馬婉玉,楊德雙,路 領(lǐng),王琪超

(上海儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗測試所有限公司，上海 200233)

0 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，叉車的應(yīng)用領(lǐng)域得到極大的擴展。普通叉車不能在爆炸性危險場所作業(yè)，否則可能會引發(fā)爆炸事故，造成經(jīng)濟損失和人員傷亡[1]。防爆蓄電池叉車使用蓄電池供電、液壓傳動,可以滿足爆炸性危險場所的使用需求。

國外蓄電池防爆叉車產(chǎn)品有兩種類型。一種是叉車主機廠專門開發(fā)的防爆產(chǎn)品，主要生產(chǎn)商為德國Sichelschmidt公司、林德公司等。另一種為專業(yè)防爆技術(shù)改造的公司進行的防爆改造，像英國PYROBAN公司為各叉車生產(chǎn)廠商提供防爆解決方案與防爆改裝[2]。國內(nèi)防爆叉車改造維修單位技術(shù)能力良莠不齊，需加強準入引導(dǎo)?！秷?廠)內(nèi)專用機動車輛安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG N0001—2017將叉車的防爆改造歸屬到改造的范疇，并要求從事叉車改造的單位應(yīng)具有相應(yīng)的制造能力[3]。

基于此，本文通過對蓄電池叉車的防爆改裝內(nèi)容進行深入、全面的分析，并依據(jù)GB/T 19854—2018對叉車的防爆型式試驗過程進行說明，使改裝的防爆叉車既能滿足裝卸搬運作業(yè)時的防爆安全要求，又具有良好的操控性。本文闡述的防爆叉車的防爆等級為Ex db ec ib mb ⅡA/ⅡB T4 Gc。

1 叉車主要部件防爆改裝措施

1.1 Ex d主防爆控制箱

工廠在改裝叉車時，須將接觸器、保險絲、繼電器、直流-直流(direct current to direct current,DC-DC)電壓轉(zhuǎn)換器等會產(chǎn)生放電、點火現(xiàn)象的元件，移位到防爆控制箱內(nèi)。防爆控制箱能夠承受爆炸壓力并將火焰通過設(shè)計的火焰通路，熄滅后進入大氣。

主防爆控制箱的設(shè)計應(yīng)主要遵循標準GB 3836.1—2021、GB 3836.2—2021。控制箱的隔爆面參數(shù)和結(jié)構(gòu)必須符合防爆標準，設(shè)計要使控制箱滿足隔爆要求(即箱內(nèi)如果發(fā)生爆炸，不會通過任何通道傳到外殼外部)，從而確保整臺叉車不會被引燃或發(fā)生爆炸[4]。防爆控制箱設(shè)計的關(guān)鍵是隔爆接合面。在GB 3836.2—2021中，隔爆接合面的平均粗糙度最大不得超過6.3 μm。

隔爆接合面最大間隙要求如表1所示。

表1 隔爆接合面最大間隙要求Tab.1 Maximum clearance requirement of flameproof joint surface

表1中:L為接合面寬度,mm；V為防爆箱容積,cm3。

如果隔爆接合面上有孔，則到孔邊沿的距離l應(yīng)滿足下列要求。

①當L<12.5 mm時，l≥6 mm。

②當12.5 mm≤L<25 mm時，l≥8 mm。

③當L≥25 mm時，l≥9 mm。

依據(jù)GB 3836.2—2021對防爆設(shè)備的要求，隔爆控制箱的緊固件只允許用工具才能松開或拆卸。一種情況是隔爆外殼上的緊固件不穿透外殼壁，且剩余厚度應(yīng)不小于螺栓直徑的三分之一，最短為3 mm。另一種情況是隔爆外殼上的緊固件穿透外殼壁。這種情況下，緊固件應(yīng)與外殼壁構(gòu)成隔爆面，且緊固件須使用焊接、鉚牢等方法連接到外殼上，與外殼構(gòu)成不可分開的整體。當螺釘或螺栓沒有配套使用墊圈而完全擰入孔內(nèi)時，螺釘或螺栓尾部與螺孔的底部之間應(yīng)留有螺紋裕量[5]。緊固件孔允許螺紋嚙合的螺紋深度應(yīng)至少等于緊固件螺紋的外徑[6]。

1.2 Ex d 輔助防爆控制箱

為滿足防爆要求，車輛控制器須安裝在輔助隔爆控制箱內(nèi)部。設(shè)計標準參見1.1節(jié)。

1.3 Ex d防爆顯示箱

防爆顯示箱內(nèi)裝有發(fā)光二極管(light-emitting diode,LED)指示燈、顯示器。設(shè)計標準參見1.1節(jié)。

改裝后的防爆叉車應(yīng)盡可能保留原裝叉車儀表。所有儀表均安裝在防爆顯示箱內(nèi)。除了原裝儀表之外，叉車還會配置一些警示和狀態(tài)指示器。這些指示器的安裝位置取決于叉車自身儀表的具體改裝要求，既可能與原裝叉車儀表在同一個防爆顯示箱內(nèi)，又可能安裝在一個獨立的防爆顯示箱內(nèi)。

1.4 Ex d 隔爆型電纜引入裝置

電氣設(shè)備通常都和其他設(shè)備的線路連接，以實現(xiàn)供電、控制、通信等功能。防爆電氣設(shè)備采用電纜實現(xiàn)這些功能。然而，由于電纜采用有彈性的橡膠制成，無法像金屬或塑料那樣加工成外尺寸固定的圓柱形，并且電纜在安裝后的位置也應(yīng)當有足夠的穩(wěn)定性，防止在使用過程中被拉扯而導(dǎo)致線路故障?；陔娎|材料和結(jié)構(gòu)的特點，設(shè)計人員一般采用將帶孔的圓柱形密封圈套固定在電纜外部的方式，將電纜、密封圈與金屬墊圈一起安裝在格蘭外殼內(nèi)。

設(shè)計人員可采用各種方式的壓緊裝置軸向壓縮密封圈，使密封圈徑向膨脹。由于密封圈外側(cè)裝有格蘭外殼，密封圈只能向內(nèi)側(cè)膨脹，從而與電纜緊密結(jié)合，以達到夾緊電纜的作用。這個結(jié)構(gòu)被稱為電纜引入裝置。對于隔爆外殼使用的引入裝置，除了需要夾緊電纜，還應(yīng)當防止內(nèi)部的火焰通過密封圈與電纜、格蘭外殼之間的間隙傳播到環(huán)境中。因此，應(yīng)額外進行GB3836.2—2021第C.3.1條規(guī)定的密封試驗，確認其具有防止火焰?zhèn)鞑サ哪芰Α?/p>

主防爆控制箱、防爆顯示箱等部件電源出線須使用防爆電纜引入裝置。為防止主防爆控制箱、防爆顯示箱內(nèi)部發(fā)生爆炸時破壞電纜內(nèi)墊層和絕緣層，從而引燃外部的可燃介質(zhì)，電纜引入裝置應(yīng)選用隔爆型。

1.5 Ex e增安型電纜引入裝置

增安型防爆塑料電纜密封套(即增安型電纜引入裝置)的原理是通過螺紋壓縮內(nèi)部塑料密封套來緊固電纜。增安型防爆塑料電纜密封套一般用于電機、增安型接線盒等增安型塑料外殼電源出線。

一般情況下，防爆塑料電纜密封套只需要外觀檢查即可，基本不需要維護。除非防爆電纜引入裝置損壞或者更換經(jīng)過電纜引入裝置的電纜時，才需要重新安裝。

1.6 Ex e 增安型防爆塑料接線盒

增安型電氣設(shè)備在正常運行或規(guī)定的異常條件下不產(chǎn)生危險溫度、電弧和火花，并且其外殼必須符合GB/T 4208—2017外殼防護等級的要求，以防止外部異物進入電氣設(shè)備內(nèi)。增安型防爆塑料接線盒用于電源或本質(zhì)安全電路的端子連接。增安型防爆塑料接線盒電纜出線使用增安型塑料電纜密封套。增安型防爆接線盒一般情況下很少損壞，只需每年檢查損壞情況以及接頭和端子緊固情況。

1.7 Ex e 防爆電源裝置

本文闡述的是增安型防爆電源裝置，適用于Gc級車輛，可用區(qū)域為爆炸性氣體環(huán)境2 區(qū)。

蓄電池電源電解質(zhì)應(yīng)能保證處在最低和最高允許液位之間。蓄電池電源應(yīng)有足夠空間，以防止電解質(zhì)溢出。蓄電池電源的箱體和箱蓋一般采用金屬結(jié)構(gòu)，以具有足夠的機械強度。綜合考慮叉車的使用環(huán)境，為保證防爆性能，電源外殼內(nèi)部必須無裸露帶電零件，且至少具有IP23的防護等級。蓄電池箱的通風試驗氫氣析出濃度不能超過2%[7]。

Gc級車輛在使用過程中，相鄰單體電池間的連接件不得是剛性的，并且應(yīng)能夠承受一定程度的相對位移以及額定工作狀態(tài)下的電流。在工作過程中可能承受電解液腐蝕的所有導(dǎo)線應(yīng)采取保護措施。防爆電源裝置上的等電位連接線須有效連接。此外，設(shè)計須保證防爆電源裝置箱蓋的有效固定，且防爆電源裝置的通風孔處不得堵塞。

1.8 Ex d 防爆燈具

防爆工作大燈、剎車燈和轉(zhuǎn)向燈為隔爆型。應(yīng)根據(jù)隔爆型防爆標準要求設(shè)計產(chǎn)品。

1.8.1 Ex d 燈具外殼的要求

燈具外殼應(yīng)為隔爆外殼，按照GB 3836.2—2021所規(guī)定的外殼耐壓試驗[8]進行測試后，燈具外殼不應(yīng)有裂痕、損傷，或隔爆接合面間隙增大。

1.8.2 燈具透明件要求

GB 3836.1—2021和GB 3836.2—2021中，對于燈具透明件的要求如下。

①須能夠承受沖擊、熱劇變試驗。透明材料及膠粘材料的連續(xù)運行溫度需高于整臺設(shè)備在額定使用條件下能達到的最高溫度的20 ℃以上。

②須滿足GB 3836.2—2021規(guī)定的爆炸試驗，且不發(fā)生損壞。

1.9 Ex nA 無火花小功率電氣部件

無火花小功率電氣部件的功率均小于20 W，電壓小于275 V交流 (alternating current，AC)或390 V直流(direct current,DC)。如加速霍爾傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、轉(zhuǎn)向輪角度傳感器、液壓提升傳感器、驅(qū)動/液壓泵電機速度傳感器等均符合增安型ec要求：設(shè)備外殼的防護等級不低于IP54，應(yīng)符合GB 3836.3—2021附錄H規(guī)定的爬電距離和電氣間隙，應(yīng)在設(shè)備內(nèi)部或外部提供瞬態(tài)保護裝置[7]。

1.10 Ex ec驅(qū)動電機、液壓泵電機

驅(qū)動電機、液壓泵電機可采用的防爆類型為增安型、正壓型或隔爆型。增安型防爆電機對外殼強度和密封性的要求較小，制造成本較低。因此，防爆電機一般采用增安型。一個完整的叉車改裝可以使用一個或多個增安型的防爆電機。由于叉車的多樣性，所以車輛上的電機也有很多形式。無論哪種形式的電機，在將其改裝為增安型防爆電機時，都要遵循以下要求和原則。

①電機的內(nèi)部線圈繞組內(nèi)部必須實行溫度監(jiān)控，從而保證使用場所的溫度等級。

②增安型防爆電機防護等級至少滿足IP54。

③增安型防爆電機電源端子出線防護等級必須滿足IP54。

④增安型防爆電機爬電距離和電氣間隙必須滿足GB 3836.3—2021的要求。

⑤電機內(nèi)溫度傳感器和速度傳感器必須滿足相關(guān)保護和防護要求。

1.11 Ex ib 本安設(shè)備

本安型傳感器等其他低能量元件與主防爆控制箱內(nèi)安全柵組成了本質(zhì)安全型電路。這類設(shè)備一般都配合使用合適的隔離式安全柵進行本安處理。

1.12 機械火花和機械間隙

由于貨叉與地面及搬運物品之間摩擦頻繁，為防止產(chǎn)生機械火花，車輛卸載裝置(貨叉)必須包覆不銹鋼[9]。

防爆叉車在結(jié)構(gòu)上應(yīng)確保其相對運動部件之間，如旋轉(zhuǎn)部件與其他部件之間要有足夠的間隙，使各部件運行中不因摩擦而產(chǎn)生火花。在設(shè)計時，在易產(chǎn)生摩擦部位也可以考慮采用特殊材料包覆，從而防止機械火花的產(chǎn)生[10]。

1.13 靜電

1.13.1 電位平衡

車輛上所有大于100 cm2的金屬部件都與車架相連，從而保證整車的電位平衡，防止靜電火花。

1.13.2 接地

為了防止靜電電荷積累產(chǎn)生的靜電火花，依據(jù)GB/T 19854—2018第5.3條試驗方法測得車輛上所有金屬部件的對地電阻應(yīng)不超過106Ω[11]。此要求可采用導(dǎo)電輪胎實現(xiàn)，也可采用接地帶實現(xiàn)。導(dǎo)電輪胎或接地帶將可能產(chǎn)生的靜電電荷與大地電荷中和。此時，車輛的電勢為零，避免了靜電火花的產(chǎn)生。

1.13.3 表面電阻

為防止由靜電集聚引起的火花點燃危險，方向盤、座椅等非金屬部件的表面電阻應(yīng)符合GB 3836.1—2021第7.4.2條要求:在相對濕度為50%時電阻不得超過109Ω。此外，生產(chǎn)企業(yè)要限制整車的噴漆厚度不得超過2 mm[6]。

1.14 剎車片

剎車是潛在的點燃源，啟用剎車功能時移動元件和固定元件的摩擦會產(chǎn)生高溫和火花。剎車片的改裝和安裝將遵循以下原理。

①剎車襯料必須粘結(jié)，不允許采用鉚釘。

②剎車材料金屬含量不得超過40%。

③剎車表面溫度不得超過規(guī)定的溫度等級。須通過安裝在剎車上的溫度開關(guān)監(jiān)控剎車溫度。

④剎車材料兩側(cè)的溫差不得超過5 ℃。

⑤剎車包覆材料磨損不得超過1 mm。貨叉底部應(yīng)配置有磨損測量孔。

2 防爆安全檢驗

依據(jù)GB/T 19854—2018的要求，防爆安全檢驗包括結(jié)構(gòu)安全檢查、溫度測量、車輛接地測試。

2.1 結(jié)構(gòu)安全檢查

防爆車輛電氣部件的防爆等級不得低于整機防爆等級。

防爆車輛零部件合格證不得超出有效期，部件銘牌信息應(yīng)清晰、準確、完整，并且應(yīng)標明產(chǎn)品名稱、型號、防爆標志、防爆合格證號、制造商等參數(shù)。防爆電氣部件外殼應(yīng)完整無裂紋，燈罩等透明件應(yīng)無損傷。隔爆接合面不得有生銹、損傷，不得涂油漆或噴塑，隔爆接合面寬度、表面粗糙度、間隙應(yīng)符合防爆要求。隔爆型電氣部件應(yīng)設(shè)置安全聯(lián)鎖或嚴禁帶電開蓋警告標志。相對運動部件之間的間隙應(yīng)符合GB/T 19854—2018第4.1.2條要求。金屬部件應(yīng)連接牢固。

2.2 溫度測量

檢測工程師要對叉車中防爆制動器、驅(qū)動電機、電源裝置、主泵電機等的表面溫度進行測量。為便于觀察溫度的變化趨勢，試驗時應(yīng)將熱敏元件通過散熱性良好的膠水粘接在上述零部件的表面上。測量應(yīng)在叉車完成5個試驗循環(huán)之后進行。其中，試驗循環(huán)的步驟參考GB/T 19854—2018第5.2條要求。防爆叉車的最高表面溫度不得超過相應(yīng)的防爆溫度組別，從而保證不會引燃車輛工作環(huán)境的爆炸性氣體。

對于某一臺型號規(guī)格為2.0 T、經(jīng)防爆改裝的蓄電池叉車，測試結(jié)果如下。

通過無紙記錄儀記錄驅(qū)動電機、泵電機、制動器、電源等部件的溫度及試驗時的環(huán)境溫度。在23 ℃的測試環(huán)境溫度下，實測最高溫度為73 ℃，測出最高溫度的點位為驅(qū)動電機線圈。最高表面溫度計算式為：

Tms=Tmax-Tamb+Tpma

(1)

式中：Tms為最高表面溫度；Tmax為實測最高溫度；Tamb為測試環(huán)境溫度；Tpma為最高使用環(huán)境溫度。

根據(jù)式(1)修正到最高使用環(huán)境溫度為40 ℃時的值，得出最高表面溫度為90 ℃，符合T4要求。

2.3 叉車接地測試

叉車接地測試如圖1所示。

圖1 叉車接地測試示意圖Fig.1 Schematic diagram of forklift grounding test

叉車接地測試使用兆歐表進行試驗。在地面放置一塊絕緣板。為減少試驗的系統(tǒng)誤差，絕緣板電阻應(yīng)大于1012Ω。絕緣板上放置鋼板。絕緣板應(yīng)超出鋼板邊緣至少50 mm[11]。車輛停放在鋼板上。測量時將兆歐表L端依次與車輛的不同金屬部件相連，如與車架及輪胎上的螺釘相連接等。檢驗人員要對防爆叉車的不同金屬部件與鋼板之間的絕緣電阻進行多次測量，以確保車輛上所有的金屬部件對地電阻均不得超過106Ω。

3 防爆叉車的使用注意事項

防爆叉車的使用注意事項如下。

①叉車不得進入危險程度不明確的作業(yè)環(huán)境。

②叉車在爆炸性危險場所作業(yè)時，必須謹慎駕駛，嚴禁碰撞、沖擊。

③叉車不得在爆炸性危險場所進行維修作業(yè)，不得在爆炸性危險場所打開電氣裝置蓋或拆裝其他隔爆元件。

④蓄電池不得在有可燃可爆氣體等危險區(qū)域充電，不得在危險場所作為它用電源。

⑤當遇到可燃性物質(zhì)嚴重泄漏或叉車在爆炸性危險場所中運行作業(yè)發(fā)生失控時，應(yīng)立即按下急停開關(guān)、切斷叉車的主電源，然后關(guān)斷電源鑰匙開關(guān)。

⑥在試圖對叉車防爆系統(tǒng)進行任何修理和更改之前，必須征得制造商或授權(quán)機構(gòu)的同意，不得擅自改動，以確保整車的作業(yè)安全性和其他性能。

⑦車輛存在靜電點燃潛在風險，僅可使用濕布擦拭車輛。

4 結(jié)論

隨著國家工業(yè)現(xiàn)代化的持續(xù)推進，叉車的應(yīng)用范圍越來越廣，很多時候需要在爆炸性危險區(qū)域中使用。而普通叉車不能滿足此類使用場景的安全要求。防爆叉車改裝工廠應(yīng)運而生。本文針對特定防爆型式，首先論述了對蓄電池叉車的主要部件，如控制箱、顯示箱、電纜引入裝置、電源等進行防爆改裝的方法；然后舉例說明了防爆叉車的結(jié)構(gòu)檢查要點和防爆安全檢測的方法；最后進一步說明了使用時的注意事項。該研究可確保生產(chǎn)企業(yè)對叉車進行有效的防爆改裝，提高防爆叉車使用時的安全性。