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緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)

文檔作者：孫好功文檔來(lái)源：寶鋼集團(tuán)南京梅山礦業(yè)分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月09日
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第6期(總第169期)
2011年l2月
機(jī)械工程與自動(dòng)化
MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMATION
NO．6
Dec．
文章編號(hào)：1672-6413(2011)06—0084—02
緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)
孫好功
(寶鋼集團(tuán)南京梅山礦業(yè)分公司，江蘇 南京 210041)
摘要：在概述了防爆柴油機(jī)特殊性的基礎(chǔ)上，針對(duì)緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)用防爆柴油機(jī)的具體要求，分析了
防爆柴油機(jī)各系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的因素，解決了防爆柴油機(jī)在緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)上的安裝布置問(wèn)
題。通過(guò)在實(shí)際車(chē)輛的成功使用，驗(yàn)證了該防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)的可行性。
關(guān)鍵詞：緊湊型；鏟運(yùn)機(jī)；防爆柴油機(jī)；設(shè)計(jì) ，
中圖分類(lèi)號(hào)：TD422．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0 引言
緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)作為一種特殊的礦山機(jī)械，
近年來(lái)在煤礦井下無(wú)軌輔助運(yùn)輸中得到了廣泛的使用。
防爆柴油機(jī)作為防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)的原動(dòng)力部件，不僅
需要比普通柴油機(jī)具有更高的可靠性，而且還需要更
高的安全性。這就為防爆柴油機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的
要求，同時(shí)也增加了設(shè)計(jì)的難度。本文在闡述了防爆
柴油機(jī)的一般工作原理的基礎(chǔ)上，著重研究了緊湊型
防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)的設(shè)計(jì)布置。
1 防爆柴油機(jī)的工作原理及組成
防爆柴油機(jī)主要組成示意圖如圖1所示。空氣通過(guò)
防爆進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行除塵阻火后進(jìn)入符合防爆要求的柴油
機(jī)本體中與柴油混合燃燒，燃燒后的廢氣通過(guò)防爆排氣
系統(tǒng)進(jìn)行降溫、除塵、消聲、阻火，最后排到空氣中。
2
卜一柴油機(jī)本體；2～ 防爆排氣系統(tǒng)；3一防爆進(jìn)氣系統(tǒng)；
4一冷卻系統(tǒng)；5一支撐組；6一管路
圖1 防爆柴油機(jī)組成示意圖
輔助系統(tǒng)中自動(dòng)保護(hù)裝置的作用是在各參數(shù)出現(xiàn)
超過(guò)最高限值的情況時(shí)，使防爆柴油機(jī)能及時(shí)自動(dòng)停
機(jī)。自動(dòng)保護(hù)裝置由燃油切斷裝置、進(jìn)氣切斷裝置、
直感式傳感器、氣壓和液壓壓力閥組成。
2 緊湊型柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)布置
緊湊型柴油鏟運(yùn)機(jī)作為井下無(wú)軌輔助運(yùn)輸設(shè)備，
是為適應(yīng)薄煤層及窄巷道而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。由于其特殊
的使用環(huán)境，致使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)的難度更大。
為了保證鏟運(yùn)機(jī)高的可靠性和高的通過(guò)性，必須將防
爆柴油機(jī)各部件布置在更有限的空間中，這就為防爆
柴油機(jī)從空間布置到性能設(shè)計(jì)都提出了更高的要求。
圖2為某緊湊型鏟運(yùn)機(jī)后機(jī)架與防爆柴油機(jī)布置圖。
】 2 3 4 5 6
1一后機(jī)架；2一散熱器組；3一進(jìn)氣柵欄；4一廢氣處理箱；
5～排氣柵欄；6一柴油機(jī)
圖2 防爆柴油機(jī)布置圖
如圖2所示，該防爆柴油機(jī)由柴油機(jī)、以進(jìn)氣柵
欄為主的防爆進(jìn)氣系統(tǒng)、以排氣柵欄與廢氣處理箱為
主的防爆排氣系統(tǒng)、以散熱器組為主的冷卻系統(tǒng)和輔
助系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)在后機(jī)架上固定連接，組成防爆
柴油機(jī)動(dòng)力裝置。防爆柴油機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮
整車(chē)的總體要求與自身設(shè)計(jì)的需要。防爆進(jìn)氣系統(tǒng)
收稿日期：2011—09—11；修回日期：2011—10—11
作者簡(jiǎn)介：孫好功(1978一)，男，河南商丘人，工程師，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)備的檢修和管理工作。
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2011年第6期 孫好功：緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì) · 85 ·
中，進(jìn)氣柵欄安裝在進(jìn)氣歧管的連接法蘭上，空氣關(guān)
斷閥安裝在進(jìn)氣柵欄之前的管路上，并且進(jìn)氣柵欄采用
圓形結(jié)構(gòu)，以盡量增大通氣面積而縮小外形幾何尺寸，
空氣關(guān)斷閥保證在防爆柴油機(jī)開(kāi)關(guān)閥切斷的情況下，可
靠地切斷進(jìn)氣；防爆排氣系統(tǒng)中，采用水冷式排氣歧管
和軟連接水冷式排氣管以便于安裝布置；廢氣處理箱采
用方形箱體結(jié)構(gòu)以充分利用機(jī)架空間，側(cè)置于柴油機(jī)一
側(cè)，排氣柵欄位于廢氣處理箱后方便于排氣方向控制；
冷卻系統(tǒng)布置在柴油機(jī)正前方，采用側(cè)置于柴油機(jī)一側(cè)
的方式，以雙馬達(dá)或多馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)源，該方式布置靈
活，縮短了整個(gè)防爆柴油機(jī)在軸向的總體尺寸。
3 緊湊型柴油鏟運(yùn)機(jī)防爆柴油機(jī)性能分析
3．1 防爆進(jìn)氣系統(tǒng)性能分析
四沖程往復(fù)式柴油機(jī)是依靠吸人純凈空氣，在氣
缸內(nèi)和柴油油霧形成混合氣，采用壓燃的點(diǎn)火方式點(diǎn)
火燃燒。在4個(gè)沖程中存在氣門(mén)疊角即進(jìn)氣門(mén)、排氣
門(mén)同時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)，燃燒的燃?xì)庥锌赡苣嫘薪?jīng)過(guò)進(jìn)
氣道產(chǎn)生回火現(xiàn)象，因此防爆柴油機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)必須
安裝進(jìn)氣柵欄，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
進(jìn) 口
圖3 進(jìn)氣柵欄結(jié)構(gòu)示慝圖
進(jìn)入氣缸中的空氣質(zhì)量m可按氣體狀態(tài)方程估算：
一P (RT) 。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (1)
其中：P為氣缸內(nèi)壓力；T為氣體溫度；V為單氣缸
排量；R為氣體常數(shù)。
假設(shè)在原進(jìn)氣系統(tǒng)加裝進(jìn)氣柵欄后，進(jìn)入氣缸內(nèi)
的空氣溫度不變，則：
mocp 。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)
氣缸壓力P可以表示為：
p—P0一 坍欄損失一 原。? ? ? ? ? ? ? ? ? (3)
其中：P。為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?；P原為原進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損
失； 柵欄損失為進(jìn)氣柵欄壓力損失。
由式(2)、式(3)可以看出，加裝進(jìn)氣柵欄后的防爆
進(jìn)氣系統(tǒng)比原進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生了新的壓力損失 柵欄損失，在
相同情況下進(jìn)入氣缸中的空氣質(zhì)量減少，影響了柴油機(jī)
的燃燒，降低了柴油機(jī)的性能。因此在設(shè)計(jì)防爆進(jìn)氣系
統(tǒng)時(shí)應(yīng)重視進(jìn)氣柵欄對(duì)進(jìn)氣壓力損失的影響。
3．2 防爆排氣系統(tǒng)性能分析
防爆柴油機(jī)表面溫度要求低于150℃，排氣溫度
要求小于7O℃ ，原柴油機(jī)排氣口溫度高于300℃，遠(yuǎn)
遠(yuǎn)高于防爆要求，因此必須進(jìn)行隔溫降溫處理。圖4
為某緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)用防爆柴油機(jī)的防爆排氣
系統(tǒng)示意圖。
1一進(jìn)排氣岐霄；2一水冷排氣暫；3一廢氣處理箱
圖4 防爆柴油機(jī)的防爆排氣系統(tǒng)示意圖
該系統(tǒng)主要由進(jìn)排氣岐管、水冷排氣管、廢氣處
理箱組成，進(jìn)排氣岐管、水冷排氣管采用雙層結(jié)構(gòu)
(內(nèi)層過(guò)氣外層過(guò)水)；廢氣處理箱采用箱體結(jié)構(gòu)，其
中裝入一定量的水，當(dāng)廢氣排出后流經(jīng)3個(gè)部件處理
后，其排氣溫度可降低到許可值7O℃ ，同時(shí)排氣中
的顆粒物在廢氣處理箱中沉淀達(dá)到除塵的作用。
廢氣處理箱尾部裝有排氣防爆柵欄并裝有水，因
此當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)該部件后會(huì)產(chǎn)生較大的排氣背壓(排氣
管中的壓力損失可以忽略)：
p壓- Pm~+ 水。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (4)
其中：P水為工作時(shí)水產(chǎn)生的壓力；P柵欄為排氣防爆
柵欄產(chǎn)生的壓力。排氣背壓越大對(duì)柴油機(jī)性能影響越
大，不同柴油機(jī)對(duì)排氣背壓的要求各不相同，通常不
大于10 kPa，排氣背壓的大小通常用實(shí)驗(yàn)測(cè)得。
3．3 冷卻系統(tǒng)性能分析
冷卻系統(tǒng)是保障防爆柴油機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要
輔助系統(tǒng)，它通過(guò)冷卻水的循環(huán)帶走防爆柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)
過(guò)程中散發(fā)出來(lái)沒(méi)有轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的多余的熱量，從
而避免因大量熱量的累積而造成的金屬疲勞脆化和潤(rùn)
滑油的失效。
圖5為某緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)用防爆柴油機(jī)的
散熱器組示意圖，該散熱器由水散熱器、油散熱器、
風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩組成，采用液壓雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
1一水散熱器}2一油散熱器；3一風(fēng)扇；4一導(dǎo)風(fēng)罩
圖5 防爆柴油機(jī)的散熱器組示意圖
(下轉(zhuǎn)第88頁(yè))
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· 88 · 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2011年第6期
形，因此PCB板設(shè)計(jì)時(shí)采用雙面都放置元器件，把每
個(gè)功能組的元器件放置在一起做到布線最短，性能最
好。高壓、大功率器件與低壓、小功率器件分別布在
印制板的兩面。由于此開(kāi)關(guān)電源采用全密封結(jié)構(gòu)，功
率較大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮大功率器件開(kāi)關(guān)管和穩(wěn)
壓管的散熱問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)定制了兩個(gè)鋁合金部件，大功
率器件通過(guò)和鋁合金部件和外殼相連達(dá)到散熱的效果。
6 結(jié)論
本自動(dòng)收線式充電器能利用一只卷彈簧將輸入線
和輸出線分別自動(dòng)卷繞在各自的繞線盤(pán)上，結(jié)構(gòu)緊湊
合理，可有效縮小筆記本電源及其電源線的整體收納
體積，外形美觀，便于收存及攜帶。經(jīng)過(guò)近兩年的努
力， 自動(dòng)收線式筆記本電源已研究設(shè)計(jì)完成并制造出
樣機(jī)。該電源結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，性能可靠，使用
攜帶方便。該設(shè)計(jì)正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利(專利申請(qǐng)
號(hào)201010018703．9)。
參考文獻(xiàn)：
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工業(yè)出版社，2004．
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電子工業(yè)出版社，2006．
Design of Automatic Spooler-type Portable Computer Charger
LIU Xiao-qiang，HAN M an-lin，XU Rui-ya
(Nanjing Information Professional Technology Institute，Nanjing 210046，China)
Abstract：This article is about the design of an automatic spooler-type portable computer charger，which is composed of shell，
winding dishes，main connecting unit，coil spring，PCB and switching power supply，isolation board，etc．The article respectively
introduces the design of the winding plate for input line and self-locking mechanism，the winding plate for output line and self-locking
mechanism，as well as the switch power． How tO use a coil spring tO make input line and output line respectively retract is
emphatically introduced．
Key words：wire collection；coil spring；portable computer；automatiom；charger
(上接第85頁(yè))
在正常情況下，空氣通過(guò)散熱器芯子被加熱，而
冷卻水及油依次逐漸被冷卻，散熱器通過(guò)與空氣進(jìn)行
熱交換，達(dá)到將熱量散出的目的，其關(guān)系可以用下式
描述：
Q=C水M水(Tm．一T進(jìn)水)十C油M油(Tm油一
T進(jìn)油)= C空氣M空氣(T出氣一T進(jìn)氣) 。 ? ? ? ? ? (5)
其中：C水、C油、C空氣分別為水、油、空氣的比熱
容；M水、M油、M空氣分別為水、油、空氣流體質(zhì)量
流量；T’進(jìn)水、Tm．、丁進(jìn)油、T出油、Tl進(jìn)氣、T出氣分另0為
流體進(jìn)、出散熱器溫度。
4 結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)防爆柴油機(jī)工作原理的介紹，給出了防
爆柴油機(jī)的一般組成及與普通柴油機(jī)的區(qū)別，并著重研
究了緊湊型防爆柴油鏟運(yùn)車(chē)防爆柴油機(jī)的設(shè)計(jì)。該研究
可對(duì)以后緊湊型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供一定的參考。
參考文獻(xiàn)：
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技術(shù)，2007(5)：11—13．
A Design of Flame Proof Diesel for Compact Load-haul——dump Vehicle
SUN Hap-gong
(Meishan Mining Co．，Ltd．，Baosteel Group，Nanjing 210041，China)
Abstract：A flame proof diesel used for load—haul—dump vehicle was developed in present work，according tO the performance
requirement．The factors which should be concerned during the design of each component in the flame proof diesel were analyzed．
Then，the flame proof diesel was successfully assembled in the load-haul—dump vehicle．The practice verifies the feasibility of the
flame proof diese1．
Key words：compact；load-haul-dump vehicle；flame proof diesel；design

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