司家營鐵礦對礦車電阻柵旋流裝置的研究

劉海旺

摘要：大型電動輪礦用汽車是礦山、鋼鐵、港口等生產中廣泛使用的運輸車輛，目前這些礦用汽車電阻柵電機散熱系統通過空氣經散熱風機直接對散熱片進行降溫;但是使用時電阻柵散熱片及散熱片接線端子上卻堆積了大量的塵土，運轉一段時間后大量塵土積攢到電阻柵散熱片和散熱片固定端子上，造成了散熱片和外殼之間絕緣阻值過小，引發礦用電動輪汽車行走時高壓接地報警，而且不及時處理易引起電動輪礦用汽車漏電，危及駕駛員的人身安全。

Abstract： Large-scale motor-wheel mining vehicles are widely used in mines， steel， ports and other production of transport vehicles. At present， these mining vehicles are directly through the Air Resistance Grid Motor Cooling Fan Cooling Fin; However， there is a large amount of dust on the resistance grid radiator and the terminal of the radiator. After a period of operation， a large amount of dust accumulates on the resistance grid radiator and the fixed terminal of the radiator， the result is that the insulation resistance between the radiator and the Shell is too small， which causes the high-voltage grounding alarm when the motor-wheel truck is running， and the electric leakage of the motor-wheel truck is easily caused by not handling in time， which endangers the personal safety of the driver.

關鍵詞：礦車;電阻柵;旋流裝置

Key words： mine car;resistance grille;swirl device

中圖分類號：TH122 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ?文章編號：1674-957X（2022）05-0217-03

0 ?引言

灤縣司家營鐵礦自2007年投入使用75131型130噸電動輪礦業汽車12臺，隨著鐵礦石的陸續開采和發掘，自2009年又投入75306型180噸電動輪礦用汽車36臺，隨著這兩種大型礦用汽車的不斷使用，在使用的過程中，發現各種疑難問題也陸陸續續的反復出現，由于該類型的礦用汽車采用的工作原理是發動機帶動發電機，再由發電機發出的電流驅動輪邊電機轉動進行工作，所以對電動輪礦用礦車的電路控制系統屬于該礦車的檢修維護工作重點和難點，加之電路控制系統要求工作環境清潔度高，各種電氣元件的工作靈敏度要求高，由于灤縣司家營鐵礦屬于露天開采礦山，采場中空氣的灰塵顆粒大，且濃度高，所以嚴重威脅著電動輪礦用汽車電路控制系統的正常運行，尤其是當雨雪天氣降臨時，空氣濕度隨之加大，水汽能夠通過進入電動輪礦用汽車的電阻柵電機，造成電動輪礦車汽車的電控系統故障報警問題頻繁，嚴重影響了電阻柵電機使用壽命，并且威脅了駕駛員的安全作業，為了解決上述問題，灤縣司家營鐵礦開展了對電動輪礦用汽車電阻柵電機進氣旋流裝置的研究與應用的專項課題，并通過不斷的實踐，不但成功的解決了上述問題，而且取得了良好的實踐效果。

1 ?技術背景

大型電動輪礦用汽車由于具有運輸能力強，爬坡性能高，載重大，操作方面的特點，所以是礦山、鋼鐵、港口等生產中廣泛使用的運輸車輛，目前這些大型電動輪礦用汽車普遍采用的是發動機帶動發電機，再由發電機發出的電流驅動輪邊電機轉動進行工作的原理，剎車系統采用的電制動為主，液壓制動為輔的制動方式，由于電制動是采用將產生的多余電能轉化為熱能釋放出去的方式，所以電阻柵電機與電阻柵散熱片成了電制動結構的重要組成部分，但是電阻柵電機散熱系統沒有專門的防水除塵裝置，是通過空氣直接對散熱風機對散熱片進行降溫的;隨著電動輪礦用汽車的不斷使用，發現電阻柵散熱片及散熱片接線端子上堆積了大量的塵土，礦用汽車運轉一段時間后，大量的塵土積攢到電阻柵散熱片和散熱片固定端子上，造成了散熱片和外殼之間絕緣阻值過小，引發行走時礦車高壓接地報警系統頻繁報警，特別是在金屬礦山使用的大型電動輪礦用汽車，灰塵中含有大量氧化鐵等導電物質，更容易發生接地報警故障，如果遇到雨、雪、霧天氣礦車將無法正常運行。而且車輛接地報警不及時處理，易引起車輛漏電，危及駕駛員的人身安全。

2 ?故障原因分析

①電阻柵電機故障分析;礦用汽車電阻柵電機系統沒有專門的防雨除塵裝置系統，外部混合空氣通過旋流方式直接進入到電阻柵電機內部，由于電阻柵電機內部工作環境要求高，電氣元件工作散熱造成了電阻柵電機內部溫度高，空氣中的塵土和濕氣進入電阻柵電機內部后會結晶成小水滴和污垢沉積在電氣元件的表面，引發了電阻柵電機內部報警，嚴重的因散熱不良而造成電氣元件的燒毀。

②日常點檢檢修分析;礦用汽車電阻柵電機的除塵周期過短，造成內部的大顆粒塵土沉積在電阻柵電機底部，造成電氣元件工作環境的污染。

③電動輪工作環境的原因分析;由于礦用汽車長期在采場工作，而采場道路揚塵大，在雨季的時候，空氣濕度會變大，夾雜著水汽和灰塵的空氣會進入電阻柵電機內部，造成礦用汽車電阻柵電機故障率頻繁，增加了礦用汽車的維修成本。

④造成礦用汽車電阻柵電機故障的原因分析;經過礦用汽車的電阻柵電機的空氣會將電阻柵電機內部電氣元件的熱量帶走后到達主電機內部對主電機進行散熱，由于空氣純凈度低，所以該空氣中的一部分水汽和塵土會沉積到電阻柵電機的定子線圈和轉子線圈的表面，造成主電機線圈的銹蝕和絕緣性降低，從而引發電阻柵電機報警等故障。

3 ?決策制定

目前，解決大型電動輪礦用汽車電阻柵電機內部積塵和水汽引發電阻柵散熱片和外殼之間短路的方法只有進行清洗和更換電阻柵元件，但是由于電阻柵電機散熱片和散熱片接線端子表面的塵土粘附性高，所以清洗難度大，每清洗一次一臺75131型130噸電動輪礦車至少需要6小時，而75306型180噸電動輪礦車則需要12小時，如遇雨、雪大霧天氣，只能在礦車停車時使用電暖風進行除塵烘干;由于此類車型的電阻柵及其配件都是原裝進口配件，采購周期長，價格高，因而一旦損壞恢復較困難，嚴重影響車輛的正常運轉;為了解決大型電動輪礦用汽車電阻柵電機因為雨、雪、霧天和冷卻空氣塵土大造成高壓接地報警頻發的問題，為了保證車輛的正常使用，有必要進行開發一種有效的防水除塵的電阻柵冷卻空氣進氣旋流裝置，用于降低電阻柵電機散熱空氣中的塵土和水汽，以徹底解決礦車電阻柵電機因雨雪天氣引發的故障報警問題，達到礦用汽車正常運轉的目的。

4 ?工作計劃與實施步驟

①2019年1月到3月課題組小組成員對75131型大型電動輪礦用汽車電阻柵電機故障報警的具體原因與發生數進行調查，隨礦車進行現場技術資料收集。

②2019年4月到5月進行75131型大型礦用汽車電阻柵電機總成結構分析，總結電控系統故障統計。

③2019年5月到6月進行75131型大型礦用汽車電阻柵冷卻空氣進氣裝置的制作，單臺礦用汽車裝置的安裝，調試。

④2019年7月到8月進行綜合分析，數據采集，對試驗過程中產生問題拿出解決方案。

⑤2019年9月進行試驗數據采集，分析，確定最終方案，并對75131及75306型大型電動輪礦用汽車電阻柵進氣旋流裝置設計制作。

⑥2019年9月到10月進行剩余大型電動輪礦用汽車電阻柵冷卻空氣進氣裝置的安裝工作及數據統計，進行總結。

⑦2019年11月，采集各項數據總結各種材料總結，并進行該裝置的成果申報統計工作。

⑧2019年12月，進行河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司運輸作業區全面推行，并形成制度。

5 ?技術方案

該大型電動輪礦用汽車電阻柵進氣旋流裝置，它由6個電阻柵進氣旋流器，電阻柵進氣旋流器安裝在電阻柵電機外殼保護罩上蓋上，并通過將原車電阻柵電機前方的多層倒置百葉封死后實施安裝;其中電阻柵進氣旋流器總高度為400mm，分上下兩部分。上部為上直徑200mm、下直徑300mm、高度為250mm防水帽，下部為直徑200mm、高度為250mm的進氣道，進氣道和防水帽之間用與水平成斜30-90度角，寬度為30mm的旋流百葉，旋流百葉之間的水平距離為10mm。

該大型電動輪礦用汽車電阻柵進氣旋流裝置的工作原理為;當電阻柵電機進氣中的塵土在通過旋流百葉時，由于塵土本身的重力在加上旋流百葉的離心和反折效果，能夠把電阻柵電機冷卻空氣中80%的塵土清除掉，防水帽和旋流百葉在雨、雪、霧天，能有效防止水汽進入電阻柵電機和散熱電阻片上，由于電阻柵電機散熱片和散熱片端子的塵土和水汽的降低，減少了因進氣中的塵土和水汽引起的電器故障停車，消除了行車事故隱患，降低了礦車的運行成本，提高了車輛的完好率和出車率。

6 ?具體實施方式

①根據上述圖1中顯示，本電動輪礦用汽車電阻柵電機進氣旋流裝置由6個旋流進氣裝置3組成，先用2mm厚的鐵板制作成6個圖2中顯示的由防水帽4，旋流百葉1、進氣道2組成的進氣旋流裝置3，把電阻柵電機保護罩上蓋上均勻分布的割開6個直徑為200mm的圓孔，然后把6個旋流裝置3的進氣道2焊接在電阻柵電機保護罩上蓋的6個圓孔上，再將把原電阻柵電機的進氣道百葉2用鐵板封死完成;本電動輪礦用汽車電阻柵電機進氣旋流裝置可以降低電動輪礦車的作業環境空氣中大量塵土，及雨、雪、霧天的水汽進入到電阻柵電機內部，從而避免了電阻柵電機的高壓接地報警，延長了電動輪礦車的電阻柵電機及電阻柵散熱片的使用壽命，從而降低了電動輪礦車因電阻柵電機故障停車維修的時間，并有效地提高了電動輪礦車的完好率和使用率。

②加強駕駛員標準化操作，要求每班出車前使用壓縮空氣對電阻柵電機外部及電阻柵的散熱片進行強力除塵，降低電阻柵電機內部積塵，以保證電阻柵電機內部干凈整潔。

③加強采場道路優化，采取人工灑水措施，降低采場內揚塵，優化礦用汽車的作業環境，以減少灰塵對礦用汽車電氣系統的腐化損傷。

④強化礦用汽車的設備管理及電氣系統的監測;包括電阻柵電機內部碳刷、滑環等元件的定期點檢和重點時期的長期連續監測，對惡劣天氣下內部除塵和電氣元件工作狀態的重點長期連續檢測，對運行時間、溫度和濕度監測分析，及時掌握電阻柵電機的實際工況，保證電阻柵電機的正常運行，并不斷調整檢修周期和頻率，實行作業標準化，制度化，把設備的劣化故障不斷的消除，降低電阻柵電機的電氣元件故障率，節約電氣元件的成本消耗，提高礦用汽車的完好率。

7 ?本應用的關鍵技術及創新點

此應用涉及到礦用汽車電阻柵電機的改造及技術創新，通過提高電阻柵電機內部散熱空氣的純凈度，對電阻柵電機的外殼元件的升級，改善礦用汽車電阻柵電機內部電氣元件的工作環境為目標，降低了電阻柵電機內部電氣元件的故障率，提高了使用壽命，減少了維修時間，實現了礦用汽車降本增效的目的。

8 ?投入成本計算

由于該裝置已經在河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司運輸作業區的75131型130噸電動輪礦車及75306型180噸電動輪礦車上成功實施并應用，經過統計該裝置總共投資14萬元，具體如下;

①現場故障收集;主要進行統計電阻柵電機故障問題并進行分析工作，需要投入0.5萬元。

②進行單車75131型電動輪礦用汽車電阻柵電機進氣旋流裝置安裝位置布局;使用專業測量工具對車體進行測量，并根據空間布局設計制作相應裝置及安裝需要成本2萬元。

③單車實驗數據采集;對單車數據進行采集分析，并不斷安裝調試需要0.5萬元。

④駕駛員現場操作與現場試驗;跟蹤檢測駕駛員在實際操作中的實際情況與工況的關系，雨雪天氣的水汽防護測試需要4萬元。

⑤對單車實驗結果進行方案優化并分析、總結，確定最終設計方案定形需要2萬元。

⑥對大型電動輪礦用汽車電阻柵電機進氣旋流裝置進行定型量產;對48臺電動輪礦用汽車進行安裝調試，并進行使用合計需投入4萬元。

⑦撰寫工作報告，統計各項材料形成報告需1萬元，累計總計投入14萬元。

9 ?社會及效益分析計算

①2015-2020年根據2018年礦用汽車電阻柵電機的故障進行統計，每臺礦用汽車因雨雪天氣造成的電阻柵電機內部電氣元件失效燒毀;每臺礦用汽車平均每年更換電阻柵電機內部電氣元件1.5個，電阻柵電機維修工時2人8小時，每次備件消耗成本在3000元左右;累計節省電氣元件維修成本為1.5個×30臺×3000元×6年=81萬;而節省維修工時費用;50元/小時×2×8小時×30臺×6年=14.4萬。

②通過礦用汽車電阻柵電機的研究可延長礦用汽車電阻柵電機的使用壽命1000小時;電動輪電阻柵電機每12000小時大修一次，大修成本15萬，累計48臺電動輪節省電動輪電阻柵電機維修成本為15萬元/12000小時×1000小時×48臺×1年/2年=30萬元。

③累計2015年至2020年節省總成本81+14.4+30-14=111.4萬。

10 ?應用效果評價

河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司運輸作業區的75131型130噸電動輪礦車及75306型180噸電動輪礦車上成功實施并應用，經過兩年的正常運行，統計發現不但可以降低礦車因電阻柵電機的散熱片和接線端子的高壓接地報警的故障率，而且延長了電動輪礦車的電阻柵電機、電阻柵電機散熱片的使用壽命1年以上。通過使用對比發現;沒有安裝該電阻柵電機進氣旋流裝置的礦車在雨雪天作業時，每運行24小時則需要2小時對其電阻珊進行烘干處理，每年則至少需要一次用12小時對電阻柵電機及散熱片和散熱片的接線端子進行除塵處理。而加裝該電阻柵電機加裝進氣旋流裝置的礦車不但免除了雨雪天氣對電阻柵的烘干處理作業，而且延長電阻柵電機的使用壽命，直接經濟效益每年每臺車可降低運行成本達5000元，通過該電阻柵電機的進氣旋流裝置不但消除了礦車惡劣天氣中運行的安全隱患，并減輕了維修作業人員的勞動強度，減少了企業的備件成本支出，增加了企業的效益，為大型礦用汽車的設備管理和安全運行指明了方向。

11 ?鞏固措施及總結

河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦通過對75131及75306型大型礦用汽車電阻柵電機故障頻繁的原因進行了深入的研究，并成功給出了解決方案和進行了實施，通過把本次研究取得的經驗、相應技術調整、管理考核措施形成制度化，嚴格按規定執行;經過統計不但消除了大型電動輪礦車電阻柵電機雨雪天氣電阻柵電機接地報警的故障，而且累計減輕了維修人員的勞動強度，節省了企業的運行成本消耗，增加了企業的經濟效益。為同行業礦山企業大型運輸設備的檢修維護提供了榜樣和設備安全管理的方向，為企業的安全運行提供了保障，節省了企業成本的消耗。從大型礦用汽車應用場所和設備發展方向進行分析，數字化礦車，無人駕駛，全生命管理及實時監測是未來的發展方向，所以將大型礦用汽車的安全運轉必須與其全生命管理和數字化自動監測與自動防護系統建設有效的結合在一起，才是以后大型礦用設備安全發展的趨勢和努力的方向。

參考文獻：

[1]宋立.礦用重型自卸汽車新構造與新技術[M].人民交通出版社，2013.

[2]馮慶東.220t礦用自卸汽車的設計計算與研究應用[M].中國水利水電出版社，2015.

[3]曹金靜.汽車電路圖識讀與故障檢修[M].機械工業出版社 ? 2019.

[4]張孝桐.設備點檢管理手冊[M].機械工業出版社，2019.