潘 鋒 郭 淼 李 斌 蔣漳河

（1.中國合格評定國家認(rèn)可中心 北京 100062）

（2.廣州特種機電設(shè)備檢測研究院 廣州 510760）

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)智能化水平的不斷發(fā)展和本質(zhì)安全水平的不斷提升，AGV 車輛越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的物料搬運與流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。對于存在易燃易爆危險場所的特殊行業(yè)，則需要使用具備防爆性能的AGV 車輛，其除了能智能、高效、準(zhǔn)確地完成物料搬運與流轉(zhuǎn)外，還需在作業(yè)過程中不能產(chǎn)生點燃源，消除火災(zāi)爆炸事故風(fēng)險[1]。防爆AGV 車輛發(fā)展初期，其導(dǎo)向系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)存在電磁波和超聲波點燃危險一直是制約生產(chǎn)企業(yè)的難題。初期防爆AGV 車輛防爆性能檢驗主要參考GB 19854—2005《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》，孟雪等人對防爆AGV 車輛的防爆設(shè)計進行了較為全面的分析，但未對電磁波和超聲波輻射的防爆要求進行規(guī)定和詳細(xì)的分析[2]。GB/T 37669—2019《自動導(dǎo)引車（AGV）在危險生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用的安全規(guī)范》發(fā)布實施后，對電氣防爆、機械防爆、電磁波輻射和光輻射安全性能以及靜電安全性能進行了系統(tǒng)的規(guī)定[3]，但關(guān)于防爆AGV 車輛點燃危險的識別、非電氣點燃危險的評定和防爆性能認(rèn)證模式未提出詳細(xì)的指引和參考方法。歐洲防爆AGV 車輛作為成套防爆工業(yè)設(shè)備，需按照IEC 60079 系列防爆標(biāo)準(zhǔn)進行整體檢測和合格評定，并符合歐盟CE 認(rèn)證防爆ATEX 指令（2014/34/EU）認(rèn)證要求。目前我國防爆AGV 車輛僅是依據(jù)GB/T 37669—2019、GB/T 19854—2018《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》和GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進行等同于型式試驗的防爆合格證檢驗，對防爆AGV 車輛制造企業(yè)的工廠質(zhì)量保證能力尚未覆蓋。因此，結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)特征系統(tǒng)分析防爆AGV 車輛的點燃危險源并進行相應(yīng)的防爆設(shè)計和合格評定，對提高防爆AGV 車輛的防爆安全性能具有重要意義。

1 防爆AGV 車輛點燃危險辨識與防爆技術(shù)

1.1 主要結(jié)構(gòu)與點燃源辨識

AGV 車輛按照結(jié)構(gòu)和用途分為承載型AGV、牽引型AGV 和叉車式AGV?？傮w上防爆AGV 車輛主要結(jié)構(gòu)包括行走驅(qū)動系統(tǒng)、控制與導(dǎo)向系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和車體[2，3]。依據(jù)GB/T 25285.1—2021《爆炸性環(huán)境 爆炸預(yù)防和防護第1 部分：基本原則和方法》點燃源類別，結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)和運行特征，其作業(yè)過程中可能存在的點燃危險分析見表1。

表1 防爆AGV 車輛主要結(jié)構(gòu)及點燃源分析

1.2 點燃源預(yù)防與防爆技術(shù)措施

●1.2.1 點燃源預(yù)防基本原理

基于防爆設(shè)備EPL 保護等級與預(yù)防不同工況點燃源的對應(yīng)關(guān)系[5-7]，可按照不同區(qū)域防爆AGV 車輛的防爆等級對表1 中不同點燃源類型進行進一步分析和評定，并提出相應(yīng)的防爆技術(shù)措施消除點燃危險或?qū)Ⅻc燃危險降至最低限度，進而滿足爆炸危險場所相應(yīng)的防爆類別和級別。不同危險區(qū)域防爆AGV 車輛點燃源預(yù)防措施基本原理和流程如圖1 所示。目前0 區(qū)/20 區(qū)AGV 車輛防爆電池組技術(shù)和行走驅(qū)動系統(tǒng)機械碰撞與摩擦非電氣防爆技術(shù)尚不成熟，應(yīng)用場景也比較少見。因此，防爆AGV 車輛還僅限于適用于1 區(qū)/21 區(qū)和2 區(qū)/22 區(qū)。

圖1 不同防爆級別AGV 車輛點燃源預(yù)防措施基本原理和流程

●1.2.2 主要防爆技術(shù)措施

根據(jù)表1 可知，防爆AGV 車輛主要點燃源涉及電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫、機械運動產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面、射頻電磁波、光輻射電磁波、超聲波和靜電6 類。按照圖1 點燃源預(yù)防措施基本原理和要求，結(jié)合最新IEC 60079 系列和GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 19854—2018 和GB/T 37669—2019 防爆車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將適用于1 區(qū)/21 區(qū)和2 區(qū)/22 區(qū)防爆AGV 車輛的防爆技術(shù)分析總結(jié)如下。

1）電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫。防爆AGV車輛電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫，可按照IEC 60079 系列、GB/T 3836 系列相應(yīng)的電氣防爆類型將電機、開關(guān)、控制儀表、電池組、照明燈、報警器、傳感器和通信元件設(shè)計或選用為d 型、e 型、i/iD 型、n 型、m/mD型、t 型或符合防爆類型的防爆電氣部件。不同的防爆電氣部件設(shè)計或選用后，以所有部件對應(yīng)最低的防爆級別和溫度組別即確定電氣部件部分的防爆級別和溫度組別。對于防爆型電池組一般設(shè)計成隔爆型、增安型或粉塵防爆t 型，蓄電池的類型應(yīng)符合GB/T 3836.1—2021《爆炸性環(huán)境 第1 部分：設(shè)備 通用要求》中23.3 條和GB/T 3836.2—2021《爆炸性環(huán)境 第2 部分：由隔爆外殼“d”保護的設(shè)備》中附錄E 的要求；對于粉塵防爆t 型蓄電池應(yīng)選用密封型電池元件。

2）機械運動產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面。防爆AGV 車輛機械運動產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面主要涉及非電氣防爆技術(shù)，其主要采取以下3 種預(yù)防技術(shù)[3，7-8]。（1）預(yù)防措施1：不形成點燃源。傳動齒輪、負(fù)載裝置接觸面選用不銹鋼、銅、銅合金或類似無火花材料。制動器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計成隔爆外殼型“d”或結(jié)構(gòu)安全型“c”。滾動摩擦軸承保持潤滑和密封良好。（2）預(yù)防措施2：不形成有效的點燃源。例如，控制AGV 車輛行駛速度，如車輛運行速度不大于1 m/s；機械旋轉(zhuǎn)運動部件和其他部件之間的間隙設(shè)計成不小于運動部件直徑的1/100 mm，且最低不小于1 mm；設(shè)置溫度監(jiān)測保護裝置，在減速箱軸承、制動器等產(chǎn)生摩擦高溫的表面設(shè)置溫度監(jiān)測控制裝置，控制危險高溫的形成。（3）預(yù)防措施3：將爆炸性環(huán)境與點燃源隔離。按照非電氣防爆技術(shù)將制動器設(shè)計成液浸型“k”，減速箱設(shè)計成限流外殼型“fr”。

3）射頻電磁波。防爆AGV車輛非接觸式供電裝置、磁導(dǎo)、GPS 定位傳感裝置和無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生的射頻電磁波射頻閥功率或閥能量不應(yīng)超過GB/T 3836.1—2021 中6.6.2 條規(guī)定的限值。

4）光輻射電磁波。防爆AGV 車輛激光傳感部件、紅外傳感部件和LED 燈源產(chǎn)生的光輻射功率或光輻照度不應(yīng)超過GB/T 3836.22—2017《爆炸性環(huán)境 第22 部分：光輻射設(shè)備和傳輸系統(tǒng)的保護措施》中5.2 條規(guī)定的限值，或者部件滿足帶聯(lián)鎖裝置的光學(xué)系統(tǒng)（op sh）的要求。

5）超聲波。防爆AGV 車輛超聲傳感器產(chǎn)生的超聲波輸出參數(shù)不應(yīng)超過GB/T 3836.1—2021 中6.6.3 條規(guī)定的限值。

6）靜電。防爆AGV 車輛非金屬材質(zhì)車輪和車體部件在一定速度下運行產(chǎn)生的靜電預(yù)防措施主要分為2 種[3，8]：（1）避免靜電的產(chǎn)生和積聚，非金屬材料車輪和車體結(jié)構(gòu)的表面電阻小于109Ω 且車輛所有導(dǎo)電部件等電位連接可靠；（2）不成為有效點燃源的措施，控制車輛運行速度，例如車輛運行速度不大于6 m/h 或者加裝靜電接地帶。

7）整車溫升。防爆AGV 車輛整車功能完備后，應(yīng)按照GB/T 19854—2018 溫升試驗的要求對電機、所有電氣部件、蓄電池組、制動器、減速機等部位進行最高表面溫度測試，以確定整車防爆溫度組別。

2 防爆AGV 車輛合格評定模式與防爆性能檢驗

2.1 合格評定現(xiàn)狀與分析

按照ISO《認(rèn)證的原則與實踐》，國際上通用的產(chǎn)品認(rèn)證模式分為第1 種型式試驗、第2 種型式試驗＋認(rèn)證后監(jiān)督（市場抽檢）、第3 種型式試驗＋認(rèn)證后監(jiān)督（工廠抽檢）、第4 種型式試驗＋認(rèn)證后監(jiān)督（市場和工廠抽檢）、第5 種型式試驗＋工廠質(zhì)量體系評定＋認(rèn)證后監(jiān)督、第6 種工廠質(zhì)量體系評定＋認(rèn)證后的質(zhì)量體系復(fù)查、第7 種批量檢驗和第8 種100%檢驗8 種模式[9]。當(dāng)前我國防爆AGV 車輛標(biāo)準(zhǔn)主要涉及GB/T 3836 系列防爆基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 19854—2018、GB/T 37669—2019 防爆車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。防爆AGV 車輛使用的防爆電氣設(shè)備部件目前納入3C 強制認(rèn)證管理，屬于第5 種認(rèn)證模式。我國防爆AGV 車輛的防爆合格評定以型式試驗并取得防爆合格證為主，屬于第4 種認(rèn)證模式。在歐洲，防爆AGV 車輛作為成套防爆設(shè)備，與防爆電氣設(shè)備、非電氣防爆設(shè)備一樣要符合歐盟CE 認(rèn)證防爆ATEX 指令（2014/34/EU）要求，并取得ATEX 防爆認(rèn)證，屬于第5 種認(rèn)證模式。該認(rèn)證模式除了型式試驗和獲證后監(jiān)督外，還對工廠質(zhì)量體系進行檢查評定和復(fù)查，是國際上保障產(chǎn)品質(zhì)量和安全可信度最高的一種認(rèn)證模式。

因此，我國防爆AGV 車輛的合格評定模式與國際上信任度最高的模式還存在一定差異。此外，現(xiàn)有合格評定機構(gòu)對防爆AGV 車輛防爆合格證檢驗的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和非電氣點燃危險評定存在一定的差異，也未對防爆AGV 車輛制造企業(yè)實施有效的證后監(jiān)督。鑒于防爆AGV 車輛的特殊危險性，建議采用基于產(chǎn)品型式試驗、工廠審查和證后監(jiān)督的模式，以此保障和提升我國防爆AGV 車輛的質(zhì)量水平與國際競爭力。

2.2 防爆性能檢驗與合格評定流程

依據(jù)防爆AGV 車輛點燃危險與防爆技術(shù)要求，參照國際通用認(rèn)可度最高的產(chǎn)品合格證評定模式，建立防爆AGV 車輛防爆性能檢驗與合格評定流程，如圖2 所示。

圖2 防爆AGV 車輛防爆性能檢驗與合格評定流程

2.3 防爆關(guān)鍵技術(shù)檢驗與評定

●2.3.1 電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫

電氣設(shè)備和元件產(chǎn)生的火花和高溫需要通過以下幾方面進行檢驗：1）防爆電氣部件有效性核查。已取證的防爆電氣部件，核查3C 認(rèn)證證書或防爆合格證與產(chǎn)品實物的真實性，且防爆級別和溫度組別不低于整車防爆級別和溫度組別。2）未取證的防爆電氣部件按照GB/T 3836 系列標(biāo)準(zhǔn)進行相應(yīng)防爆類型的檢測和評定。3）最高表面溫度按照所有防爆電氣部件最低的溫度組別作為電氣部件溫度組別。4）防爆電氣部件和電氣線路的安裝符合GB/T 3836.15—2017《爆炸性環(huán)境 第15 部分：電氣裝置的設(shè)計、選型和安裝》的要求。5）核查電氣系統(tǒng)過載保護裝置的有效性。

●2.3.2 機械運動產(chǎn)生的摩擦火花和熱表面

防爆AGV 車輛機械摩擦火花和熱表面危險的評定需綜合機械部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計、技術(shù)資料和相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)，并按照GB/T 3836.28—2021《爆炸性環(huán)境第28 部分：爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備 基本方法和要求》和GB/T 3836.34—2021《爆炸性環(huán)境 第34 部分：成套設(shè)備》的思路進行系統(tǒng)的非電氣點燃危險辨識與評定來確定防爆級別和溫度組別[7]，評定示例見表2。

表2 防爆AGV 車輛非電氣點燃危險評定（示例）

●2.3.3 射頻和光輻射電磁波與超聲波

防爆AGV 車輛射頻和超聲波輻射安全性能檢驗方法主要是核查傳感器件、通信器件的規(guī)格書射頻閥功率參數(shù)和超聲波輸出參數(shù)是否滿足相應(yīng)防爆類別和級別的限值，并在防爆AGV 車輛設(shè)計圖紙資料中規(guī)定所配置的傳感器件、通信器件的型號規(guī)格。必要時按照相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進行射頻輻射和超聲波輻射參數(shù)測試予以確認(rèn)。防爆AGV 車輛光傳感部件、紅外傳感部件和LED 燈源產(chǎn)生的光輻射安全性能檢驗方法則按照GB/T 3836.22—2017 的規(guī)定進行測試予以確認(rèn)。

●2.3.4 靜電

防爆AGV 車輛防靜電安全性能檢驗主要包括：1）通過技術(shù)資料核查非金屬部件材料的表面電阻是否超過109Ω，必要時按照GB/T 3836.1—2021 中26.13條的測定方法進行驗證。2）對于非金屬部件材料的表面電阻大于109Ω 的零部件，則應(yīng)核查材料是否滿足GB/T 3836.1—2021 中7.4.2 條和7.4.3 條的其他規(guī)定。3）檢查車輛所有導(dǎo)電部件等電位連接是否可靠，要求車輛上所有大于100 cm2的金屬部件應(yīng)連接到車架上保持可靠等電位連接。4）整車接地性能檢驗。按照GB/T 19854—2018 中5.3 條的方法對車輛接地性能進行整體測試，車輛上所有的金屬部件對地電阻不大于106Ω 即為合格。對于AGV 車輛運行速度不大于6 m/h 的則加裝靜電接地帶即可，對于Gb/Db 防爆保護級別的車輛則要求加裝2 條靜電接地帶。

●2.3.5 整車溫升

防爆AGV 車輛整車溫升試驗需對電動機、電池組、制動器、減速箱軸承及其他任何可能產(chǎn)生過熱危險的表面等部位按照GB/T 19854—2018 規(guī)定的循環(huán)路徑試驗方法進行測試，試驗循環(huán)路徑如圖3 所示。當(dāng)測量的溫度上升不超過2 K/h 或者在達(dá)到最高表面溫度之前車輛溫度監(jiān)控裝置已動作時的測量溫度經(jīng)修正后作為車輛最高溫度。

圖3 防爆AGV 車輛溫升試驗循環(huán)路徑

圖3 防爆AGV 車輛溫升試驗循環(huán)路徑（續(xù)）

3 結(jié)論

1）防爆AGV 車輛防爆性能的設(shè)計和型式試驗應(yīng)系統(tǒng)地從電氣點燃源、機械點燃源、靜電點燃源、射頻電磁波點燃危險源、光輻射電磁波點燃危險源和超聲波點燃源6 個方面進行點燃危險辨識、評定和防爆性能檢驗。

2）防爆AGV 車輛電氣部件防爆技術(shù)比較成熟，非電氣防爆點燃危險的評定還存在一定主觀性，檢驗機構(gòu)應(yīng)結(jié)合防爆AGV 車輛的結(jié)構(gòu)特征系統(tǒng)地按照GB/T 3836.28—2021 的方法進行點燃危險分析和評定。防爆AGV 車輛導(dǎo)向系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)，除了射頻電磁波、光輻射電磁波和超聲波發(fā)射功率參數(shù)滿足相應(yīng)防爆級別限值外，其電氣線路的安裝也應(yīng)符合防爆要求。

3）防爆AGV 車輛屬于爆炸性環(huán)境用成套工業(yè)設(shè)備，鑒于防爆AGV 車輛的特殊危險性，建議按照ISO第5 種合格評定模式開展防爆AGV 車輛的型式試驗、工廠檢查和獲證后的監(jiān)督，以更好地促進和提升我國防爆AGV 車輛的質(zhì)量與安全性能。

4）目前防爆AGV 車輛的防爆保護級別僅達(dá)到Gb/Db 和Gc/Dc 保護級別，作為動力系統(tǒng)用防爆電池組的設(shè)計和檢驗應(yīng)嚴(yán)格滿足GB/T 3836.1—2021 的通用要求和相應(yīng)防爆型式的附加要求。