导语：防爆柴油机是矿井辅助运输的动力源之一，受防爆改造及井下恶劣环境的影响，导致其尾气污染问题严重，不能符合高标准尾气排放的要求。转化果平台推荐的《无轨胶轮车防爆柴油机尾气后处理装置研制及应用》，研制了一种不改动柴油机本体结构，只对排气系统进行改装的防爆柴油机尾气后处理装置，可延长防爆柴油机服役寿命3~5年。经过试验证明，其CO净化效率、NO净化效率、HC净化效率、颗粒物的捕集效率等指标均可满足井下防爆柴油机尾气污染物排放国IV标准要求。值得广泛推广应用。

防爆柴油机是矿井辅助运输车辆使用最为广泛的动力源之一，受防爆改造及井下恶劣环境的影响，导致其尾气污染问题严重，但现阶段矿用防爆柴油机尾气净化多采用机内前处理技术，无法满足非道路国IV及更高标准的尾气排放要求。

针对防爆柴油机尾气污染严重及净化技术滞后的问题，本项目面向非道路国IV尾气排放标准，以煤矿井下无轨胶轮车为改造对象，研制了一种不改动柴油机本体结构、只对排气系统进行改装的防爆柴油机尾气后处理装置。

1.技术方案

针对矿用防爆柴油机尾气污染严重和现行井下排放标准滞后的问题，对标非道路国IV排放标准要求，设计防爆柴油机尾气后处理装置，并研制样机进行试验验证。

2.结构组成

防爆柴油机尾气后处理装置由废气再循环系统（EGR）、氧化催化剂（DOC）、颗粒捕集器（DPF）、防爆水冷外壳等部件组成。

 WCJ5E(H)井下无轨胶轮车内置有EGR废气再循环系统，部分废气经EGR阀进入进气系统，将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧。废气中的CO₂可以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NOx的生成，降低了废气中的NOx的含量。

DOC氧催化器主要由壳体、衬垫、载体和催化剂组成，其可通过催化剂涂层将尾气中的CO和HC转化为无害的CO₂与H₂O排出。

颗粒物捕捉器DPF主要通过物理捕集的方式净化尾气中的颗粒物，为避免颗粒物沉积堵塞颗粒捕集器，可通过多种主、被动DPF再生技术清除沉积物，保证捕集效果。

《煤矿安全规程》规定：防爆柴油机任何一处的表面温度不得超过150℃，排气出口温度不得超过77℃。但是，DOC与DPF尾气后处理单元通常需要高温反应环境，在高负荷时其表面温度及排气温度均远高于防爆要求值。

对此，为解决尾气后处理装置高反应温度需求与煤矿井下对防爆柴油机低表面温度及低排气温度要求之间的矛盾，设计了防爆水冷外壳，由水冷夹套与绝热夹层组成，其中绝热夹层可保证尾气后处理装置内部反应温度，通过无轨胶轮车自身水箱可向水冷夹套中提供冷却循环水，降低壳体温度。将防爆水冷壳体安装在DOC与DPF外壳上，可在保证内部反应温度的同时，整套装置满足防爆要求。

 3.研发技术

开发过程中采用了传统机械结构设计方法、关键部件有限元仿真优化方法、参数化软件性能仿真、台架试验与样机研制等多种手段。

（1）利用CAD二维绘图软件与SolidWorks三维绘图软件，设计了防爆柴油机尾气后处理装置的三维结构模型；

（2）利用ANSYS有限元仿真软件对关键部件的静力学、动力学性能进行仿真，保证整机的防爆温控效果与结构稳定性；

（3）利用GT-Power仿真软件搭建参数化仿真模型对尾气后处理装置的尾气净化性能进行试验，在此基础上可加工制造样机；

（4）通过台架试验与现场试验方法对尾气后处理装置样机的尾气净化性能进行试验，检验其是否满足非道路国IV尾气排放要求。

 三、应用效果

无轨胶轮车防爆柴油机尾气后处理装置已在某煤矿WCH5E(H)防爆柴油机无轨胶轮车完成试验，最终完成10辆车改装后进行推广应用。经过台架试验与现场试验证明：CO净化效率在95%以上，NO净化效率在90%以上，HC净化效率在83%以上，颗粒物的捕集效率在97%以上，可满足井下防爆柴油机尾气污染物排放国IV标准要求。

采用防爆柴油机尾气后处理装置，可在不更换发动机的情况下实现煤矿井下国IV排放达标，能够延长防爆柴油机服役寿命3~5年。据测算，每年节约成本100万元。