礦用防爆攪拌車快速啟動系統(tǒng)的設計應用*

馬艷衛(wèi)

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

近幾年來隨著開采技術的進步，厚煤層的開采由放頂開采變?yōu)椴擅簷C開采，煤礦井下使用的液壓支架高度達到了8 m，相應的支架噸位也越來越大，已知現(xiàn)用的液壓支架質量達100 t，運輸支架的車輛自身質量約50 t，這種超大噸位的車輛在井下行駛，對井下混凝土路面的質量要求更為嚴格。原來用防爆料車將混凝土半干料運輸?shù)骄率┕さ攸c后，在加水攪拌為混凝土用于道路硬化，混凝土質量得不到保證。只有通過煤礦用防爆攪拌車將地面攪拌站生產(chǎn)的高質量混凝土在規(guī)定的時間內(nèi)運送到巷道施工地點，并且在運輸過程中要保證混凝土不能提前凝固或有離析情況，這樣的混凝土澆筑的路面才能達到使用要求。這就要求混凝土在運輸過程中一直處于攪拌狀態(tài)，防爆攪拌車的料罐必須一直按要求的速度做旋轉運動。然而防爆攪拌車由于防爆要求增加了許多防爆裝置，使其故障率比工程用攪拌車明顯增加，本文對防爆攪拌車頻繁出現(xiàn)的故障，急需找到解決的辦法[1]。

1 故障原因分析

防爆攪拌車設計時嚴格按照《煤礦安全規(guī)程》和MT/T 989—2006《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》的要求，對車輛的發(fā)動機和電氣元件進行了防爆設計，同時對發(fā)動機的高溫部位進行了監(jiān)測，任何一項數(shù)據(jù)超過規(guī)定值時，電保護主機都會使發(fā)動機熄火停機，防止其對煤礦井下造成危害[2-3]。

然而防爆攪拌車運輸?shù)奈锪蠟榛炷粒绻囕v在運輸過程中由于故障導致防爆發(fā)動機停機，攪拌罐內(nèi)的混凝土2～3 h內(nèi)會凝固，混凝土無法正常卸出。攪拌罐直接報廢或者重新清理攪拌罐內(nèi)凝固的水泥，費用都較高[4]。

多臺防爆攪拌車在同一個煤礦使用時的故障統(tǒng)計見表1，從表1中可以看出，補水箱低水位、發(fā)動機排氣溫度傳感器故障或超過設定值，使防爆發(fā)動機保護系統(tǒng)工作，防爆攪拌車熄火停車的次數(shù)累計達到12次。電氣保護系統(tǒng)的保護主機和調節(jié)器因為清洗車輛用的高壓水槍沖洗，長期積累導致以上兩個電氣元件內(nèi)進水短路，在車輛使用中的故障次數(shù)為8次。煤礦井下的照明及地址條件均較差，車輛的液壓、氣動管路由于振動顛簸等原因，使得管路固定處松動，出現(xiàn)液壓或氣動管路掛斷、碰斷的現(xiàn)象，不得不熄火進行維修。受井下巷道條件的限制，通信不及時、巷道路程遠等原因，防爆攪拌車井下維修的時間多數(shù)在3 h以上。在滿足煤礦井下安全生產(chǎn)要求的條件下，怎么能夠快速地處理車輛故障，顯得尤為重要。

表1 防爆攪拌車故障統(tǒng)計

2 液壓系統(tǒng)設計

從表1中可以看出，防爆攪拌車的故障多為電氣保護元件、液壓和氣動的管路損壞導致防爆攪拌車熄火停機。在等待配件維修期間，可將損壞的元件或保護元件暫時短接，只保留攪拌罐的驅動系統(tǒng)正常工作，這樣在重新啟動防爆發(fā)動機后，其他系統(tǒng)不工作，攪拌罐能夠正常轉動。這種應急處理的方式能夠最大程度上減少攪拌罐內(nèi)混凝土的凝固，為車輛維修贏得時間。如果車輛問題較難判斷或井下不易解決，可以將車輛啟動后攪拌罐內(nèi)的混凝土直接卸出，由其他車輛牽引到地面車間進行維修，防止混凝土在攪拌罐內(nèi)凝固。

圖1是改進后部分液壓工作原理圖，這樣更加直觀地表示短接液壓系統(tǒng)增加的截止閥。攪拌罐變量柱塞泵、攪拌罐驅動馬達、控制手柄是控制攪拌罐正常旋轉的必要元件，形成了一套完成的液壓系統(tǒng)回路，既要短接液壓系統(tǒng)，又保證了這些元件正常工作。變量柱塞泵的出口增加了截止閥，油液經(jīng)過截止閥才能去轉向、制動工作回路。變量柱塞泵為負載反饋變量泵，在其出口增加截止閥，當車輛出現(xiàn)液壓膠管掛斷或其他液壓件漏油時，將截止閥關閉，車輛的其他液壓控制元件因沒有高壓油液的流入，不能將壓力信號傳遞到變量柱塞泵的反饋油口，由變量柱塞泵的工作特點可知，此時泵處于小排量低壓力工作狀態(tài)，油液通過泄油口回油箱，確保轉向、制動工作回路不工作[5]。

1-油箱;2-攪拌罐驅動馬達;3-攪拌罐變量柱塞泵;4-控制手柄;5-截止閥;6-變量柱塞泵。

3 氣動系統(tǒng)設計

根據(jù)表1的故障統(tǒng)計可以看出，不管是電氣保護還是因調節(jié)器損壞導致整車斷電，最終起作用的是電保護電磁閥。在出現(xiàn)車輛保護時，希望能夠將保護短接，暫時啟動車輛，將攪拌罐內(nèi)的混凝土卸出。圖2為氣動系統(tǒng)工作原理圖，從圖2中可知，電氣保護時保護主機使電磁閥斷電換向，控制柴油滅火缸、風門滅火缸內(nèi)的高壓氣體釋放，防爆發(fā)動機因斷油斷氣熄火。如果調節(jié)器故障，整車不能正常供電，電磁閥會因斷電而換向，導致車輛熄火[6-7]。

1-儲氣罐;2-空壓機;3-截止閥;4-氣動壓力表;5-三通球閥Ⅰ;6-過濾器;7-延時閥;8-啟動馬達;9-三通球閥Ⅱ;10-緊急啟動閥;11-啟動閥;12-電保護電磁閥;13-柴油滅火缸;14-風門滅火缸; 15-三通球閥Ⅲ;16-氣動開關閥;17-空氣處理單元; 18-充氣閥門。

在氣動系統(tǒng)改進設計時，不僅要將電保護電磁閥短接，還要給柴油滅火缸、風門滅火缸提供高壓氣源。氣動系統(tǒng)利用三通球閥Ⅰ轉接后1、3口相通，將電磁閥短接，三通球閥Ⅲ轉接后1、3口相通，將儲氣罐內(nèi)的高壓氣源經(jīng)三通球閥Ⅰ提供給柴油滅火缸、風門滅火缸，利用三通球閥Ⅱ轉接后1、3口相通，防止高壓氣源經(jīng)過啟動閥泄漏，造成車輛不能啟動，同時將高壓氣源切換給啟動馬達的控制口，為車輛的重新啟動提供了條件[8]。

設計時將所有三通球閥、球閥及緊急啟動閥集中設計在一個工作面板上,如圖3所示。正常工作時，三通球閥均是1、2口相通，需要緊急啟動時，統(tǒng)一將手柄旋轉，此時均是1、3口相通。三通球閥、球閥的手柄朝向設置為統(tǒng)一方向，即正常使用時手柄均朝下方，緊急啟動時將所有手柄旋轉為水平方向，方便駕駛人員操作。

圖3 加裝快速啟動系統(tǒng)

這樣就能保證在多數(shù)故障時，攪拌罐能夠正常轉動，防止混凝土在罐內(nèi)凝固。攪拌罐的驅動泵、馬達之間的液壓膠管以及短接后啟動發(fā)動機的氣動膠管是實現(xiàn)車輛重新啟動的關鍵，車輛在裝配時要進行特殊保護。如果在車輛運輸中出現(xiàn)損壞，可以將短接后，其他不工作油路或氣路的膠管拆下，臨時替換受損的管路，保證攪拌罐能夠正常旋轉[9]。

4 結論

防爆攪拌車的液壓氣動系統(tǒng)增加了應急快速啟動系統(tǒng)后，能夠避免因防爆發(fā)動機本體以外的故障造成的攪拌罐內(nèi)混凝土凝固，如果防爆發(fā)動機因故障不能啟動，只能拆除攪拌罐罐體上的緊急卸料口，減少混凝土在罐內(nèi)的凝固量。車輛在使用時，一定按照維護保養(yǎng)說明對車輛進行檢修，同時必須對駕駛人員進行培訓，掌握防爆攪拌車的加水、加油位置，避免車輛出現(xiàn)故障是最有效途徑，同時要求駕駛人員能夠判斷車輛故障的原因，熟練操作應急快速啟動裝置。這樣才能減少防爆攪拌車運行中因故障熄火后，攪拌罐內(nèi)混凝土凝固，使其更好運行。