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    防暴叉車概念及技術水平現狀與發展趨勢
     
     

    防暴叉車概念

        要使叉車能在已經確認為存在有可燃性物質的爆炸危險區域作業,最主要的防爆措施是嚴格控制叉車自身的各種引燃 源。另外,也可以在對叉車引燃源進行適度控制的同時依靠氣體探測系統對叉車周圍環境的氣體濃度進行探測,當濃度達到其爆炸下限的一定比值時,叉車開始報警 并最終自動停車,達到安全作業的目的。
    叉車用電氣設備如電機、電瓶、電控等早就被公認是潛在引燃源。其中電火花、電弧和高溫能提供引燃混合物必需 的能量。因此,很多國家制定了涉及危險場所使用的電氣設備特殊構造、安裝和使用要求的標準。同樣,人們普遍對叉車的汽油動力運轉時依靠火花塞點火引燃氣缸 內可燃混合氣的方式會對爆炸性環境存在潛在危險持肯定態度。但對于叉車用柴油動力,由于其氣缸內部的燃燒是采用活塞在密閉的氣缸內絕熱壓縮過程中使氣缸內 混合氣升溫,直至超過其自燃溫度引起的。一開始人們并不認為這是一種潛在引燃源,反而一度相信,使用這種壓燃式結構的發動機代替電氣動力,為叉車提供了一 種相對安全的動力防爆保護形式。直到1969年,這種認識的轉折點才出現當時英國的一家化工廠里意外釋放的易燃蒸汽環乙烷被附近運轉的一臺小型柴油機點燃 引起火災事故。
    研究和應用表明,叉車的主要點火源有:
    1.柴油機進氣管直接通向柴油機燃燒室,燃燒時的火焰可能經過進氣系統高速回流至周圍大氣。
    2.柴油機排氣系統有火焰和火花排放。
    3.即使切斷燃油供給,柴油機因吸入可燃性物質仍可能繼續運轉,甚至超速失控。
    4.高達300—500℃的柴油機排氣系統表面溫度以及其他部件的表面溫度已經超過了許多可燃性物質的引燃溫度。
    5.電氣元件產生的電弧和電火花。
    6.磨擦、碰撞產生的靜電、火花。
    叉車發生事故爆炸的概率是叉車引燃源出現的概率與作業時爆炸性混合物出現概率的乘積。要確保叉車的安全作業,必須有效控制引燃源,包括:
    1.防止柴油機正常燃燒或意外爆炸時火焰通過進氣系統產生回燃。
    2.防止柴油機進氣時因吸入可燃性氣體或蒸汽引起超速失控。
    3.防止柴油機排氣火焰和火花傳向周圍大氣。
    4.使高達300—500℃的柴油機排氣溫度降到規定的溫度組別以下(如小于或等于135℃)。
    5.當叉車出現水溫、排溫、油溫和表面溫度超高等不正常工況時,能夠及時自動讓柴油機熄火停機。
    6.柴油叉車或電瓶叉車所用的電氣零部件通過隔爆型——把可能點燃爆炸性混合物的零部件全部封閉在一個外殼內, 或者增安型——對在正常運轉條件下不會產生電弧、火花的電氣設備(如電瓶)采取附加措施;或者本質安全型——設備內部所有電路在標準規定條件下所產生的任 何電火花或熱效應均不能引燃相應的爆炸性氣體環境,或者其他基本防爆形式進行保護。
    7.消除車輛運行中可能產生的靜電以及防止車輛外側、尾部和貨叉因碰撞產生火花。
    防爆等級
    叉車的防爆等級通常用危險區域、爆炸級別和溫度組級來定義。
    危險區域
    危險區域按爆炸性混合物出現的頻繁程度、持續時間和危險程度來劃分。
    爆炸性氣體環境危險區域的劃分如下表:
    區域 0區
    定義 爆炸性氣體混合物連續出現或長時間存在的場所
    舉例 密閉加工場所及其通風口附近、儲存容器內部空間
    注釋 即使是防爆叉車也不能在0區或其附近使用

    區域 1區
    定義 在正常作業中可能出現爆炸性氣體混合物的場所
    舉例 a)注油接頭、通風口以及液體表面附近 a)工廠設計中應盡量縮小1區的范圍
    b)通風或排放設備不足以將爆炸性混合物迅速驅散掉的地方,如坑道、溝壕
    注釋 a)工廠設計中應盡量縮小1區的范圍
    b)對可能進入1區的車輛應按1區標準進行防護
    c)對經常在1區的附近作業的車輛,應按1區標準進行防護

    區域 2區
    定義 爆炸性氣體混合物在正常作業時不大可能出現的場所,如果出現,也是偶爾的,并且僅在短時間內存在
    舉例 爆炸性混合物置于封閉的器皿、管道或容器中.但有可能出現滲漏的場所
    注釋 對可能進入2區的車輛應按照2區標準進行防護。

    事實上,同一危險區域不同地點的危險程度是不一樣的。把危險區域進行分級就是為了讓人們更快捷地了解其危險區域的性質,同時也為進入這一區域的設備提供設計和選型依據。
    爆炸級別
    就隔爆型防爆設備而言,其爆炸級別按爆炸性混合物在標準試驗條件下被引燃后,其火焰通過間隙的傳爆能力來劃分。
    溫度級別溫度級別按物質的引燃溫度來劃分,如下表

    氣體溫度組別 引燃溫度(℃) 叉車允許最高表面溫度(℃)
    T1 t>450 450
    T2 300 300
    T3 200<t≤300 200
    T4 135<t≤200 135
    T5 100<t≤135 100
    T6 85<t≤100 85

    電動防爆叉車的技術水平現狀與發展趨勢

      面對國內存在嚴峻的安全生產形勢和能源與環保的挑戰,中國電動防爆車輛市場也處于起步發展階段,國內外防爆車輛制造商都在加大力度開發不同類型的新防爆車輛,本文就電動防爆叉車技術背景、國內電動防爆叉車的技術現狀和電動防爆叉車技術設計理念和發展方向進行技術論述。

      一、電動防爆叉車的技術背景

      電動防爆叉車技術的應用始于60年代并主要在少數幾個歐美發達國家,一方面是由于發達國家受到生態環保壓力的日益增大,以及能源資源的影響,電動叉車也進入了發展階段,另一方面隨著安全生產意識的增強,對危險品生產儲運設備的安全性能要求也越高,作為儲運設備的叉車也必須具備安全防爆技術性能,因而防爆叉車首先在經濟發達國家得到了起步和發展。

      電動防爆叉車技術在60、70年代由于受到當時電子技術水平和電動叉車制造技術的局限,造成電動叉車本身存在運行電流大、蓄能時間短、溫度高、電路防爆可控點多的缺陷,在防爆手段上僅采取隔爆、增安的處理方式,這樣整機在使用過程中產生電流大、溫升快、線路老化快、使用時間短、人工維護多并對操作者人為責任要求高。

      電動防爆叉車技術在進入了90年代以后,隨著電子技術水平的發展和電動叉車制造技術水平的提高及AC交流技術的發展應用,國外發達國家電動防爆叉車技術走向了高智能化控制技術、高運行性能、高安全性方向發展道路。

      二、國內電動防爆叉車的技術現狀

      二十世紀九十年代以前,由于國內電動防爆叉車的發展起步較晚、技術標準也較落后,所以電動防爆叉車技術的第一階段僅是在普通電動叉車上做隔爆、增安處理,而電動叉車本身技術性能較差,其防爆技術標準為電氣部件標準不完善與國際標準的差距較大。

      第一階段國內電動防爆叉車的技術特征:

      1、系統由三個電機構成基本運行回路,即:行走電機回路、提升電機回路、轉向電機回路,其運行原理是每個回路由各個開關控制行走接觸器、提升接觸器、轉向接觸器吸合使電機接通電源達到工作狀態。

      2、整機為直流系統,行走電機的勵磁方式為串勵,提升電機和轉向電機的勵磁方式為復勵。

      3、電氣系統采用隔爆技術處理,蓄電池為增安型接線箱接線固定無法調換蓄電池工作,制動形式為制動蹄片式,整機絕緣性能靠人工維護處理,無過載、限流保護。

      以上技術特征導致電動防爆叉車系統線路復雜可控點多,整機運行電流大、溫升高、電器易損壞。

      二十世紀九十年代以來,尤其是進入二十一世紀,電動防爆叉車技術的第二階段國內電動叉車的整機制造水平和國產配套件制造水平不同程度的得到了提高,直流系統的技術形成了多樣化、智能化,防爆技術也得到了提升,國內防爆標準也較完善,與國際標準對接的工作進展較快。

      第二階段國內電動防爆叉車的技術特征:

      1、整機為直流系統由行走控制器和泵控制器各控制一個行走電機和一個泵電機構成基本運行回路,智能化程度得到提高,對過載限流可以設定保護,可以根據工況設定控制器程序參數控制電機有效的運行。

      2、它勵系統具備有限的能源再生功能,和防下滑制動功能,蓄能時間得到了一定提升。

      3、整機由隔爆型、本安型、增安型防爆技術構成,由于一些防爆電器元件的技術發展,不僅體積小而且使用安裝方便,這樣使得整機造型設計更加合理美觀。

      以上技術特征仍然存在系統運行電流較大、溫升高的缺陷,而且使用制動蹄片式制動易產生火花和溫升高。

      近兩年國內防爆電動叉車進入了第三階段即防爆交流控制系統技術階段,由于交流控制系統具有良好的動力性能及特性優勢,更加適用于電動防爆車輛,在制動形式上采用液壓濕式制動,防爆技術標準較大程度上與國際接軌,使防爆電動叉車技術得到了很大提升。

      第三階段國內電動防爆叉車的技術特征:

      1、交流控制系統由于具有低速恒轉矩控制和高速恒功率控制,使其具有良好的動力性能,并具有能量回收功能、坡道防下滑功能、減速功能等。

      2、交流電機在結構上不使用觸點和碳刷,所以不需要清理和更換碳刷具有免維護性,這使得防爆安全性提高。

      3、通過防爆交流電機內的兩種溫度傳感與控制系統的控制,使防爆叉車具有熱升和熱降兩種控制運行工況,既提高了防爆叉車的溫升控制能力,又較大程度地保證整機的正常運行。

      4、在制動形式上采用液壓濕式制動,避免了制動火花和溫度高的產生,提高了整機的防爆性能。

      以上技術特征具有傳動效率高、電流小、溫升低、電機免維護且制動性能好、無火花、穩升低等特點,提高了整機性能,也相對保證了整機在防爆環境下較長時間的工作。

      綜上所述,國內電動防爆叉車的發展經歷了三個階段,而三個階段的技術發展都是由電動叉車的技術發展和防爆技術的發展相結合,目前國內電動防爆叉車技術基本上還在第二階段,進入第三階段技術的電動防爆叉車制造廠家也只有浙江佳力科技股份有限公司近年剛開發的單電機防爆交流全液壓電動叉車和雙電機防爆交流控制系統液壓制動的電動叉車,不僅開創了國內電動防爆叉車自主研發擁有自主知識產權的道路,而且填補了國內無防爆交流控制技術電動叉車的空白。

      三、電動防爆叉車技術的設計理念和發展方向

      目前國內電動防爆叉車有兩種類型:一是整機設計制造,二是在普通電動叉車上進行防爆改裝,而且由于設計理念的不同電動防爆叉車的技術性能也存在較大差異,所以要根據電動防爆叉車的技術特性和技術標準來確定科學的設計思想。

      1、電動防爆叉車的整體性設計理念

      有一句話概括了國內電動防爆叉車設計理念的落后所造成的矛盾,就是“先要求好的電動叉車,再要求好的防爆性能;還是先要求好的防爆性能,再要求好的電動叉車”。這句話的本身就說明了國內電動防爆叉車存在的兩個問題:一是由于電動叉車本身技術性能差,即使有好的防爆設計也沒用,因為整機性能達不到要求;二是由于電動叉車本身性能好,但經過防爆改裝后造成整機性能的下降。正是上述原因要求我們要確立電動防爆叉車的整體性設計理念,根據先進的電動防爆叉車技術標準,把好的電動叉車設計和先進的防爆設計結合為一體,才能制造出整體性優越的產品。要做到這一點必須遵循以下設計原則。

      a) 對電動防爆叉車的設計性能要求要高于普通電動叉車設計性能要求。

      電動防爆叉車對整機絕緣性、導電性、溫度、電路短路、電流等技術標準要求高,諸如電機、電器元件都在隔爆體內,散熱性差造成溫升高,如果電路設計不合理也容易造成電路短路,如果整機的負荷電流大,就會產生過流、溫升高、電線易老化、絕緣性下降等問題,造成電動防爆叉車的防爆性能差,即使有保護手段使其停止運行,也會造成整機運行時間短、維護時間長、使用壽命短的缺陷。

      國內的普通電動叉車技術性能普遍較低,如果在此基礎上進行防爆設計,可以肯定不會有良好的防爆整機性能,而進行防爆改裝整機技術性能會降低,所以在設計理念上首先要引用新的技術提高電動叉車的技術水平,也要有創新的設計思路來設計更符合防爆特性的系統,(例如:浙江佳力科技股份公司制造的電動全液壓防爆叉車)做到低電流、低溫升、低噪聲、高效率、高智能控制的整機水平。

      b) 主動防護技術設計和被動防爆手段相結合

      一般國內電動防爆叉車的設計常用的技術是采取隔爆型、本安

      型、增安型等手段來防止爆炸的發生或發生爆炸后控制在隔爆體內,

      也有在電路設計上盡量簡捷化,減少線路并減少火花控制點,對線路老化、絕緣性能等靠人工定期檢查,安全隱患較大。

      所謂的主動防護技術就是在整機電路設計上用先進的傳感、短路保護、絕緣監視等電子元件與智能控制系統相結合,通過程序設定好防爆技術參數,這樣可以對整機防爆性能進行自動控制避免了人為造成的安全隱患。并且可以通過熱升、熱降和二次限流控制等技術,可以控制車輛的運行,延長工作時間。

      c) 合理應用先進的防爆技術合作開發防爆配套產品

      在電動防爆叉車設計中,要緊跟國際上先進的技術發展,尤其

      是電子、液壓技術領域的發展,例如:電子監控產品、液壓濕式制動等都是國內技術所沒有的,在合理應用的同時,要與國內相關專業制造廠家進行技術合作,開發關鍵技術產品實現國產化,合作開發要有自己的技術設計并要掌握核心的技術關鍵與配套廠商進行緊密技術協作,這樣才不會出現開發產品因為國內廠商技術平臺相對較低而達不到技術要求。

      2、電動防爆叉車的發展方向

      隨著交流永磁技術的發展,電動防爆叉車的運行控制系統也將向交流永磁化方向發展,由于其無碳刷具有免維護性,避免了因為清除碳刷粉和更換碳刷而打開隔爆體所造成的安全隱患。在動力性能上低速可以實現恒轉矩控制,高速可以恒功率控制運行效率高,并具有多種工況的能量回收、防下滑等功能,使電動防爆叉車具有低電流、低噪音、傳動效率高、安全性強、低溫升的特點優勢。

      電動防爆叉車將運用先進的電子技術不斷提高整機的防護水平,使其在高智能控制下具有自動防護能力,將防爆電子元件智能化、集成化、微型化。

      電動防爆叉車在總體設計上要具有人性化設計思維,要提高駕駛人員舒適性、方便可操縱性,減輕駕駛人員的勞動強度,并且要合理布局在保證整機傾翻安全性能的前提下,達到造型美觀的效果。

      提高電動防爆叉車的技術標準,企業標準不能停留在國家標準的水平,僅僅滿足于達到國家標準就行了,企業要不斷提高制造技術能力和產品性能,制定高的企業技術標準,以帶動國家技術標準的提升,淘汰落后的企業,使電動防爆叉車制造水平整體性的向前發展。
     

     
         
     
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