高原隧道工程机械尾气排放现场测试研究冯国胜.pdf

Test and Research工程机械第 41卷 2010 年 11月试验·研究高原隧道工程机械尾气排放现场测试研究*冯国胜，贾素梅，赖涤泉（石家庄铁道学院机械分院）* 基金项目：铁道部科技攻关资助项目（ F2007000428）作者简介：冯国胜（ 1962—），男，教授，博士，主要研究方向：发动机电控技术 为加快我国西部地区的发展，高海拔地区出现了一大批拟建或在建的特长铁路 、公路隧道 随着海拔高度的增加，空气中的含氧量明显减少，导致各种工程机械的燃油燃烧不充分，废气排放量成倍增加，危害人体健康和行车安全 通风设计是保证隧道营运安全和施工的关键，隧道内通风的主要目的是稀释工程机械排放出的一氧化碳（ CO）和烟雾为主的有害气体[1-2]隧道通风的主要任务就是用新鲜空气稀释一氧化碳（ CO）和烟雾，以保证隧道内的卫生条件和行车安全 隧道内有害气体的排放量是整个隧道通风设计的基本依据 目前国内外均以海拔 400 m为基准高度，进行有害气体排放量的计算，大于海拔 400 m的基准高度时，则乘以一个大于 1 的系数进行修正，这个系数称为 “海拔高度修正系数 ”[3]现行规范给出了海拔 0～2 400 m范围内的海拔高度修正系数，且认为当海拔大于 2 400 m时，系数可按直线延伸取值[4]。

但实际情况表明：当海拔大于 2 400 m时，该系数按照线性延伸取值与实测结果存在很大的差距，不能反应真实的有害气体排放情况 在西（宁）格（尔木）线中国铁路第一长隧 ———关角隧道的修建中，中铁十六局集团和中铁隧道集团使用的工程机械主要包括多种型号的挖掘机 、装载机和自卸汽车 在海拔 3 600 m 以上的高原隧道环境中，工程机械柴油机的环境温度 、环境湿度和大气压力与出厂标定时的工作环境相比，发生了较大变化 工作环境的改变导致柴油机的功率有所下降，排放指标明显增加 由于海拔高度修正系数对高海拔地区隧道通风量的影响呈几倍的倍率增长，有必要针对关角隧道进行海拔高度修正系数的实地测试，为高海拔地区特长铁路 、公路隧道的通风设计提供依据 1 测试仪器和测试内容测试中所用到的仪器有奥地利 AVL DiCom4000 汽 、柴油两用五气分析仪（测试前由河北省计量研究院进行了标定） 、美国复合气体分析仪 、美国LEVELCO分析仪 、万用表 、转速测量仪等 该试验主要测试工程机械内燃机尾气排放中的碳烟含量和一氧化碳（ CO）含量[5-7]，分别以不透光度 (%)和 CO体积分数 φCO（ ×10－6）表示 。

测试时，发动机启动后稳定到某一转速，约 5s 后待读数不出现大的跳动时，连续记下和转速对应的不少于 3 组的不透光度和消光系数测试数据，同时用CO测试仪测出该转速下的体积分数（ ×10－6）；该转速测试完成后，改变发动机转速，测试数据不少于 5 组，最高转速为发动机全负荷时的对应转速 测试装载机（挖掘机）时分为装渣 、举升和卸渣工况；测试自卸汽车时，自卸汽车装满渣以不大于 5 km/h 速度在隧洞中行驶，测量距离约为 80 m!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!"摘 要：高原隧道工程机械尾气排放 CO和烟雾的现场测试对隧道通风系统设计及隧道施工所需的挖掘机 、装载机和自卸汽车数量的匹配有重要的工程价值 以西格线中国铁路第一长隧 ———关角隧道为依托，进行了多种挖掘机 、装载机和自卸汽车 CO 与烟雾尾气排放的现场测试，测试结果为铁路 、公路隧道施工规范中 “海拔高度修正系数 ”在 3 600～3 800 m的范围内取值提供依据和参考 ,对我国在高原地区修建隧道有一定的参考作用 。

关键词：高原隧道；工程机械； CO；烟雾；现场测试26— —第 41卷 2010 年 11月工程机械Test and Research试验·研究图 2 装载机 CO 比排放随发动机转速变化的曲线图 1 装载机排放烟雾的平均不透光度值随发动机转速变化的曲线长 测试工况分为爬坡行驶和平地行驶 在不同工况同时测试排气管的烟雾值和 CO 排放体积分数φCO（ ×10－6）随转速（车速）的变化过程 在进行不同工程机械排放测试时，一名记录人员负责 AVLDiCom4000 仪器的不透光度和消光系数值记录，另外一名记录人员负责记录 CO的读数 每一工况测试完成后，立即汇总该次测试的数据，把两仪器测试数据对应存储 取同一转速下所记录排放数据的算术平均值 各种工程机械的烟雾 、CO随转速的变化曲线，在 MATLAB环境下编程绘出 2 测试结果与分析2.1 装载机测试结果使用奥地利 AVL DiCom 4000 汽 、柴油两用五气分析仪进行装载机烟雾测试 目前烟雾的单位采用光吸收系数 K 和不透光度值来表示 测试的装载机分别是柳工 ZL50C 型 、山工 ZL50F 型 、厦工XC955 型和厦工 ZL50 型 。

图 1 为综合多种装载机排放烟雾平均不透光度值随发动机转速变化的曲线 使用美国复合气体分析仪和美国 LEVEL CO分析仪进行装载机排放气体 CO含量测试 图 2 为厦工 XC955 型装载机 CO 比排放随转速变化的曲线[8]2.2 挖掘机测试结果本次测试的挖掘机有 PC200 和 PC130 两种型号，均为日本小松公司生产 图 3 为 PC130 型挖掘机排放烟雾平均不透光度值随发动机转速变化的曲线，图 4 为该挖掘机 CO比排放随发动机转速变化的曲线 2.3 自卸汽车测试结果在关角隧道的施工中，使用的自卸汽车种类比较多，主要车型有北方奔驰 2631、斯太尔王 290、金王子 266、东风 141、红岩 、斯太尔王 15T、陕汽重卡3254、陕汽奥龙等 图 5 为自卸汽车排放烟雾平均不透光度值随发动机转速变化的曲线，图 6 为自卸汽车 CO比排放随发动机转速变化的曲线 图 3 挖掘机排放烟雾平均不透光度值随发动机转速变化的曲线图 4 挖掘机 CO 比排放随发动机转速变化的曲线27— —Test and Research工程机械第 41卷 2010 年 11月试验·研究2.4 隧道内测试结果在关角隧道海拔高度 3 774 m 的 6 号斜井，测得正洞内掌子工作面 CO体积分数为 74×10－6。

掌子面附近 O2最低浓度时为 10.1%，平时在 13.5%左右 厦工 XC955 型装载机推渣 、装渣工况时，测得排气管出口处 CO体积分数为 392×10－6和 437×10－6装载机驾驶室窗户玻璃打开，装载机铲渣时， CO 体积分数在 62×10－6~90×10－6之间不断增高，稳定时的 CO体积分数为 82×10－6当装载机装渣举高铲斗时 CO 体积分数为 1 500×10－6，不透光度为39.7%金王子 266 型自卸汽车在洞内静止工况下平均不透光度值随发动机转速变化的曲线见图 7，CO体积分数随发动机转速变化的曲线见图 8在洞内 5％坡道上自卸汽车以最高车速 12 km/h 装载运行，跟踪测试 80 m，测得排气管出口处 CO 体积分数为 147×10－6，第一次测得平均不透光度为 3.0%，第二次测得平均不透光度为 6.7％2.5 测试结果分析2.5.1 转速对 CO的影响柴油机排放影响较大的运转因素有转速 、负荷 、进气状态及燃油品质等[9]由装载机 、挖掘机和自卸汽车 CO 浓度随转速的变化曲线可以看出：转速变化对 CO 排放的影响较大，随着转速的升高，CO排放量增加 。

这是因为：转速增高时充气系数降低，若在很短的时间内组织良好的混合气，较为困难，燃烧不易完善，因此 CO排放量增高 2.5.2 转速对碳烟的影响在转速较高时随着转速的提高，充量系数下降 当超过一定转速后，充量系数下降的速度加快 由于进气充量减少，实际空燃比减小，引起缺氧，由此碳烟的生成也随转速升高而增加 另外，转速升高后，每循环所占的时间减少，碳烟生成后，来不及烧掉就较多地排出机外，如图 1 中曲线所示，在超过某一转速后，随着转速升高，碳烟排放增加 图 5 自卸汽车排放烟雾平均不透光度值随发动机转速变化的曲线图 6 自卸汽车 CO 比排放随发动机转速的变化曲线图 7 自卸汽车洞内平均不透光度值随发动机转速的变化曲线图 8 自卸汽车洞内 CO 浓度随发动机转速的变化曲线28— —第 41卷 2010 年 11月工程机械Test and Research试验·研究随着转速的降低，充量系数先是上升，在某一转速之后，由于配气定时不适应而引起充量系数下降 另外，在转速较低时燃烧室内的气流运动较弱，特别是低到一定转速，混合气形成条件明显恶化，油气混合不均匀，热分层效应差，引起局部缺氧严重，都会造成碳烟生成量增加，如图 1 曲线所示，在转速低于某一转速后，随着转速降低，碳烟排放增加 。

3 结论本文通过在海拔 3 600 m以上的关角隧道施工现场进行的 4 种装载机 、2 种挖掘机和 8 种自卸车隧道内外的现场测试和数据分析，主要结论为：1） 实测的装载机 、挖掘机和自卸汽车的有害排放物 CO和烟雾数据为高原隧道通风系统设计提供了参考依据；2） 为铁路 、公路隧道施工规范中 “海拔高度修正系数 ”在 3 600～3 800 m的范围内取值提供了参考依据；3） 在海拔 3 600 m 以上的高原环境中，工程机械转速变化对 CO排放的影响较大，随着转速的升高， CO排放量增加 工程机械转速变化对碳烟排放的影响为：在某一转速碳烟排放最小，低于或高于该转速碳烟排放增加；4） 现场的环境测试表明：地面大气含氧量13.2%, 而斜井爆破出渣时，工作面含氧量降低至10%建议施工单位实施供氧预案，以保障作业人员的健康 参考文献[1] 赖涤泉 .隧道施工通风与防尘 [M].北京：中国铁道出版社， 1994.[2] TB10003—2005 铁路隧道设计规范（第 3 版） [S].[3] JTJ 026.1—1999 公路隧道通风照明设计规范 [S].[4] JTGD70—2004 公路隧道设计规范 [S].[5] 高占斌，张天野，陈辉 . 柴油机烟雾测量方法研究 [J].集美大学学报 (自然科学版 )， 2006（ 3）： 235-238.[6] GB 3847—2005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟雾排放限值及测量方法 [S].[7] GB17691—2005 车用压燃式 、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限制及测量方法 [S].[8] 张仕杰 . 高原特长隧道施工通风与环境控制技术研究[D].石家庄：石家庄铁道学院， 2008.[9] 刘巽俊 .内燃机的排放与控制 [M].北京 : 机械工业出版社 , 2003.通信地址：石家庄市北二环东路 17 号 石家庄铁道学院机械分院（ 050043） （收稿日期： 2010-06-24）振动筛是沥青混凝土搅拌设备的重要组成部分，其工作性能直接影响沥青混凝土搅拌设备的生产率和生产质量 。

目前振动筛的处理能力不足，筛分效率低等问题已经直接影响了沥青搅拌设备的生产能力和成品混合料的级配，因此对振动筛的研究分析很有必要[1-5]本文对沥青混凝土搅拌设备的多层直线振动筛进行运动分析和仿真，对其激振力和振幅均匀性的关系进行分析，这对于更好地发挥振动筛在沥青混凝土搅拌设备中的作用，提高沥青路面施工的质作者简介：李长欢（ 1985—），女，河北沧州人，在读硕士，研究方向：振动筛的动力学分析及优化设计 沥青搅拌设备振动筛振幅均匀性的仿真分析李长欢，孟彩茹，姚运仕（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!"摘 要：振动筛是沥青混凝土搅拌设备的重要组成部分，振幅均匀性是保证振动筛筛。