防爆柴油机是煤矿辅助运输装备的主要动力源之一,安全保护与启动系统是防爆柴油机必备系统,小型辅助运输装备的高度集成化给防爆柴油机提出了新要求。通过对无轨胶轮车防爆柴油机保护及启动系统进行研究,设计了一种基于机油保护、液压马达启动的防爆柴油机机油保护液压启动系统。通过采用机油保护液压启动,综合运用装备本身自带资源,实现防爆柴油机的正常启动与保护,满足小型低矮紧凑装备在性能及空间布置的需求,提高装备的功能性、经济性、可靠性,提升装备的应用价值。

为研究排气后处理设备对防爆柴油机性能的影响,以发动机台架试验为平台,对比在防爆柴油机上分别安装氧化型催化转换器(DOC)、催化型颗粒捕集器(CDPF)、催化型连续性再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)后对发动机性能的影响.防爆柴油机加装了进排气阻火器和水洗箱,在此基础上,尾气净化装置单独使用DOC时,可使CO、NOx和PM排放分别降低91.2%、37.3%和13%、燃油油耗率减少5.4%、排气压力和温度都降低15.6%;单独使用CDPF时,可使CO、NOx和PM排放分别降低85.3%、2.5%和92.2%、燃油油耗率减少4.5%、排气压力和温度分别增加1.6%和减少7.2%;使用DOC+CDPF时,可使CO、NOx和PM排放分别降低97.1%、25.5%和96.8%、燃油油耗率减少5.5%、排气压力和温度分别降低36.4%和14.2%.使用DOC+CDPF后,防爆柴油机的性能有明显改善.

针对某型煤矿井下车辆用防爆柴油机的动力不足及冒黑烟问题,本文对该防爆柴油机采用了增压和中冷等技术手段,并通过台架试验对其性能进行了研究。试验结果表明(1)优化的防爆柴油机高速区功率增加,从1900转到2300转工况下功率远远大于原机;(2)优化后的防爆柴油机低速工况下排放得到了大幅度的降低,在1200转工况点NOx排放值降幅最大,为5.4%,CO排放与原机相差不大;(3)减少防爆柴油机提前角可使NOx排放值在各工况点都有不同程度的降低;(4)优化后防爆柴油机动力性满足整车要求,排放符合煤矿柴油机标准《矿用防爆柴油机通用技术条件》的规定,可以满足煤矿井下车辆的使用。

文章阐述了目前矿用防爆柴油机普通轨道机车的特点和现状、液压驱动普通轨道机车的优点,根据机车使用的具体情况设计了液压驱动系统。

为提升矿用防爆柴油机的换热能力,提出水冷代替油冷方案,对燃烧室内活塞的热载荷响应特性进行了研究与分析。基于CFD方法,建立活塞冷却腔内的气液两相流模型,选用SST k-ω湍流模型,结合VOF模型和Level Set模型得出不同曲轴转角下的液相比例和对流换热系数变化规律,分析了冷却腔结构对传热效果的影响。构建活塞热机耦合模型,计算了极限条件下活塞的热应力和热变形。研究结果表明:冷却腔内的液相比例并非决定换热效率的唯一要素,液相的振荡作用可显著增大对流换热系数;活塞头部的薄壁变形主要受热载荷影响,受腔内压力和惯性力的影响较小。

当前煤矿井下防爆车辆主要有电保护和气保护两种保护方式,基于机油检测原理,设计了机油检测显示装置和液压保护系统,提高了防爆柴油机使用性能和延长了防爆柴油机使用寿命,同时对车辆的良好运行和提高整机使用性能具有积极意义。该设计已经在煤矿井下多种防爆柴油机车型上得到应用,为新设计或改造的防爆车辆提供一种新的防爆柴油机保护方法。

煤矿井下防爆车辆目前主要采用气启动方式,针对防爆车辆在井下由于不易充气造成车辆在井下出现死机问题,基于防爆柴油机车辆气启动原理,分析了现有防爆车辆启动系统结构和原理,参照液压启动系统原理。设计煤矿井下防爆车辆液压启动系统,并对液压启动系统中各个关键部件做了详细选型设计。该系统可用作井下防爆车辆备用和应急启动方式,为井下车辆提供更可靠的运行,降低车辆的故障率,并为井下车辆启动系统设计提供更可靠的启动方式选择。

以新型矿用防爆柴油机为研究对象,阐述了柴油机的结构及工作原理,分析了柴油机的启动、安全保护及废气处理技术,并与同类产品进行了比较,对今后类似产品的开发具有一定的借鉴。

防爆柴油机在高瓦斯、低通风效率的工作环境下具有较强的适应能力,是工业生产中重要的内燃机设备。根据喷油动量方程建立油腔喷射模型,引入喷油效率参数,通过试验方法得出不同喷嘴孔与进油口间距下的捕捉率。试验中设定油压范围0.25~0.45MPa,喷油温度范围60~90℃,采用单因素试验法得出临界孔口间距随温度、压力的变化规律。试验结果表明,随着喷油压力或喷油温度的增大,油喷扩散角增大,临界孔口间距减小,油束发散性更为显著,为防爆柴油机的结构优化设计提供了重要依据。

阐述了矿用无轨防爆胶轮车柴油机安全保护装置的工作原理，并比较分析了当前煤矿井下使用的两种安全保护装置的优劣。