露天挖机阶段产尘凝胶-泡沫-水雾联控净除装备

本发明露天挖机阶段产尘凝胶-泡沫-水雾联控净除装备，涉及露天挖机采装作业中铲斗连续运动产尘控制领域。

背景技术：

1、大气污染防治是社会民众普遍关注的热点议题，为提高工业生产施工效率，在矿山、道路、市政等许多领域广泛采用挖机进行露天采挖运输作业，该过程中将伴随产生大量高浓度悬浮性粉尘。粉尘主要由挖机破碎装运煤/岩体时产生，铲斗的采挖(挖)、提拉(提)、转运(运)和放落(落)等动作会使得大量的粉尘向四周环境逸散，加之施工区域周期性自然环境风加剧了粉尘的立体弥散，造成挖机铲斗运动过程中扬尘空间大，污染范围广。尤其是铲斗附近的大量粉尘不断集聚，形成局部粉尘重污染，威胁着挖机驾驶员、矿卡驾驶员和周围作业人员健康。长期暴露于高浓度粉尘作业环境中，将诱发一线作业人员严重的群体性职业病，同时恶化作业环境影响作业效率。因而，对露天挖机在不同阶段产生的粉尘进行靶向防控尤为重要。

2、现阶段的露天挖机产尘主要发生在采装作业过程，在采装作业防尘问题上，通用的除尘方式有对煤堆预先喷水或添加剂溶液、挖掘过程中喷水除尘、挖机电铲安装喷雾洒水装置等。上述除尘方式对采装作业过程粉尘清除有一定效果，但水雾不能对运输过程中的浮尘进行覆盖包裹，造成运输过程中扬尘；同时，随着现场作业时间的增加，水分在空气中蒸发，使得喷水对煤块矸石等润湿效果产生较大削弱；长时间大范围对挖机作业区域进行喷水除尘，将造成大量的水资源浪费且提高了作业成本。现有的挖机施工点，各类除尘装置较为分散无法实现一体化成装；此外，除尘方式较为单一，无法更好适应单项机械在采装作业的具体产尘动作。针对露天挖机采装作业中的挖机产尘问题，围绕挖机的采挖、提拉、转运、放落等高频重复产尘动作，本发明提出了挖机阶段产尘凝胶-泡沫-水雾联控净除装备，其一体化集成于挖机本体，通过特别设计的除尘喷头和各项搭载于机身的装置配合，提供雾滴净化落尘、泡沫覆盖阻尘和凝胶渗透抑尘三种除尘模式，丰富实际作业过程中除尘方式，提高企业粉尘污染科技防治水平，有效降低挖机附近粉尘浓度，提高一线作业者工作效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了挖机阶段产尘凝胶-泡沫-水雾联控净除装备，实现联合式粉尘浓度监测、混合除尘基液制备、多阶段动态除尘的一体化集成，高效降低挖机铲斗附近粉尘浓度，提高对一线作业者的健康保护，降低露天环境的污染。

2、本发明在实现功能上包括联合式粉尘浓度监测、混合除尘基液制备和多阶段动态除尘三个模块：

3、第一模块，本发明采用了激光和磁感应联合监测挖机产生的粉尘，光磁联合式测尘台安装于挖机驾驶室的正前方下侧。

4、第二模块，本装备在除尘发泡基液制备过程中设计三罐式变压储液器、中空给液搅拌发泡器、压缩式辅助增压装置和发泡喷头自动找准等装置。

5、所述三罐式变压储液器主体部分包括储水罐、发泡剂添加罐和凝胶剂添加罐，罐体上方包括进水口、辅助进气口和三相增压调节阀等，罐体下部分为插槽式多级吸盘缓冲底盘。

6、特别的，罐体采用双层结构，内部覆盖防沾抗氧化喷层，减少添加剂对罐体的腐蚀，选用高弹抗疲劳压力膜将外输水和添加剂隔离，并通过形变调整添加剂罐内的压力，罐体外部开设透明可视液位观察槽，显示罐体内各类添加剂的液位情况。

7、优选的，所述三罐式变压储液器设有插槽式多级吸盘缓冲底盘，该装置包括放射状固定插条和联排式多级缓冲吸盘，配合在挖机后箱焊接预留的插条槽对罐体进行固定，吸盘高度略高于插条以收获更好的缓冲效果。

8、特别的，所述压缩式辅助增压装置，其连接在挖机的伸缩液压杆上，包括内嵌纤维网抗疲劳空气袋和单向空气阀，依靠液压杆的往复式运动，将外接空气引入空气袋，实现吸气增压的效果，并通过出气口管道为三罐式变压储液器增压。

9、优选的，内嵌纤维网抗疲劳空气袋固定在液压杆两端，其重叠环状结构减少吸气增压过程带来的材料疲劳。

10、特别的，所述发泡喷头自动找准装置包括柔性抗磨损拉绳和自重式回正单摆，回正单摆采用特殊结构，其重心设计于单摆的下方1/4处，回正单摆由其窄端的旋转轴固定于挖机支臂上，柔性拉绳一端固定在液压杆末端，一端连接回正单摆的窄端头部。

11、优选的，发泡喷头自动找准装置，利用挖机前臂上的液压伸缩杆，在伸缩杆处于伸展状态时，通过柔性抗磨损拉绳和回正单摆实现发泡喷头对准挖机铲斗中心位置，伸缩杆收缩状态时，发泡喷头抬起，避免在挖机采装作业中的碰撞损坏。

12、特别的，所述中空给液搅拌发泡器，装置包括自吸混气装置、中空旋转注液杆、防粘黏须状搅拌刷、内嵌式多孔发泡通道和自适应电子防震吸盘。

13、优选的，自吸混气设计在输水管道喉管位置，根据文丘里结构原理，利用窄道位置的高速液流将空气吸入管道内部，吸气口采用梯级渐变设计，保证进气量的均匀和稳定，其中喉管和混液管的截面积之比a1:a2＝2:3，更好地利用了喉管处的压降来进气。

14、优选的，中空旋转注液杆，其呈树状分布，利用装置内部的传动扇在水流冲击下旋转，发泡添加剂或凝胶剂从管道内部向分支部分移动，由锯齿状注液口释放，须状搅拌刷分布在分支通道一侧，采用硬聚氯乙烯材料保证硬度和韧性。

15、优选的，内嵌式多孔发泡通道，其内部分布梯级变向发泡通道和碗状出泡口，变向通道为5层窄道液管铺排，经间隔层的混液缓冲区进入下一级通道，发泡混合基液从一端进入，在各层间变向流动充分混合，由碗状出泡口释放出除尘泡沫。

16、优选的，自适应电子防震吸盘，其将发泡器固定在挖机的后箱，内部设置蜂窝式缓冲水袋，该电子吸盘可以感受自身与挖机后箱的贴合程度，自动调整吸力大小，缓冲水袋采用高弹材料，在受力产生形变后可快速恢复状态，在发泡器受到冲击力作用时进行卸力缓冲。

17、特别的，所述倒悬式m形发泡喷头，其包括螺纹圈喷头固定、自吸气流入口、环绕式防尘稳流罩、m形三维覆盖喷口和内部混液设计，该发泡喷头安装在挖机前臂内侧。

18、优选的，螺纹圈喷头固定帮助喷头与送液管道连接，自吸气流入口为渐缩式进气通道，利用文丘里结构原理在进液通道内设置窄道，此处液流速度v增大，静压力p减小，实现喷头的自吸气混合，其伯努利方程为p+ρv2/2+ρgh＝c，环绕式防尘稳流罩采用铜丝编制网格结构，防尘稳流罩的直径为10～12目。

19、优选的，发泡液进入喷头内部，作用于搅拌扇并带动旋转进液混合桨转动，桨面上分布多级递进式通液孔，帮助发泡液和空气更好地混合；喷头前端设置条形面覆盖引流器，其内部的梯级渐变导流槽将除尘泡沫均匀稳定送至出泡面。

20、优选的，m形三维覆盖喷口，其为对称折叠结构，泡沫或凝胶从4条外凸发泡面释放，其m形布局产生三维立体出泡效果，外凸发泡面外侧布置防粘黏抗锈蚀网面。

21、特别的，所述旋转式雾化喷头包括多方位旋转分水雾化器、开放式锥形射流器和可更换疏水保护罩，喷头由半遮式强磁基座固定于铲斗侧壁面，强磁基座距铲斗面深200mm，可更换疏水保护罩采用铜质网格面，外附着疏水防锈蚀涂层。

22、优选的，旋转分水雾化器分布漏斗状流线型引流槽，槽道连续分布在雾化器表层，将高速水流破碎形成雾化小液滴；锥形射流器中分布月牙弧状射流线和扇形阻流器，阻流器开设渐变式导流槽，将水流引导向单侧扩散，在铲斗壁面对侧方向形成单边水雾。

23、第三方面，挖机多阶段动态除尘包括装置间管道分布和除尘响应设计，其外接水管道为装备在挖机上的三罐式变压储液器、搅拌发泡器和b组旋转式雾化喷头供水，控量进液阀和多相液调控阀配合实现雾滴净化落尘、泡沫覆盖阻尘和凝胶渗透抑尘3种除尘模式。

24、特别的，按照空间内的粉尘浓度将挖机多阶段动态除尘的响应划分为初级简单响应、中级一般响应、高级快速响应和特级紧急响应，对挖机铲斗动作的挖、提、运、落4个过程分别采取预先润湿减尘、多点水雾除尘、定向覆盖抑尘、持续雾化降尘；对于不同的的响应级别，通过装置的控制阀门来调整各除尘动作的功率。