井下防爆装载机对发动机尾气的排放温度及发动机各部件表面温度都有严格要求，特别

要求发动机排气管表面温度不能超过 150℃，否则会引起粉尘爆炸，导致安全事故。我们针对井下防爆装载机发动机排气冷却系统存在的问题进行了改进。

1. 冷却原理及存在问题

目前井下防爆装载机发动机排气冷却系统有 2 种方式：一种是自然循环冷却，另一种是强制循环冷却。

（1）自然循环排气冷却方式

自然循环排气冷却方式是利用热水上浮、冷水下沉原理，使散热系统内冷、热水自然循环，以降低发动机的排气管温度。该种井下防爆装载机所装发动机冷却系统与排气冷却系统为 2 个独立系统，排气冷却系统由补水箱 1、排气歧管 2、排气弯管 3、尾气水洗箱 4 组成，如图 1 所示。

排气歧管 2、排气弯管 3 中设置有冷却水管道，内部充满冷却水，排气歧管 2 与发动机机体连接，排气弯管 3 与排气水洗箱连接。发动机排出的尾气经过排气歧管 2、排气弯管 3、尾气水洗箱 4 排放到大气中。尾气水洗箱 4 存有大量冷却水，尾气排放过程中部分水被发动机尾气带到大气中，再通过 e3 ～ e4 的管路由补水箱 1 给尾气水洗箱 4 进行补水。高温尾气对排气歧管 2、排气弯管 3 加热，再通过其管中的冷却水进行冷却，冷却水温度升高后，根据冷水下沉、热水上浮原理，补水箱中的冷却水通过 e1 ～ b1 管路和 e2 ～ b3 管路流入排气歧管 2、排气弯管 3 中，冷却水与排气歧管 2、排气弯管3 中热水进行热交换，以降低排气歧管 2、排气弯管 3 表面温度。

该种排气冷却方式结构简单，但散热效果不佳，要求补水箱容积大、且处于通风位置，以利于箱体散热，这样才能使冷却水进行充分交换，满足散热要求。

（2）强制循环排气冷却方式

强制循环方式是利用发动机水泵和风扇 ,通过增加散热器面积以释放排气管发出的热量，发动机散热与排气冷却共用 1 种冷却液，如图 2所示。

补水箱 1 中的冷却液在发动机水泵作用下循环，对发动机机体进行冷却，其冷却原理同常规工程机械发动机冷却原理相同。从发动机机体流出的冷却液一路进入散热器进行散热，另一路对排气冷却系统进行冷却。

发动机尾气经过排气歧管 4、排气弯管 5、尾气水洗箱 6 排放到大气中。冷却液经过排气歧管 4、排气弯管 5、尾气水洗箱 6 后，经 b3～ e2 管路流经补水箱形成循环，使排气支管 4及排气弯管 5 的表面温度降低，将排气系统冷却。尾气水洗箱 6 的水依然需被消耗，并通过 e3 ～e4 管路从补水箱 1 补水。当补水箱水位低于一定液面位置时，水位报警指示灯亮起，需对补水箱进行补水。

该种排气冷却方式冷却效果较好，但存在以下 3 个问题：一是补水箱与发动机共用冷却液，冷却液排放到空气中，造成发动机内的冷却液不断减少，若不及时补充冷却液，会导致发动机因缺少冷却液而发热；二是排气散热与发动机机体散热共用 1 个散热器，散热器散热面积要足够大，风扇的散热效果要非常好，给整机的布局及风扇的选型造成一定困难；三是冷却液一般为防冻液，防冻液不断流失，需要不断补充，因此增加了成本。若使用普通水进行冷却，容易造成散热器堵塞。

2. 改进方法

我们认为，采用发动机机体散热与排气冷却系统分开散热比较经济。故在排气冷却系统中增加副水泵对排气冷却系统的冷却水进行强制循环，以改善排气散热效果，并由副水泵为尾气水洗箱补充消耗掉的冷却水量。改进后的排气冷却系统如图 3 所示。

我们利用发动机压缩机气泵带动副水泵 , 补水箱 1 的冷却液在副水泵的作用下，流经排气歧管 4、排气弯管 5，经 b3 ～ e2 管路流回补水箱 1。尾气经过排气歧管 4、排气弯管 5、排气水洗箱 6 过程中被冷却。这样冷却水在排气歧管 4、排气弯管 5 中不断循环并进行热交换，以降低排气支管 4、排气弯管 5 的表面温度。

尾气水洗箱 6 的水被尾气带到大气中后，通过管路 e3 ～ e4 补水箱 1 对尾气水洗箱 6 进行补水。当补水箱 1 水位低于液面规定位置时，水位报警指示灯亮起，补水箱 1 需进行补水。

3. 改进效果

对井下防爆装载机发动机排气冷却系统改进后，尾气处理净化系统与散热系统分开单独控制，解决了散热器空间布置空间较大和散热器容易堵塞问题。单独设置水泵，并采用独立散热系统，使排气歧管及排气弯管的表面温度降低到 150℃以下，满足井下防爆温度要求。

作者：张云雷 王庆

来源：《工程机械与维修》2018年第3期