自行走剪叉式高空作业平台车防爆设计

・防爆产品・　自行走剪叉式高空作业平台车防爆设计　自行走剪叉式高空作业平台车防爆设计　李　瑞　（南阳防爆电气研究所，河南南阳４７３００８）　［关键词］危险场所；自行走；剪叉式高空作业平台车；防爆设计　［摘　要］介绍了一种自行走剪叉式高空作业平台车结构、工作原理、在危险场所使用的　潜在危险，并详细论述了其防爆设计要点。　［中图分类号］ＴＥ９［文献标识码］Ａ［文章编号］１００４—９１１８（２０１７）ｏｌ一００３７—０４　ＤＯＩ：１０．１４０２３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｑｆｂ．２０１７．０１．Ｏ１１　Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ——ｐｒｏｏｆ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｅｌｆ——ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ　Ｓｈｅａｒｓ－—ｆｏｒｋ　Ｔｙｐｅ　Ａｅｒｉａｌ　Ｗｏｒｋ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｃａｒ　Ｌｉ　Ｒｕｉ　（Ｎａｎｙａｎｇ　Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ，４７３００８）　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｓｅｌｆ—ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ；ｓｈｅａｒｓ—ｆｏｒｋ　ｔｙｐｅ　ａｅｒｉａｌ　ｗｏｒｋ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｃａｒ；ｅｘ—　ｐｌｏｓｉｏｎ——ｐｒｏｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｈａｚａｒｄｓ　ｉｎ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ—ｐｒｏｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ—ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ　ｓｈｅａｒｓ—ｆｏｒｋ　ｔｙｐｅ　ａｅｒｉａｌ　ｗｏｒｋ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｃａｒ．　０引言　自行走剪叉式高空作业平台车由升降机构和　自行式承载底盘组成，有作业平台操作和地面操　作两个操作台。在作业过程中，作业平台上的工　１　主要部件结构及工作原理　本次设计的剪叉平台车作业高度８～１２　Ｉｌｌ，　由蓄电池供电，牵引电机带动液压泵完成两部分　功能，一是工作平台的升降，二是承载底盘的行　驶。该剪叉平台车主要由底架、驱动装置、行驶装　置、工作平台、剪叉臂、操作装置、液压系统、电气　系统等组成。　作人员通过作业平台操作台既可以升降机构，又　能移动承载底盘，实现连续作业，避免因更换工作　地点导致工作人员频繁上下工作平台而浪费时　间。自行走剪又式高空作业平台车近年来在高空　维修作业中受到青睐，但是石油化工厂、西气东　输、飞机检修厂等可能有危险气体泄漏的危险场　所，如果使用普通平台作业车，其电气、非电火花　可能会点燃危险气体，引起爆炸危险，随着国家对　安全生产越来越重视，设计防爆自行走剪叉式高　空作业平台车成为一种迫切需要。　底架由高强度钢板制成，底架靠４个轮胎支　撑，设置了行驶、转向等装置。电机、蓄电池、液压　油箱、下部操作装置、液压泵、液压阀、控制部件等　均设置在底架上。　液压驱动装置由电机、液压泵、换向阀、油箱　等组成。液压动力是通过联轴器与液压泵连接把　电机的动力传给液压泵，产生的油压通过换向阀　［收稿日期］２０１７—０１—２１　［作者简介］李瑞（１９７６～），女，主要从事防爆电气产品设计工作。　一３７—　《电气防爆》２０１７年３月　第１期　传到各个液压执行元件（油缸和马达）上进行作　业，作业完成后液压油经回油管路流回油箱。　行驶装置由液压马达、液压制动器、轮胎、转　向油缸等组成。通过液压马达将动力传给轮胎实　现行走，车辆通过液压制动器实现制动。　工作平台是承载维修作业人员的，一端与剪　叉臂末端固定，另一端通过滑块与剪叉臂相对滑　动。剪叉臂由１６Ｍｎ钢管组成，通过销轴互相依　次连接，通过一根举伸油缸的伸缩来控制剪叉臂　的升降。　操作装置有上、下两个操作台，分别是作业操　作台和地面操作台。地面操作台有电源总开关、　选择上部／下部操作钥匙开关、紧急停止开关和剪　叉臂升降开关。其中上下部操作选择开关，在中　位时，电气系统处于锁定状态；开关在下部时，只　能在下部操作台操作；开关在上部时，只能在作业　台操作台操作，可防止误操作。作业操作台上有　比例手柄、喇叭开关、紧急停止开关、行走／转向和　剪叉升降切换开关、行走高速开关以及显示仪表　等。比例手柄配合行走／转向、剪叉升降切换开关　使用，可分别完成整车前进、后退、左右转向和剪　叉臂升降。显示仪表用于显示电量和故障代码。　液压系统是剪叉平台的动力中心，由液压泵、　液压油箱、液压油缸、液压马达、液压控制阀、液压　制动器及管路、接头、过滤器等组成。整机采用交　流电机驱动齿轮泵为所有动作提供液压动力，通　过液压油缸和液压马达驱动剪叉臂的升降、车辆　的行走、转向、制动等动作。　电气系统是剪叉平台的指挥中心，主要有蓄　电池组、交流变频牵引电机、电机控制器、ＥＣＵ行　车主控制器、电磁阀、声光报警器、喇叭、倾角传感　器、限位开关、钮子开关、钥匙开关、急停开关、比　例手柄、ＣＡＮ总线信号输入和其他控制电气等。　电机采用交流驱动系统，通过电机控制器对交流　变频电机进行速度和扭矩控制，主控制器和电机　控制器采用ＣＡＮ—ＢＵＳ总线通讯，主控制器为整　机ＣＡＮ—ＢＵＳ控制系统的主节点控制器，根据实　际作业情况，实现电机速度和扭矩控制、动作控　制、安全保护控制、故障诊断等功能。　２防爆设计要点　在进行防爆设计前，首先确定使用的危险场　所一般是具有ⅡＡ、ⅡＢ类，Ｔ１～Ｔ４组危险气体的　１区或２区场所¨　；其次，分析剪叉作业车在具　有爆炸性气体混合物存在的危险场所中可能出现　引燃危险气体的危险因素，主要有电气系统中可　３８一　能出现的电火花、表面高温，非电系统上可能出现　的静电危险、高温表面、机械碰撞、摩擦火花等，在　设计时主要从这些方面着手，使整车符合ＧＢ　１９８５４－－２００５　－ｓ　Ｊ的相关要求。　２．１　电气系统防爆设计　电气系统防爆设计时应考虑以下两个方面：　首先是电气部件要满足ＧＢ　３８３６系列标准的要　求；其次，剪叉平台车是一个小型的系统，电气部　件较多，还要考虑到电气部件的安装布线要符合　ＧＢ　３８３６．１５—２Ｏ００　的相关规定。　剪叉平台车为电驱动车辆，电源装置供电。　在设计时，使用于１区、２区场所剪叉平台车的电　源装置的防爆型式不同，用于１区的车辆蓄电池　组采用特殊型铅酸蓄电池组，而２区车辆使用的　是增安型蓄电池组，其余电气部件都按１区车辆　的要求，提高通用性。　之所以电池设计不同，主要是我国标准规定　增安型铅酸蓄电池不能使用于１区危险场所，但　特殊型铅酸蓄电池在使用中有两个问题，一是体　积大，笨重；二是放电性能不好，因此在２区车上　采用了既能满足使用场所安全需要，又能保证续　航里程的体积相对小巧的增安型铅酸蓄电池。　电源装置无论采用特殊型还是增安型，箱体　结构的设计要求类似，电池箱采用碳钢钣金焊接，　内外表面喷塑处理，可有效防止电解液对内表面　的腐蚀。电池箱同样有通风孔，防护等级为　ＩＰ２３，箱盖在装配状态下与水平方向有５。夹角，箱　底有排液孔，保证氢气不能积聚。箱体、箱盖采用　内六角紧固螺栓紧固，非专用工具不能随意打开。　单体电池问以及电池与电池箱之间均有耐酸绝缘　隔离板，极柱间爬电距离不小于３５　ｍｍ。电源引　出线通过隔爆型电缆连接器引出，电缆连接器为　单极插头插座，固定在电池箱体上，正负极电缆连　接器通过颜色不同区分，防止误差。不同的是特　殊型箱盖能承受７５　Ｊ的机械冲击试验。　特殊型电源装置应符合ＧＢ　１９８５４－－２００５附　录Ｂ的要求，单体电池为２　Ｖ，本车设计电源装置　为２４　Ｖ，因此为１２节单体电池串联。单体电池　有双极柱，即两个正极柱和两个负极柱，每个极柱　都能单独承受规定的回路电流；有特殊排气栓，并　且排气栓有可靠的隔爆性能。电源装置内部连接　导线和电源引出线都采用双线连接，每根连接导　线都能单独承受规定的回路电流。　增安型电源装置符合ＧＢ　３８３６．３＿－２０１０＿６　的　要求，电池采用美国Ｔｒｏｊａｎ铅酸蓄电池，单体电池　６　Ｖ，４节串联。电池盖和电池槽以及每个极柱都　・防爆产品・　自行走剪叉式高空作业平台车防爆设计　密封良好，有效防止电解液泄漏，电池内部有足够　空间，可以防止因电解质膨胀和悬浮体沉淀造成　的电解液溢流，正负极板支撑牢固，电池能承受　ＧＢ／Ｔ　２４２３．５—１９９５规定的半正弦脉冲冲击试　验。单体电池之间的连接对防止点燃源出现也非　常重要，铜质终端和汇流排浇铸成一体，然后用螺　栓紧固到铸在极柱上的铜接头上，并且接头裸露　带电部件用ＰＰ材质端盖保护，有效防止连接件　松动、短路引起的电气火花、高温等。　无论是１区车辆还是２区车辆，设计时充电　器均不随车安装，且不能在危险场所充电。　上、下操作台的急停开关、下部操作台上的选　择上部／下部操作钥匙开关、剪又臂升降开关以及　车身上的坑洞保护行程开关、剪又臂上的上下限　限位开关等，都是无源干触点，比例手柄为电阻信　号，内部均无任何储能元件，属于ＧＢ　３８３６．４—　２０１０规定的简单设备，直接配用隔离栅，即可构　成本安系统。　在进行第一代作业平台车防爆设计时，作业　操作台上的电气元件，如显示仪表和比例手柄、喇　叭开关、紧急停止开关、行走／转向和剪叉升降切　换开关、行走高速开关等未作整体考虑，显示仪表　按隔爆型设计，比例手柄和其他开关量各自组成　独立的本安系统，这样，因为隔爆箱重量稍大，使　用隔离栅较多，操作台稍显笨重，成本也较高。第　二代作业平台车作业操作台电气整体按本安型系　统设计。操作台上无论是信号输入还是数据显示　均是通过ＣＡＮ总线和ＥＣＵ行车控制器相互通　信，因此设计了信号输入本安板，用于和比例手柄　及各种开关输入信号相连；设计了数码显示本安　板用于数据显示，还设计了两块独立的本安电源　及ＣＡＮ总线接口板，分别作为信号输入本安板和　数码显示本安板的本安关联设备，组成本安系统。　两块本安电源及ＣＡＮ总线接口板设计完全　一样，均包含一路本安电源和一路ＣＡＮ总线隔离　收发电路。本安电源从蓄电池取２４　Ｖ电，经降压　后一路经ＬＭ２５９６开关电压调节器输出＋５　Ｖ，一　路经隔离电源模块ＷＲＦ１２０９Ｓ一３ＷＲ２Ｓ隔离输　出，然后经过快速熔断器，稳压管、限流电阻构成　的限流限压环节，成为本安电源，　为６．９３　Ｖ，　供给信号输入本安板和数码显示本安板。　ＷＲＦ１２０９Ｓ一３ＷＲ２Ｓ隔离耐压３　０００　Ｖ，能经承受　ＧＢ　３８３６．４＿２０１０ｌ　中１０．３条规定的介电强度试　验的考核。熔断器分断能力１　５００　Ａ，按ＧＢ　３８３６．４—２０１０中１０．８条进行熔断试验时５０　ｓ内　速断。稳压管双重化、功率至少为齐纳状态下齐　纳耗散功率的１．５倍，能承受ＧＢ　３８３６．４＿２０１Ｏ　中１０．８条的矩形脉冲试验，试验前后稳压值变化　不超过５％。限流电阻选用绕线型电阻，其额定　功率至少是正常工作时或ＧＢ　３８３６．４　０１０中　５．３规定的故障状态下的功率的１．５倍。危险区　和安全区两侧的ＣＡＮ信号通过ＣＡＮ总线隔离收　发器进行隔离，ＣＡＮ总线隔离收发器耐压　２　５００　Ｖ。　喇叭开关、紧急停止开关、行走／转向和剪叉　升降切换开关、行走高速开关和比例手柄与信号　输入本安板接口相接，信号分别经隔离光耦，运放　进入自带ＣＡＮ控制器的ＡＴ９０ＣＡＮ１２８单片机，经　单片机处理后通过接口和本安电源板上的ＣＡＮ　总线隔离收发器相连。此电路板电源来自本安电　源板，内部电容电感满足ＧＢ　３８３６．４＿２０１０要求。　数码显示本安板设计和信号输入本安板类　似，同样，数码显示管经ＡＴ９０ＣＡＮ１２８单片机处　理后和ＣＡＮ总线隔离收发器通讯。电源也取自　其相配的本安电源板。内部电容电感满足ＧＢ　３８３６．４—２０１０要求。　剪叉平台车的主要电气部件还包括交流变频　牵引电机、声光报警器、电源总开关、电磁阀、喇叭　等，分别选用适用的隔爆型、浇封型等防爆产品，　此处不再赘述。　除此之外，控制电器例如断路器、接触器、继　电器、电机控制器、ＥＣＵ行车控制器、倾角传感　器、隔离栅，以及本安电源及ＣＡＮ总线接口板都　安装在隔爆型电气控制箱内。电机控制器有散热　要求，因此其散热器一定要紧贴隔爆箱壁安装，并　且箱壁加工时要保证粗糙度，并涂高导热率导热　硅脂，减小热阻，提高散热能力。在隔爆箱内，隔　离栅、本安电源及ＣＡＮ总线接口板的安装布置要　注意本安端子和非本安端子间距不小于５０　ｍｍ，　本安导线和非本安导线分开扎捆走线，本安线芯　与非本安线芯不能在同一根电缆里。　３．２非电系统防爆设计　剪叉平台车为电驱动车辆，元座椅，无离合　器，结构相对简单，而且行驶速度低，最高只有　３．５　ｋｍ／ｈ，所以防爆设计相对也简单。为了防止　出现静电火花，整车底架、剪叉臂、作业平台均采　用金属材料，车辆上所有金属部件与车架固定牢　固，设置有静电释放装置，对地电阻不大于１　Ｍｎ。　适当增大油箱散热面积，定期更换液压油及液压　系统滤芯，防止液压系统出现高温。刹车采用液　压盘式制动，制动盘腔体充满油，剪又臂保证润　滑，避免出现高温及摩擦火花。　～３９—　《电气防爆》２０１７年３月　第１期　３　结束语　自行走剪叉式高空作业平台车是一个小型的　系统，包含部件较多，在防爆设计时综合运用了隔　爆、增安、本安、浇封等电气防爆技术以及非电气　防爆技术，使整车满足ＧＢ　１９８５４－－２００５的有关要　求。防爆自行走剪叉式高空作业平台车的研制不　仅为在具有ⅡＡ类、ⅡＢ类，Ｔ１～Ｔ４组危险气体　的１区或２区场所高空维修作业带来了便利，同　时也保证了安全生产。　参考文献　［１］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　国标准出版社，２０１１：８．　［３］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境用工业车辆防爆技　术通则：ＧＢ　１９８５４－－２００５［Ｓ］．北京：中国标准出版社，　２００６：７．　［４］国家质量技术监督局．爆炸性气体环境用电气设备第　１５部分：危险场所电气安装（煤矿除外）：ＧＢ　３８３６．　１５＿２ｏ００［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００１：６．　［５］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性气体环境用电气设备　第９部分：由浇封型“ｍ”保护的设备：ＧＢ３　８３６．９ｍ　２０１４［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１５：１０．　［６］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境第３部分：由增安　型“ｅ”保护的设备：ＧＢ　３８３６．３＿２Ｏ１０［ｓ］．北京：中国　标准出版社，２０１１：８．　［７］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境第４部分：由本质　家标准化管理委员会．爆炸性环境第１部分：设备通　用要求：ＧＢ　３８３６．１—２０１０［Ｓ］．北京：中国标准出版　社，２０１１：８．　［２］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境第２部分：由隔爆　外壳“ｄ”保护的设备：ＧＢ　３８３６．２—２０１Ｏ［ｓ］．北京：中　安全型…ｉ’保护的设备：ＧＢ　３８３６．４＿２叭０［Ｓ］．北京：　中国标准出版社，２０１１：８．　※※※※※※※※※※※※※※※－※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※　（上接第３６页）　电池容量，电荷累计就是将实时的工作电流与放　电时间　进行积分，此值可以反映电池放电消耗　外壳“ｄ”保护的设备：ＧＢ　３８３６．２一－２０１０［Ｓ］．北京：中　国标准出版社，２０１　１：８．　［３］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　的能量。如果只是利用电荷累计的方法计算，其　精度不是很精确，因为还需考虑电池的自放电、电　池充放电效率、温度等因素。此外还采用开路电　压法来补偿电荷累计的误差，最终根据实际测试　家标准化管理委员会．爆炸性环境第１４部分：场所分　类：ＧＢ　３８３６．１４—２０１０［Ｓ］．北京：中国标准出版社，　２０１５：１０．　［４］国家质量技术监督局．可燃性粉尘环境用电气设备　第１部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备第　１节：电气设备的技术要求（ｉｄｔ　ＩＥＣ　６１２４１—１—１：　１９９９）：ＧＢ　１２４７６．１＿２ｏ００［Ｓ］．北京：中国标准出版　社，２００１：７．　数据在程序上进行相关修正，使得电池容量估算　误差可达到４％。　５　结束　本电池管理系统以ＳＴＣ１２Ｃ５６单片机为核心，　实现对电池组充放电电流、电池组单节电池电压以　及温度的采集，并能够监测每一节电池的状态，具　有七种异常保护功能，使电池组得到最大程度的保　护，同时也能延长电池组的使用寿命，最主要的是　可以为井下后备电源提供安全、可靠的保障。　参考文献　［５］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．可燃性粉尘环境用电气设备　第３部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类：　ＧＢ　１２４７６．３＿２００７［Ｓ］．北京：中国标准出版社，　２００７：９．　［６］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．外壳防护等级（ＩＰ代码）：ＧＢ　４２０８－－２００８［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００９：１．　［７］郑杭波．新型电动汽车锂电池管理系统的研究与实现　［Ｄ］．北京：清华大学，２００４．　［１］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境第１部分：设备通　用要求：ＧＢ　３８３６．１　０１０［Ｓ］．北京：中国标准出版　社，２０１１：８．　［８］何明刚，李长录，杨晓丹，等．煤矿井下监控系统后备　电源用锂电池管理系统［Ｊ］．煤矿安全，２０１２，４３（５）：　６０—６１．　［９］黄文华，韩晓东，陈全世，等．电动汽车ＳＯＣ估计计算　［２］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国　家标准化管理委员会．爆炸性环境第２部分：由隔爆　法与管理系统的研究［Ｊ］．汽车工程，２００７，２９（３）：　１９８—２Ｏ２．　－．———４０．．．——