陳宇 陳文科 溫琦 劉艷陽(yáng) 田甜 劉學(xué)文

北京金輪坤天特種機(jī)械有限公司 北京市 100083

1 引言

飛機(jī)牽引車是艦載機(jī)調(diào)運(yùn)系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用于機(jī)庫(kù)及飛行甲板上多種飛機(jī)的水平調(diào)運(yùn)。當(dāng)在船機(jī)庫(kù)等狹小、封閉空間內(nèi)使用時(shí)，不僅要求牽引車具有速度平穩(wěn)、加速及制動(dòng)柔和、轉(zhuǎn)向靈活等特性，同時(shí)還要求牽引車具備防爆性能。其主要原因是在比較密閉機(jī)庫(kù)內(nèi)，放置飛機(jī)等許多以燃油為動(dòng)力設(shè)備，這些油料揮發(fā)的油氣達(dá)到一定濃度就很容易被引燃甚至發(fā)生爆炸。因而要求牽引車必須具有防爆性能。

以某型艦用防爆牽引車為例，闡述艦用飛機(jī)牽引車防爆設(shè)計(jì)。該型牽引車是以防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，采用液壓傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)無(wú)桿牽引[1]。艦用牽引車防爆設(shè)計(jì)不僅考慮各個(gè)零部件需符合相應(yīng)防爆要求，各個(gè)系統(tǒng)、各個(gè)零部件之間的匹配也需有相應(yīng)的防爆措施及要求。并且各個(gè)防爆元件應(yīng)適應(yīng)海洋環(huán)境使用，具備耐鹽霧、耐腐蝕能力。牽引車防爆設(shè)計(jì)關(guān)鍵和難點(diǎn)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)及電氣設(shè)備的防爆設(shè)計(jì)。

2 爆炸性環(huán)境介紹及確定牽引車防爆等級(jí)

易燃易爆危險(xiǎn)區(qū)域按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)：

0區(qū)：爆炸性氣體混合物連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所；

1區(qū)：在正常作業(yè)中可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的場(chǎng)所；

2區(qū)：在正常作業(yè)中不大可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物，即使出現(xiàn)也偶爾的短時(shí)存在的場(chǎng)所。

爆炸性氣體混合物的爆炸級(jí)別分為IIA、IIB、IIC三級(jí)。IIC級(jí)的傳爆能力最大，IIB級(jí)次之，傳爆能力最小的為IIA級(jí)。

設(shè)備引爆可燃性氣體混合物有兩方面原因：一個(gè)是設(shè)備產(chǎn)生的火花、電弧，另一個(gè)是設(shè)備表面發(fā)熱。設(shè)備的防爆性能也都是通過(guò)切斷這兩個(gè)引燃源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。爆炸性氣體的溫度組別見表1，按其引燃溫度可分為T1～T6共6組，其對(duì)應(yīng)的引燃溫度和允許的最高表面溫度如下表1。

按《GB 19854-2005爆炸性氣體環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》，及牽引車使用環(huán)境，確定該型艦用防爆牽引車是用于潛在爆炸性氣體環(huán)境中1區(qū)使用車輛，場(chǎng)所內(nèi)存有ⅡA或ⅡB級(jí)、T1～T4溫度組別的可燃性氣體，其防爆標(biāo)志為Ex d e mbⅡBT4Gb。防爆主要形式為隔爆[2]。

3 牽引車關(guān)鍵部件的防爆設(shè)計(jì)

3.1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)防爆設(shè)計(jì)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的防爆改裝是無(wú)桿牽引車各項(xiàng)防爆措施的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。如圖1，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)防爆系統(tǒng)由進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和啟動(dòng)/緊急熄火裝置組成。防爆改裝的發(fā)動(dòng)機(jī)采用抗靜電皮帶及抗靜電風(fēng)扇，防止?fàn)恳囘\(yùn)行時(shí)產(chǎn)生靜電或電火花；進(jìn)氣截止閥和排氣阻焰器內(nèi)的芯片，用以阻止柴油機(jī)正常燃燒或意外爆炸時(shí)的火焰?zhèn)魅胫車h(huán)境；主冷卻器裝在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)和缸蓋排氣口一側(cè)與氣缸蓋相連，用以將400℃以上的柴油機(jī)排氣冷卻到防爆規(guī)定值以下；火星消除器消除柴油機(jī)排氣火花。

表1 爆炸性氣體的溫度組別

防爆發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作及安全起關(guān)鍵作用。如圖2，在防爆發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度和冷卻溫度正常時(shí)，5排溫傳感器和6水溫傳感器處于常閉狀態(tài)。一旦排溫超過(guò)135℃或水溫超過(guò)超過(guò)100℃時(shí)，5和6會(huì)自動(dòng)打開其內(nèi)油道，使壓力油通過(guò)泄壓管路流回到發(fā)動(dòng)機(jī)。因在控制油路的供油口處有一個(gè)節(jié)流閥2，所以當(dāng)油路泄油時(shí)，系統(tǒng)中的壓力油不能馬上補(bǔ)充上來(lái)，從而使系統(tǒng)油壓迅速降低到接近零值。系統(tǒng)油壓的降低使得圖2中序號(hào)1進(jìn)氣截止閥控制油缸內(nèi)的油壓相應(yīng)降低，從而引起活塞桿縮回。這時(shí)進(jìn)氣截止閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣，迫使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)防爆系統(tǒng)

圖2 防爆發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

起動(dòng)馬達(dá)的防爆設(shè)計(jì)采用隔爆原理，即把能夠產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的零部件都放在隔爆機(jī)殼內(nèi)，使機(jī)殼內(nèi)腔與外部隔開。當(dāng)隔爆機(jī)殼內(nèi)腔產(chǎn)生爆炸時(shí)，不能夠引起機(jī)殼外部爆炸性氣體混合物的爆炸。此外，隔爆機(jī)殼表面的最高溫度不超過(guò)周圍爆炸性氣體混合物的引燃溫度T4，即135℃。從而有效避免因表面溫度過(guò)高引燃爆炸性氣體混合物。

3.2 牽引車防爆電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

除牽引車發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵元部件要求防爆外，整車電氣系統(tǒng)也要求具備防爆性能。該型艦用牽引車電氣系統(tǒng)主要包括燈具（包括前照燈、后照燈、警燈等，防爆等級(jí)ExdeⅡCT6）、防爆按鈕箱（E x d eⅡC T 6）、防爆動(dòng)力控制箱（ExdⅡBT6）、防爆發(fā)電機(jī)、防爆起動(dòng)馬達(dá)、防爆蓄電池、防爆儀表以及防爆電磁鐵等電氣元器件。這些電氣元件不僅要具有相應(yīng)防爆等級(jí)，同時(shí)因在船上使用，應(yīng)適應(yīng)海洋環(huán)境，達(dá)到船用標(biāo)準(zhǔn)。此外電纜也要選擇低煙、無(wú)鹵、低毒成束阻燃的艦用軟電纜。

牽引車電氣系統(tǒng)采用雙極式布線方式，見圖3。即電氣連接必須單獨(dú)形成回路，不能用車體作為負(fù)極使用，電氣回路與車體絕緣。并且，牽引車的電氣連接點(diǎn)都必須在防爆箱內(nèi)和防爆控制盒中[3]。牽引車上所配置的防爆電氣設(shè)備均固定于車架上，且連接可靠。各電氣設(shè)備使用的電纜芯線的截面積均能滿足設(shè)備本身電路載流量要求。電纜在引入設(shè)備時(shí)能被可靠壓緊。

牽引車防爆蓄電池是由免維護(hù)鉛酸蓄電池防爆改裝而成。蓄電池制成雙極柱，即兩個(gè)正極柱和兩個(gè)負(fù)極柱。蓄電池的正極板采用耐酸絕緣材料進(jìn)行膠封。蓄電池箱的箱體和箱蓋由金屬材料制成，能耐受沖擊，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。在箱體內(nèi)表面覆蓋耐酸絕緣材料，并保證在規(guī)定使用年限內(nèi)不會(huì)脫落、損壞。箱體外表面進(jìn)行三防漆處理，以增加抗腐蝕抗鹽霧能力。此外，蓄電池箱體開設(shè)通風(fēng)孔，避免氫氣積聚。

圖3 牽引車電氣系統(tǒng)局部圖

3.3 牽引車其他部件防爆設(shè)計(jì)

該艦用牽引車除了對(duì)電氣元件進(jìn)行防爆處理外，其它非電氣系統(tǒng)部件也做了防爆處理。因?yàn)闋恳囋谛旭偖?dāng)中，由于金屬部件摩擦或碰撞很容易產(chǎn)生火花。比如，車輛制動(dòng)方式如果采用鼓式或盤式制動(dòng)，為避免制動(dòng)過(guò)程中金屬摩擦產(chǎn)生火花，制動(dòng)片材料應(yīng)為非金屬或鑄鐵，不應(yīng)使用輕金屬合金。非金屬化合物包含的金屬重量不應(yīng)超過(guò)40%，這些金屬應(yīng)為顆?；蚣?xì)絲。摩擦片應(yīng)鉚接或粘接到摩擦片底板上，摩擦片的摩擦面上不應(yīng)有小孔或接點(diǎn)[4]。

牽引車發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇由于高速旋轉(zhuǎn)，與空氣摩擦容易產(chǎn)生靜電，并形成靜電電弧，因而也需要做防爆處理，設(shè)計(jì)成防爆風(fēng)扇。

牽引車輪胎采用抗靜電輪胎，表面電阻，在相對(duì)濕度為50%時(shí)不大于1GΩ；車輛上所有大于100cm2的金屬部件都應(yīng)連接到車架上，以保持電位平衡；驅(qū)動(dòng)皮帶應(yīng)采用表面電阻小于1GΩ的橡膠材料制成；車輛上的塑料材料的表面電阻，在相對(duì)濕度為50%時(shí)不應(yīng)大于1GΩ；車輛上所有的金屬部件對(duì)地電阻不應(yīng)大于106Ω。

4 牽引車整車防爆安全保護(hù)措施

該艦用牽引車安裝有排氣溫度閥和冷卻水溫度閥，實(shí)現(xiàn)超溫保護(hù)。

當(dāng)冷卻水溫超過(guò)100度或排氣溫度超過(guò)135度，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力通過(guò)水溫閥或排溫閥泄壓，控制小油缸關(guān)閉進(jìn)氣截止閥，使發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

牽引車上配有機(jī)油壓力表，正常工作壓力為2-5kg/cm2，即柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑機(jī)油壓力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力過(guò)低，低于2kg/cm^2時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

發(fā)動(dòng)機(jī)超速失控（飛車）時(shí)，牽引車自動(dòng)停機(jī)。

此外，該艦用牽引車具備兩種熄火方式，配有兩套熄火手柄。通常情況下采用熄火拉線手柄斷油的方式熄火。緊急情況下采用起動(dòng)/緊急熄火手柄斷氣的方式熄火，該裝置與進(jìn)氣截止閥相連，將起動(dòng)-熄火手柄拉至熄火位置并保持，發(fā)動(dòng)機(jī)即熄火。

在牽引車車身上安裝醒目的銅質(zhì)防爆標(biāo)牌、警示標(biāo)志和使用須知等，提醒操作人員在使用牽引車時(shí)須注意的事項(xiàng)。

5 結(jié)語(yǔ)

艦用防爆牽引車的設(shè)計(jì)性能要求應(yīng)高于普通飛機(jī)牽引車，尤其對(duì)整機(jī)絕緣性、導(dǎo)電性、溫度、電路短路、電流等方面應(yīng)提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。牽引車諸如電機(jī)、電器元件都在隔爆體內(nèi)，散熱性差造成溫升高；當(dāng)電路設(shè)計(jì)不合理時(shí)也容易造成電路短路；如果整機(jī)的負(fù)荷電流大，會(huì)產(chǎn)生過(guò)流、溫升高、電線易老化、絕緣性下降等問(wèn)題，造成防爆牽引車的防爆性能差。即使有保護(hù)手段，但也會(huì)造成整機(jī)運(yùn)行時(shí)間短、維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命短的缺陷。因此，該型艦用牽引車在設(shè)計(jì)初始，考慮了余量設(shè)計(jì)，考慮因防爆改裝可能帶來(lái)整機(jī)技術(shù)性能降低因素。此外，防爆牽引車在總體設(shè)計(jì)上也考慮人性化需求。如該型艦用牽引車，原駕駛員鐵皮座椅在甲板上因惡劣氣候無(wú)法入座，包覆真皮后，既符合防爆要求，又增加美觀和舒適感。該型艦用牽引車通過(guò)在船上多年服役，充分證實(shí)牽引車防爆設(shè)計(jì)合理，滿足現(xiàn)實(shí)牽引作業(yè)要求。未來(lái)，我們對(duì)飛機(jī)牽引車也將不斷改進(jìn)，以適應(yīng)新船提出的新作業(yè)要求。