重载机车检修职业危害防护措施应用浅析

梁志高

（国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司 机车检修中心，河北 沧州 062350）

近年来，随着朔黄铁路重载列车的增量开行，机车的检修工作量日益繁重，在电力机车大规模检修作业过程中，机车上各种功能的电机、辅机及电器屏柜等配件均需拆卸进行清洁除尘及检修试验。机车配件清洁除尘量年均超过2 000 件。据调查，目前机务段采取的主要机车配件除尘方式为作业人员在封闭的除尘房间内使用吸尘设备及高压风管，通过人工吹扫除尘方式对机车配件进行清洁作业，这一作业方式使人体直接接触粉尘及噪音等职业危害因素，长期作业对员工身心健康造成影响，亟需采用先进技术、改进工作方式，以避免员工职业病的发生。

1 职业危害因素分析

（1）粉尘污染因素。由于朔黄铁路为运煤专线，重载机车的电机、辅机及电气屏柜表面有附着的灰尘，机车检修时在狭小密闭的空间内对拆解部件进行人工除尘作业会瞬间产生大量煤灰粉尘(见图1)，该煤灰粉尘大部分是粒径小于 5 μm 的有害粉尘，作业人员虽按要求佩戴防尘面罩，在高浓度弥漫的粉尘场所内仍无法做到100%的个体防护。吹扫配件产生的粉尘会随人的呼吸进入肺部，少量粉尘会造成作业人员鼻炎、咽炎及喉炎等慢性病发作，长期在这种环境下进行除尘作业，粉尘中游离的SiO2毒素会导致人体肺泡大量死亡，从而引起肺部组织发生纤维化病变，失去正常的呼吸功能，从而引起尘肺病的发生。

图1 机车配件人工清扫作业

（2）噪声污染因素。重载机车配件吹扫使用的高压风管风压高达5 MPa，在吹扫配件时风管喷射气体及风压击打配件表面产生的噪音达80 dB 以上，作业人员长期在高噪音环境下进行作业，不仅对神经系统、心血管系统及消化系统等产生较大影响，同时还可能造成听力损伤、耳聋等职业病的发生。

2 职业危害防护措施应用

随着我国工业化进程的发展，新兴技术广泛应用，一些重复性工作领域及恶劣环境作业已经逐步由机械设备代替了人工作业。针对机车配件除尘作业可能引发尘肺病、职业性噪声聋等问题，2018 年开始，国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司根据机车各类型配件的清洁需求及质量要求，通过采取科研立项、设备购置等方式，陆续开发了适合机车电气屏柜、牵引电机及辅助机组等配件除尘作业的重载机车配件智能除尘设备，在解决作业人员职业病问题的同时，有效提升了机车检修质量及检修生产效率，重载机车配件智能除尘设备如图2所示。

图2 重载机车配件智能除尘设备

2.1 设备组成及特点

重载机车配件智能除尘设备主要由降噪除尘间、轨道智能运输单元、机械臂单元、控制系统单元、通风除尘系统等组成，设备组成如图3所示。

图3 重载机车配件智能除尘设备组成

（1）降噪除尘间。车间内部采用孔式密目结构，能够有效削弱高压气体除尘时产生的噪声；同时墙体采用双层复合隔声结构，在外墙体与隔音墙之间设有空腔缓冲层，起到了拦阻噪声的作用，可保证频率在200～10 000 Hz 范围的吸声效果。

（2）轨道智能运输单元。当设备处于清洗配件状态时，股道智能运输设备自动将需要清洗的配件运送至清洗位置，清洗完成后运至上下料位置等待取走；设备具有自动避障功能，当有人或物体在前面时轨道运输车能够自动停止并预警；具有防水防尘功能，防护等级为IP54，关键部件防护等级IP65。

（3）机械臂单元。根据重载机车配件特点、清扫作业工序和人工清扫流程，利用2 台六轴关节机器人模拟人工清扫的动作流程，对清洗部件按照设定程序进行清扫作业。设备具有直线插补、圆弧插补功能，可规划各种复杂的清扫路径，实现对各种配件的清扫。同时，设备对每种配件具有独立运动轨迹程序文件，并可对轨迹程序文件进行教导、修改、编辑；机械臂重复定位精度为小于±0.10 mm。

（4）控制系统单元。该单元主要负责收集配件吹扫作业的所有设备信息，并根据设备的信息状态及操作人员的指令控制轨道智能运输车、机器人智能除尘设备、智能通风吸尘设备及辅机智能清扫间设备，根据程序的流程进行相应的动作，完成操作人员给出的指令。控制单元具有与轨道智能运输车的实时通信功能，收集轨道智能运输车实时状态信息，控制并管理轨道运输车的启动、停止、运行方向及位置等。

（5）通风除尘系统。该系统由中央集尘器、吸尘风道、吸尘进风口、吸尘组件及吸尘控制器组成，采用分体式模块化结构，在保证功率和过滤面积延伸性的同时，可进行多级组合。选用聚酯纤维滤料PTFE覆膜处理，对0.3 μm粉尘过滤精度达99%以上。设备采用自动脉冲反吹清灰方式，可以达到最佳清灰效果；风机功率为30 kW，处理风量为26 000 m3/h；最高负压为3 143～3 032 Pa；过滤面积为230 m2。颗粒物排放浓度为2.47 mg/m3，排放限值低于京津冀及周边地区大气污染物排放限值(≤10 mg/m3)[1]的要求。

2.2 设备工作原理

当机车配件需要进行除尘作业时，轨道智能运输单元停在指定位置，机车配件通过天车放置在轨道智能运输车上，当轨道智能运输车检测到配件时会及时通知控制系统，操作人员通过显示屏选择需清洗的配件类型并一键按下启动，轨道智能运输单元将机车配件运送至指定清洗位置后，控制系统会自动启动门控系统并开启通风吸尘设备。控制系统及红外感应系统通过对机车配件的大小及位置的检测，保证所有人员及配件处于安全状态后启动控制机械臂单元，根据程序设定的清洗运行轨迹自动调节清扫喷嘴的方向对机车配件进行全方位除尘作业。所有吹扫产生的灰尘由通风吸尘设备统一进行过滤净化处理。当除尘作业完毕后，轨道智能运输单元将机车配件运输至指定位置并通知作业人员。整个配件除尘作业全程在密闭空间内自动进行，无需进行人工干预。智能除尘设备工作流程如图4所示。

图4 重载机车配件智能除尘设备工作流程

2.3 设备主要功能

重载机车配件智能除尘设备可以在完全独立的密闭空间内同时完成多个机车配件的除尘作业；具备高压气洗与高压水洗的自动切换功能；具有自动识别人员安全状态、机车配件状态及自动避障等安全功能。该设备分为自动、人工、应急3 种作业模式；还具备自我清洁功能，能够自动清洁轨道运输车、降噪除尘室四周墙壁及门窗地板等。设备的通风吸尘单元具有粉尘隔爆装置，能够实现粉尘气体的达标环保排放。同时，设备具备吹扫数据存储、查询及自动上传功能，以及故障自诊断功能，方便操作及维修人员全面掌握设备的运行状态。

3 职业危害防护措施应用效果

3.1 减少接害作业及污染

设备投产应用后，机车配件除尘作业全程在密闭空间内由机械臂自动进行，作业人员只需在密闭空间外进行设备的操作及监控(见图5)，可以避免人体直接接触粉尘。

图5 室外操作智能除尘设备

同时，按照《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017)[2]对智能清扫设备排气筒出口(排气筒高度为15 m)粉尘进行测定，结果如表1 所示。由表1 可知，吹扫配件产生的粉尘通过吸尘设备净化处理后实现了粉尘气体的达标环保排放。

表1 智能除尘设备废气排放检测数据

3.2 降低职业噪声危害

降噪除尘间内部采用孔式密目结构，能够有效削弱高压气体除尘时产生的噪声；除尘间墙体采用双层复合隔声结构，在外墙体与隔音墙之间设置的空腔缓冲层能够拦阻噪声。当设备运行时，除尘产生的噪声经消音处理后，外部检测噪声降至70 dB 以下，噪声分贝量较人工吹扫得到明显改善，有效保障了作业人员的职业健康。智能除尘设备投产前后噪声降幅比较如表2所示。

3.3 提升工作效率

经统计，采取人工方式进行机车配件除尘作业时需要3人共同配合完成，总作业工时为 30 h以上，重载机车配件智能除尘设备投产后，只需1 人在设备外部进行操作及安全监护，单台机车除尘作业人工成本节约2人/次，节约作业工时约20 h，同时降低操作人员的作业强度，避免了高强度重污染作业对人体产生的伤害。

机车配件原采用的传统人工除尘方式，存在一个部位反复冲扫、多个盲区返工冲洗等问题，增加了配件吹扫时间。机车配件智能除尘设备采用程序编程及固定轨迹除尘，可有效避免反复吹扫及返工冲洗等问题，综合作业效率较人工除尘得到了有效提升。智能除尘设备的效率与人工比较如表3所示。

表3 智能除尘设备的效率与人工比较

3.4 提高配件清洁质量

由于机车配件除尘作业属于高强度、恶劣环境作业，人工除尘作业质量受作业人员的责任意识、精神状态及体力能力影响较大，配件除尘不彻底、清洁不到位问题时有发生。重载机车配件智能除尘设备投产以来，设备可以根据设定的程序采用固定角度和强度对机车配件进行固定轨迹吹扫及清洗作业，清扫效果较人工除尘作业得到大幅提升，有效解决了配件清洁不彻底造成的机车检修质量问题。

4 结束语

重载机车检修通过开发和引进智能除尘设备代替人工配件清扫作业的方式，可以有效避免作业人员接害作业，同时在提高工作效率、提升检修质量及效率等方面也取得了良好效果，智能除尘设备的应用可以为类似作业提供参考。