刘海旺

摘要：大型电动轮矿用汽车是矿山、钢铁、港口等生产中广泛使用的运输车辆，目前这些矿用汽车电阻栅电机散热系统通过空气经散热风机直接对散热片进行降温;但是使用时电阻栅散热片及散热片接线端子上却堆积了大量的尘土，运转一段时间后大量尘土积攒到电阻栅散热片和散热片固定端子上，造成了散热片和外壳之间绝缘阻值过小，引发矿用电动轮汽车行走时高压接地报警，而且不及时处理易引起电动轮矿用汽车漏电，危及驾驶员的人身安全。

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.

关键词：矿车;电阻栅;旋流装置

Key words： mine car;resistance grille;swirl device

中圖分类号：TH122                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0217-03

0  引言

滦县司家营铁矿自2007年投入使用75131型130吨电动轮矿业汽车12台，随着铁矿石的陆续开采和发掘，自2009年又投入75306型180吨电动轮矿用汽车36台，随着这两种大型矿用汽车的不断使用，在使用的过程中，发现各种疑难问题也陆陆续续的反复出现，由于该类型的矿用汽车采用的工作原理是发动机带动发电机，再由发电机发出的电流驱动轮边电机转动进行工作，所以对电动轮矿用矿车的电路控制系统属于该矿车的检修维护工作重点和难点，加之电路控制系统要求工作环境清洁度高，各种电气元件的工作灵敏度要求高，由于滦县司家营铁矿属于露天开采矿山，采场中空气的灰尘颗粒大，且浓度高，所以严重威胁着电动轮矿用汽车电路控制系统的正常运行，尤其是当雨雪天气降临时，空气湿度随之加大，水汽能够通过进入电动轮矿用汽车的电阻栅电机，造成电动轮矿车汽车的电控系统故障报警问题频繁，严重影响了电阻栅电机使用寿命，并且威胁了驾驶员的安全作业，为了解决上述问题，滦县司家营铁矿开展了对电动轮矿用汽车电阻栅电机进气旋流装置的研究与应用的专项课题，并通过不断的实践，不但成功的解决了上述问题，而且取得了良好的实践效果。

1  技术背景

大型电动轮矿用汽车由于具有运输能力强，爬坡性能高，载重大，操作方面的特点，所以是矿山、钢铁、港口等生产中广泛使用的运输车辆，目前这些大型电动轮矿用汽车普遍采用的是发动机带动发电机，再由发电机发出的电流驱动轮边电机转动进行工作的原理，刹车系统采用的电制动为主，液压制动为辅的制动方式，由于电制动是采用将产生的多余电能转化为热能释放出去的方式，所以电阻栅电机与电阻栅散热片成了电制动结构的重要组成部分，但是电阻栅电机散热系统没有专门的防水除尘装置，是通过空气直接对散热风机对散热片进行降温的;随着电动轮矿用汽车的不断使用，发现电阻栅散热片及散热片接线端子上堆积了大量的尘土，矿用汽车运转一段时间后，大量的尘土积攒到电阻栅散热片和散热片固定端子上，造成了散热片和外壳之间绝缘阻值过小，引发行走时矿车高压接地报警系统频繁报警，特别是在金属矿山使用的大型电动轮矿用汽车，灰尘中含有大量氧化铁等导电物质，更容易发生接地报警故障，如果遇到雨、雪、雾天气矿车将无法正常运行。而且车辆接地报警不及时处理，易引起车辆漏电，危及驾驶员的人身安全。

2  故障原因分析

①电阻栅电机故障分析;矿用汽车电阻栅电机系统没有专门的防雨除尘装置系统，外部混合空气通过旋流方式直接进入到电阻栅电机内部，由于电阻栅电机内部工作环境要求高，电气元件工作散热造成了电阻栅电机内部温度高，空气中的尘土和湿气进入电阻栅电机内部后会结晶成小水滴和污垢沉积在电气元件的表面，引发了电阻栅电机内部报警，严重的因散热不良而造成电气元件的烧毁。

②日常点检检修分析;矿用汽车电阻栅电机的除尘周期过短，造成内部的大颗粒尘土沉积在电阻栅电机底部，造成电气元件工作环境的污染。

③电动轮工作环境的原因分析;由于矿用汽车长期在采场工作，而采场道路扬尘大，在雨季的时候，空气湿度会变大，夹杂着水汽和灰尘的空气会进入电阻栅电机内部，造成矿用汽车电阻栅电机故障率频繁，增加了矿用汽车的维修成本。

④造成矿用汽车电阻栅电机故障的原因分析;经过矿用汽车的电阻栅电机的空气会将电阻栅电机内部电气元件的热量带走后到达主电机内部对主电机进行散热，由于空气纯净度低，所以该空气中的一部分水汽和尘土会沉积到电阻栅电机的定子线圈和转子线圈的表面，造成主电机线圈的锈蚀和绝缘性降低，从而引发电阻栅电机报警等故障。

3  决策制定

目前，解决大型电动轮矿用汽车电阻栅电机内部积尘和水汽引发电阻栅散热片和外壳之间短路的方法只有进行清洗和更换电阻栅元件，但是由于电阻栅电机散热片和散热片接线端子表面的尘土粘附性高，所以清洗难度大，每清洗一次一台75131型130吨电动轮矿车至少需要6小时，而75306型180吨电动轮矿车则需要12小时，如遇雨、雪大雾天气，只能在矿车停车时使用电暖风进行除尘烘干;由于此类车型的电阻栅及其配件都是原装进口配件，采购周期长，价格高，因而一旦损坏恢复较困难，严重影响车辆的正常运转;为了解决大型电动轮矿用汽车电阻栅电机因为雨、雪、雾天和冷却空气尘土大造成高压接地报警频发的问题，为了保证车辆的正常使用，有必要进行开发一种有效的防水除尘的电阻栅冷却空气进气旋流装置，用于降低电阻栅电机散热空气中的尘土和水汽，以彻底解决矿车电阻栅电机因雨雪天气引发的故障报警问题，达到矿用汽车正常运转的目的。

4  工作计划与实施步骤

①2019年1月到3月课题组小组成员对75131型大型电动轮矿用汽车电阻栅电机故障报警的具体原因与发生数进行调查，随矿车进行现场技术资料收集。

②2019年4月到5月进行75131型大型矿用汽车电阻栅电机总成结构分析，总结电控系统故障统计。

③2019年5月到6月进行75131型大型矿用汽车电阻栅冷却空气进气装置的制作，单台矿用汽车装置的安装，调试。

④2019年7月到8月进行综合分析，数据采集，对试验过程中产生问题拿出解决方案。

⑤2019年9月进行试验数据采集，分析，确定最终方案，并对75131及75306型大型电动轮矿用汽车电阻栅进气旋流装置设计制作。

⑥2019年9月到10月进行剩余大型电动轮矿用汽车电阻栅冷却空气进气装置的安装工作及数据统计，进行总结。

⑦2019年11月，采集各项数据总结各种材料总结，并进行该装置的成果申报统计工作。

⑧2019年12月，进行河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司运输作业区全面推行，并形成制度。

5  技术方案

该大型电动轮矿用汽车电阻栅进气旋流装置，它由6个电阻栅进气旋流器，电阻栅进气旋流器安装在电阻栅电机外壳保护罩上盖上，并通过将原车电阻栅电机前方的多层倒置百叶封死后实施安装;其中电阻栅进气旋流器总高度为400mm，分上下两部分。上部为上直径200mm、下直径300mm、高度为250mm防水帽，下部为直径200mm、高度为250mm的进气道，进气道和防水帽之间用与水平成斜30-90度角，宽度为30mm的旋流百叶，旋流百叶之间的水平距离为10mm。

该大型电动轮矿用汽车电阻栅进气旋流装置的工作原理为;当电阻栅电机进气中的尘土在通过旋流百叶时，由于尘土本身的重力在加上旋流百叶的离心和反折效果，能够把电阻栅电机冷却空气中80%的尘土清除掉，防水帽和旋流百叶在雨、雪、雾天，能有效防止水汽进入电阻栅电机和散热电阻片上，由于电阻栅电机散热片和散热片端子的尘土和水汽的降低，减少了因进气中的尘土和水汽引起的电器故障停车，消除了行车事故隐患，降低了矿车的运行成本，提高了车辆的完好率和出车率。

6  具体实施方式

①根据上述图1中显示，本电动轮矿用汽车电阻栅电机进气旋流装置由6个旋流进气装置3组成，先用2mm厚的铁板制作成6个图2中显示的由防水帽4，旋流百叶1、进气道2组成的进气旋流装置3，把电阻栅电机保护罩上盖上均匀分布的割开6个直径为200mm的圆孔，然后把6个旋流装置3的进气道2焊接在电阻栅电机保护罩上盖的6个圆孔上，再将把原电阻栅电机的进气道百叶2用铁板封死完成;本电动轮矿用汽车电阻栅电机进气旋流装置可以降低电动轮矿车的作业环境空气中大量尘土，及雨、雪、雾天的水汽进入到電阻栅电机内部，从而避免了电阻栅电机的高压接地报警，延长了电动轮矿车的电阻栅电机及电阻栅散热片的使用寿命，从而降低了电动轮矿车因电阻栅电机故障停车维修的时间，并有效地提高了电动轮矿车的完好率和使用率。

②加强驾驶员标准化操作，要求每班出车前使用压缩空气对电阻栅电机外部及电阻栅的散热片进行强力除尘，降低电阻栅电机内部积尘，以保证电阻栅电机内部干净整洁。

③加强采场道路优化，采取人工洒水措施，降低采场内扬尘，优化矿用汽车的作业环境，以减少灰尘对矿用汽车电气系统的腐化损伤。

④强化矿用汽车的设备管理及电气系统的监测;包括电阻栅电机内部碳刷、滑环等元件的定期点检和重点时期的长期连续监测，对恶劣天气下内部除尘和电气元件工作状态的重点长期连续检测，对运行时间、温度和湿度监测分析，及时掌握电阻栅电机的实际工况，保证电阻栅电机的正常运行，并不断调整检修周期和频率，实行作业标准化，制度化，把设备的劣化故障不断的消除，降低电阻栅电机的电气元件故障率，节约电气元件的成本消耗，提高矿用汽车的完好率。

7  本应用的关键技术及创新点

此应用涉及到矿用汽车电阻栅电机的改造及技术创新，通过提高电阻栅电机内部散热空气的纯净度，对电阻栅电机的外壳元件的升级，改善矿用汽车电阻栅电机内部电气元件的工作环境为目标，降低了电阻栅电机内部电气元件的故障率，提高了使用寿命，减少了维修时间，实现了矿用汽车降本增效的目的。

8  投入成本计算

由于该装置已经在河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司运输作业区的75131型130吨电动轮矿车及75306型180吨电动轮矿车上成功实施并应用，经过统计该装置总共投资14万元，具体如下;

①现场故障收集;主要进行统计电阻栅电机故障问题并进行分析工作，需要投入0.5万元。

②进行单车75131型电动轮矿用汽车电阻栅电机进气旋流装置安装位置布局;使用专业测量工具对车体进行测量，并根据空间布局设计制作相应装置及安装需要成本2万元。

③单车实验数据采集;对单车数据进行采集分析，并不断安装调试需要0.5万元。

④驾驶员现场操作与现场试验;跟踪检测驾驶员在实际操作中的实际情况与工况的关系，雨雪天气的水汽防护测试需要4万元。

⑤对单车实验结果进行方案优化并分析、总结，确定最终设计方案定形需要2万元。

⑥对大型电动轮矿用汽车电阻栅电机进气旋流装置进行定型量产;对48台电动轮矿用汽车进行安装调试，并进行使用合计需投入4万元。

⑦撰写工作报告，统计各项材料形成报告需1万元，累计总计投入14万元。

9  社会及效益分析计算

①2015-2020年根据2018年矿用汽车电阻栅电机的故障进行统计，每台矿用汽车因雨雪天气造成的电阻栅电机内部电气元件失效烧毁;每臺矿用汽车平均每年更换电阻栅电机内部电气元件1.5个，电阻栅电机维修工时2人8小时，每次备件消耗成本在3000元左右;累计节省电气元件维修成本为1.5个×30台×3000元×6年=81万;而节省维修工时费用;50元/小时×2×8小时×30台×6年=14.4万。

②通过矿用汽车电阻栅电机的研究可延长矿用汽车电阻栅电机的使用寿命1000小时;电动轮电阻栅电机每12000小时大修一次，大修成本15万，累计48台电动轮节省电动轮电阻栅电机维修成本为15万元/12000小时×1000小时×48台×1年/2年=30万元。

③累计2015年至2020年节省总成本81+14.4+30-14=111.4万。

10  应用效果评价

河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司运输作业区的75131型130吨电动轮矿车及75306型180吨电动轮矿车上成功实施并应用，经过两年的正常运行，统计发现不但可以降低矿车因电阻栅电机的散热片和接线端子的高压接地报警的故障率，而且延长了电动轮矿车的电阻栅电机、电阻栅电机散热片的使用寿命1年以上。通过使用对比发现;没有安装该电阻栅电机进气旋流装置的矿车在雨雪天作业时，每运行24小时则需要2小时对其电阻珊进行烘干处理，每年则至少需要一次用12小时对电阻栅电机及散热片和散热片的接线端子进行除尘处理。而加装该电阻栅电机加装进气旋流装置的矿车不但免除了雨雪天气对电阻栅的烘干处理作业，而且延长电阻栅电机的使用寿命，直接经济效益每年每台车可降低运行成本达5000元，通过该电阻栅电机的进气旋流装置不但消除了矿车恶劣天气中运行的安全隐患，并减轻了维修作业人员的劳动强度，减少了企业的备件成本支出，增加了企业的效益，为大型矿用汽车的设备管理和安全运行指明了方向。

11  巩固措施及总结

河北钢铁集团滦县司家营铁矿通过对75131及75306型大型矿用汽车电阻栅电机故障频繁的原因进行了深入的研究，并成功给出了解决方案和进行了实施，通过把本次研究取得的经验、相应技术调整、管理考核措施形成制度化，严格按规定执行;经过统计不但消除了大型电动轮矿车电阻栅电机雨雪天气电阻栅电机接地报警的故障，而且累计减轻了维修人员的劳动强度，节省了企业的运行成本消耗，增加了企业的经济效益。为同行业矿山企业大型运输设备的检修维护提供了榜样和设备安全管理的方向，为企业的安全运行提供了保障，节省了企业成本的消耗。从大型矿用汽车应用场所和设备发展方向进行分析，数字化矿车，无人驾驶，全生命管理及实时监测是未来的发展方向，所以将大型矿用汽车的安全运转必须与其全生命管理和数字化自动监测与自动防护系统建设有效的结合在一起，才是以后大型矿用设备安全发展的趋势和努力的方向。

参考文献：

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[2]冯庆东.220t矿用自卸汽车的设计计算与研究应用[M].中国水利水电出版社，2015.

[3]曹金静.汽车电路图识读与故障检修[M].机械工业出版社   2019.

[4]张孝桐.设备点检管理手册[M].机械工业出版社，2019.