摘要：在石油化工、煤矿开采等易燃易爆场景中，防爆工业机器人承担着高危环境下的检测、搬运与作业任务，其电机系统的稳定性直接关系到生产安全与设备寿命。当电机温度异常升高（如超过 120℃），不仅会导致效率下降、控制精度偏差，更可能因电火花引发爆炸性气体燃爆。本文从电机发

在石油化工、煤矿开采等易燃易爆场景中，防爆工业机器人承担着高危环境下的检测、搬运与作业任务，其电机系统的稳定性直接关系到生产安全与设备寿命。当电机温度异常升高（如超过 120℃），不仅会导致效率下降、控制精度偏差，更可能因电火花引发爆炸性气体燃爆。本文从电机发热机理出发，解析散热系统优化策略与智能温度控制方案，帮助企业构建 “预防 - 监测 - 响应” 的全流程热管理体系。

一、电机过热的三大核心诱因：从能量损耗到环境耦合

防爆电机的热量主要源于铜损（绕组电阻发热）、铁损（铁芯涡流损耗）与机械损耗（轴承摩擦），当散热效率低于产热速率时，温度将持续攀升。具体诱因包括：

1. 散热设计缺陷：防爆外壳的密封性导致散热表面积不足（如传统隔爆型电机散热片数量比普通电机少 30%），或内部风道布局不合理，形成散热盲区

2. 环境因素叠加：高温工况（如炼化车间环境温度常达 40℃以上）、高粉尘（煤粉堵塞散热孔）、高湿度（绝缘材料受潮导致内阻增加，额外产热）

3. 负载异常波动：频繁启停、过载运行（负载率超过额定值 110%）或传动系统卡滞（如齿轮箱润滑不足导致扭矩增大 30%），使电机铜损激增

某煤化工企业的防爆巡检机器人曾出现电机温度骤升至 150℃，停机拆解发现，散热片间堆积的煤尘厚度达 5mm，导致散热效率下降 40%，同时驱动齿轮因润滑脂失效产生额外摩擦热，双重因素引发过热报警。

二、散热方案优化：从被动散热到主动温控的升级

1. 硬件散热结构强化

针对防爆电机的密封性要求，需在有限空间内提升散热效率：

· 翅片结构优化：采用 “错列锯齿形散热片”（如 ABB 防爆电机的专利设计），相比传统平直翅片，散热面积增加 25%，同时减少粉尘堆积死角

· 导热材料升级：电机外壳改用铝镁合金（导热系数达 180W/(m・K)，比铸铁高 3 倍），内部定子与外壳间填充高导热硅脂（热阻≤0.1℃・cm²/W），缩短热传递路径

· 冗余散热设计：在电机端盖集成微型热管（蒸发段贴合转子轴，冷凝段连接外壳），可将转子热量快速导出，高温环境下降温效果提升 15%-20%

2. 主动散热系统集成

对于持续高负载工况，需引入主动散热技术：

· 风冷方案：在防爆外壳内部安装防爆型轴流风机（风量≥50m³/h），配合导流罩形成 “定子 - 转子 - 散热片” 的闭环风道，注意风机需选用隔爆型电机（如 Ex d IIB T4 认证）

· 液冷方案：中大型防爆机器人可采用闭环液冷系统，在电机定子外围布置螺旋形铜管，循环乙二醇冷却液（沸点≥110℃），通过外置板式换热器散热，控温精度可达 ±2℃

· 相变散热：在电机绕组端部粘贴相变材料（PCM，熔点 60-80℃），当温度骤升时，PCM 吸收潜热延缓升温速率，为系统响应争取缓冲时间

3. 环境适应性改造

针对特殊工况的针对性措施：

· 粉尘环境：每周用压缩空气吹扫散热片（压力≤0.4MPa），并在进风口安装金属烧结滤芯（过滤精度≤5μm），防止粉尘堵塞

· 潮湿环境：电机内部加装防潮加热带（功率 50-100W），停机时自动加热至 50℃保持 2 小时，驱散内部湿气，避免绝缘电阻下降

· 高低温交变场景：采用宽温域润滑脂（如 KLUBER ISOFLEX TOPAS L 32N，适用 - 40℃~150℃），减少轴承摩擦产热，同时优化油封设计，防止冷凝水进入

三、温度阈值设置：构建智能监测与保护机制

1. 多维度温度监测点布局

在电机关键位置部署温度传感器，实现立体式监测：

· 定子绕组：埋设 PT100 铂电阻（精度 ±0.1℃），监测线圈温度（报警阈值设为 130℃，停机阈值 150℃，针对 H 级绝缘电机）

· 轴承座：安装热电偶传感器（响应时间≤2s），监测润滑状态（正常运行时温度≤90℃，温差超过 30℃时触发报警）

· 外壳表面：使用红外测温仪非接触监测（精度 ±2%），防止外部散热失效（外壳温度＞80℃时启动强制散热）

2. 分级报警与控制逻辑

建立 “预警 - 减速 - 停机” 三级响应机制：

· 一级预警（100℃≤T＜120℃）：点亮黄色警示灯，通过 PLC 发送信息至中控系统，同时提升散热风机转速至 120%（若为液冷系统则增大泵流量）

· 二级减速（120℃≤T＜140℃）：自动降低电机负载率至 80%，限制最高转速（如从 2000rpm 降至 1500rpm），并记录当前运行参数用于故障分析

· 三级停机（T≥140℃或温度骤升速率＞10℃/min）：立即切断电机电源，启动应急散热泵（液冷系统），同时触发声光报警，禁止手动重启直至温度降至 80℃以下

某石化企业通过该逻辑控制，将电机过热停机响应时间从原来的 30 秒缩短至 5 秒，避免了因温度持续升高导致的绕组绝缘层烧毁事故。

3. 基于 AI 的预测性维护

进阶方案中，可引入机器学习模型优化阈值设置：

· 采集电机在不同负载、环境下的温度数据（建议样本量≥10 万组），训练 LSTM 神经网络预测温度趋势

· 动态调整阈值：如夏季高温时段，将一级预警阈值从 100℃临时提升至 105℃，减少误报警；冬季则降低至 95℃，提前识别散热系统效率下降

· 故障根因分析：当温度异常时，系统自动关联历史数据（如 3 小时前的轴承振动值、当天的环境湿度），定位过热主因（如润滑失效概率达 70%）

四、预防性维护：构建热管理长效机制

1. 定期热成像检测：每月用红外热像仪扫描电机表面，生成温度云图，对比历史数据（温差＞15℃时需重点排查）

2. 润滑周期优化：根据电机运行温度调整润滑频率（如温度每升高 10℃，润滑周期缩短 20%），使用油脂寿命计算器（如 SKF LCCM 软件）制定保养计划

3. 散热系统测试：每季度进行 “温升试验”，在额定负载下运行 2 小时，记录温度曲线（温升速率＞5℃/min 时需清洁散热片或检查风道）

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结语

防爆工业机器人的电机过热问题，本质是高危环境下 “能量损耗 - 散热效率 - 控制策略” 的复杂平衡挑战。通过散热结构的硬件升级、智能阈值的动态设置与全周期的预防性维护，企业能够将电机运行温度稳定控制在安全区间（通常比绝缘等级允许温度低 20-30℃），显著延长电机寿命（预计提升 30%-50%）并降低停机风险。对于极端工况，建议采用 “冗余散热 + 双传感器监测” 设计（如同时部署 PT100 与热电偶），确保在单点故障时仍能可靠运行。毕竟，在防爆场景中，每 1℃的温度控制，都是对安全生产的重要守护。

来源：平云小匠