正常，发动机功率，加速性能是否正常，路面试验观察运行速度，承载能力；目前，改造工作已经初步完成，并且从井工维修中心到2号井进行了路面空载试车。从运行外观看1.排气、雾化状况良好，2.耗水状况：一箱水可以行使约20公里，车辆加载及功率损耗情况待下井进一步实验。

（2）入井检查。改装车辆需在井下空气质量相对差的环境中，进行负荷运行、空载运行，查看烟色，观察发动机运行情况，初步试验状态良好。

（3）权威部门检验：根据GB3847-2005对柴油机尾气排放检测的要求，我们委托由山西省环保厅授权的朔州市蓝天机动车尾气检测有限公司对原干式尾气处理系统和改造完的MH-40井下搬运车进行了尾气排放检测。由检测结果看出，湿式处理系统的烟度明显低于干式系统（见附表）。

本次改造，朔州蓝天机动车尾气检测有限公司对改造前后尾气的排放情况进行了检测，见附页。

3.其他改造措施

3.1 CHT-50型拖车防护罩

原车无防护罩，加装后可减免车辆在运输液压歧管块被撞坏，液压油管被挤断，以及由此导致的拖车液压油泄露、无刹车等现象，减少车辆维修频次，节约维修成本。

3.2LWC-50型框架式支架搬运车水箱盖加装防护罩

原车无防护罩，加装后可减免车辆在运输液压支架时，液压支架前探量将水箱盖撞坏，以及由此导致的带压高温冷却水喷出伤人，和车辆缺水引发的其它损坏，减少车辆维修频次，节约维修成本。

3.3安装车门防夹手装置

车门较重且无定位，加装的防夹手装置中间的销子选择人体手掌厚度略大为标准，以防止车辆停放坡路时，车门在重力作用下关闭，夹伤驾驶员或驾驶室附近人员的手指，做到隔离保护。

4.结束语

支架搬运车安全防护系统的研制成功，加强了车辆行驶过程的安全防护：包括提醒路人注意避让过往车輛以及车辆本身避免撞击障碍物，这对人和车辆本身的安全都有非常重要的意义。同时，安全防护系统减少了车辆零、部件的损坏，减轻了维修工人的劳动强度，降低了维护费用。

发动机排气干式改湿式系统，从源头解决了井下搬运车柴油机的防爆问题。由排气的结果对比可以看到，湿式系统排放的尾气有了很大的改善，达到了尾气排放的环保要求。

参考文献：

[1]朱伟杰，于湘珍.基于超声波测距的自适应倒车雷达设计

[2]袁有信.汽车倒车雷预达警系统研究

[3]曹磊.汽车尾气净化催化剂的研究进展

[4] 陶建中.柴油机排气后处理系统