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。

内冷油腔的油液流动是缓解防爆柴油机活塞热疲劳问题的有效方法。针对油液的两相流状态,建立压力波微分方程,采用有限元数值模拟方法得出油液模态、含气率、有效体积模量以及压力之间的关系。基于内冷油腔试验台验证含气率仿真结果并对油液喷射过程进行测定,得出油液的捕捉率和压力波动特性。研究结果表明:油液固有频率随含气率的增大呈现出先减小后增大的变化趋势;当含气率低于10%时,等效体积模量随着含气率的增大急剧降低;喷油口和进油口的间距小于105 mm时,捕捉率急剧下降;压力波出现最大幅值所对应的油液固有频率为176 Hz。

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。