礦用車輛傳動(dòng)與制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略

南黃河

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西 渭南714000)

礦用車輛主要用于礦井下材料、設(shè)備、人員和矸石等的運(yùn)輸，在“十一五”期間，該類車輛的關(guān)鍵技術(shù)及裝備取得了一些突破，在減人增效、提高生產(chǎn)效率、提高煤礦安全、降低事故發(fā)生率等方面取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

但在實(shí)際使用中仍然暴露出傳動(dòng)關(guān)鍵元部件損壞率較高以及制動(dòng)系統(tǒng)存在一定安全隱患的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為一是動(dòng)力換檔變速箱離合器摩擦片磨損及傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋損壞嚴(yán)重;二是車輛在坡道上行駛時(shí)，由于車輛的某項(xiàng)保護(hù)指標(biāo)［1］(如排氣溫度、表面溫度、瓦斯?jié)舛鹊?超標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火而沒(méi)有及時(shí)采取制動(dòng)措施導(dǎo)致溜車現(xiàn)象。

基于上述使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，本研究通過(guò)分析礦用車輛制動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)原理，提出一種有效的解決方案。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

礦用車輛普遍采用全液壓制動(dòng)系統(tǒng)，包含行車制動(dòng)系統(tǒng)和緊急(駐車)制動(dòng)系統(tǒng)，工作原理如圖1 所示。系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥、雙路充液閥、蓄能器、行車制動(dòng)閥、緊急(駐車)制動(dòng)閥、行車制動(dòng)器、緊急(駐車)制動(dòng)器等組成，其中行車制動(dòng)器為液壓制動(dòng)彈簧釋放型制動(dòng)器，緊急(駐車)制動(dòng)器為彈簧制動(dòng)液壓釋放型制動(dòng)器。系統(tǒng)壓力由液壓泵提供，經(jīng)雙路充液閥進(jìn)入蓄能器，當(dāng)任何一個(gè)蓄能器的壓力低于雙路充液閥下限壓力時(shí)，雙路充液閥開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)充液，當(dāng)2個(gè)蓄能器的壓力都高于雙路充液閥上限壓力時(shí)，雙路充液閥關(guān)閉，停止對(duì)系統(tǒng)充液，兩回路是相對(duì)獨(dú)立的，當(dāng)一個(gè)回路出現(xiàn)故障時(shí)，另一回路仍然可以正常工作。

圖1 礦用車輛制動(dòng)系統(tǒng)原理Fig.1 The principle of braking system for mine vehicle

踩下行車制動(dòng)閥時(shí)，蓄能器內(nèi)的壓力油經(jīng)行車制動(dòng)閥進(jìn)入行車制動(dòng)器，使車輛實(shí)現(xiàn)減速或停車;松開(kāi)行車制動(dòng)閥后，行車制動(dòng)器內(nèi)的壓力油經(jīng)行車制動(dòng)閥流回液壓油箱，使行車制動(dòng)器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)緊急(駐車)制動(dòng)閥處于圖示位置時(shí)，蓄能器內(nèi)的壓力油經(jīng)緊急(駐車)制動(dòng)閥進(jìn)入緊急(駐車)制動(dòng)器，使車輛處于解除制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)緊急(駐車)制動(dòng)閥換向時(shí)，緊急(駐車)制動(dòng)器內(nèi)的壓力油經(jīng)緊急(駐車)制動(dòng)閥流回油箱，使車輛處于制動(dòng)狀態(tài)。

1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

礦用車輛傳動(dòng)系統(tǒng)普遍采用液力機(jī)械傳動(dòng)，主要由變矩器、動(dòng)力換檔變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等組成，如圖2 所示。其中動(dòng)力換檔變速箱操縱系統(tǒng)原理［2-3］如圖3 所示，傳動(dòng)泵輸出的壓力油經(jīng)過(guò)濾器、調(diào)壓閥進(jìn)入閥體，當(dāng)變速箱操縱閥桿處于Ⅰ檔位置時(shí)，壓力油經(jīng)換檔操縱閥桿上斜向小孔到閥桿頂端，從而進(jìn)入Ⅰ檔離合器腔，實(shí)現(xiàn)車輛在Ⅰ檔速度的前進(jìn)或后退，當(dāng)變速箱操縱閥桿從Ⅰ檔換入Ⅱ檔時(shí)，換檔操縱閥桿將向右移動(dòng)相應(yīng)距離，此時(shí)壓力油經(jīng)換檔操縱閥桿上斜向小孔到而進(jìn)Ⅱ檔離合器腔，實(shí)現(xiàn)車輛在Ⅱ檔速度的前進(jìn)或后退，同時(shí)Ⅰ檔離合器腔接通回油腔，實(shí)現(xiàn)Ⅰ檔離合器的分離，保證在換檔過(guò)程中只能有1 個(gè)變速箱離合器接通，Ⅲ檔以及前進(jìn)檔和后退檔的變換原理與之相類似。

圖2 礦用車輛傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.2 The sketch of transmission system for mine vehicle

圖3 礦用車輛動(dòng)力換檔變速箱操縱原理Fig.3 The control principle of power gearshift gearbox for mine vehicle

2 問(wèn)題分析及解決方案

2.1 傳動(dòng)系磨損嚴(yán)重的原因

從圖3 可以看出，動(dòng)力切斷閥與液壓制動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)，在制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)力換擋變速箱的動(dòng)力并沒(méi)有切斷，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力仍然經(jīng)過(guò)變矩器、動(dòng)力換檔變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等多重減速增扭傳遞到輪胎，此時(shí)驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力呈相互制約狀態(tài)，從而造成動(dòng)力換擋變速箱離合器摩擦片磨損嚴(yán)重以及傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋損壞現(xiàn)象。

2.2 溜車的原因

從圖1 可以看出，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，此時(shí)車輛不能自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)，另外在實(shí)際使用過(guò)程中，蓄能器存在保養(yǎng)不到位現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)蓄能器充氮壓力為零的狀態(tài)，此時(shí)行車制動(dòng)系統(tǒng)處于失效狀態(tài)，而緊急(駐車)制動(dòng)閥具有鎖緊定位裝置，在緊急狀態(tài)下由于駕駛員的恐慌等很難快速操縱緊急(駐車)制動(dòng)閥。

2.3 解決方案

(1)采用減壓裝置實(shí)現(xiàn)變速箱動(dòng)力切斷功能［4］。目前，礦用車輛所用動(dòng)力換擋變速箱中的動(dòng)力切斷閥與裝載機(jī)所用動(dòng)力切斷閥類似，其控制壓力要求小于1 MPa，但礦用車輛普遍采用的是全液壓制動(dòng)，其制動(dòng)壓力遠(yuǎn)大于1 MPa，因此有必要對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行減壓以便控制變速箱動(dòng)力切斷閥的動(dòng)作，工作原理如圖4 所示:礦用車輛在實(shí)施制動(dòng)時(shí)，行車制動(dòng)閥2 出口的壓力油一部分進(jìn)入行車制動(dòng)器3 對(duì)車輛實(shí)施制動(dòng);另一部分壓力油進(jìn)入減壓裝置12 的P 口，此時(shí)限位塊14 在連接塊13 的作用下向右移動(dòng)壓縮調(diào)壓彈簧15，液壓閥芯16 在連接塊13 的作用下也向右移動(dòng)，T口輸出壓力油，且T 口的壓力值等于調(diào)壓彈簧15 所設(shè)定的壓力值，是一定值。若需調(diào)整T 口的壓力值，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母17 進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧15 的壓縮量來(lái)調(diào)節(jié)。T 口的壓力油使動(dòng)力切斷閥18 向左移動(dòng)，造成A 腔的傳動(dòng)油不能進(jìn)入B 腔或C 腔，從而使換向操縱閥19 處于空檔位置，這樣就切斷了變速箱動(dòng)力的輸出。特別需要說(shuō)明的是，由于動(dòng)力切斷閥18 主回路的介質(zhì)為傳動(dòng)油，控制回路的介質(zhì)為液壓油，因此，在減壓裝置12 的T 口設(shè)置有多重密封，防止串液。

圖4 礦用車輛傳動(dòng)與制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制原理Fig.4 The coordinated control principle of transmission system and braking system for mine vehicle

另外，在行車制動(dòng)閥2 與減壓裝置12 之間設(shè)置有動(dòng)力切斷選擇閥11，以便正確使用動(dòng)力換擋變速箱動(dòng)力切斷功能，礦用車輛在大坡度路面上行駛時(shí)使動(dòng)力切斷選擇閥11 處于圖示位置，在水平路面和小坡度的路面上行駛時(shí)使動(dòng)力切斷選擇閥11 處于換向位置。

(2)采用液控?fù)Q向閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制動(dòng)功能。如圖4所示，在緊急(駐車)制動(dòng)閥5 與緊急(駐車)制動(dòng)器4之間設(shè)置液控?fù)Q向閥10，發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由傳動(dòng)泵8 輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓閥9 作用在液控?fù)Q向閥10 的控制口，使液控?fù)Q向閥10 處于換向位置，此時(shí)緊急(駐車)制動(dòng)閥5 與緊急(駐車)制動(dòng)器4 處于接通狀態(tài)，從而解除制動(dòng);一旦發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火，傳動(dòng)泵8 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)系統(tǒng)壓力為零，液控?fù)Q向閥10控制口的壓力迅速消失，使液控?fù)Q向閥10 處于圖示位置，此時(shí)緊急(駐車)制動(dòng)器4 中的壓力油經(jīng)液控?fù)Q向閥10 流回液壓油箱，使車輛自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

該套解決方案已在不同類型的礦用車輛上得到了推廣應(yīng)用，通過(guò)近2 a 的跟蹤調(diào)研，有效地解決了傳動(dòng)件的損壞以及發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火時(shí)的溜車現(xiàn)象。

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