礦用電機(jī)車制動特性的研究

摘 要：伴隨機(jī)械哈采煤技術(shù)的發(fā)展，采煤效率得到大幅度提升。因此，需要能力相匹配的運(yùn)輸系統(tǒng)，對綜采工作面運(yùn)輸設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、運(yùn)輸能力提出要求。本文以電機(jī)車為研究對象，對其制動系統(tǒng)的制動特性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電機(jī)車;氣動;氣罐壓力;撒沙;制動距離

1 傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的分析

經(jīng)研究可知，目前工作面電機(jī)車的制動是依據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，主要以閘瓦制動裝置為主。機(jī)械制動裝置具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，但是其在應(yīng)用中常出現(xiàn)制動不徹底、制動不及時的問題，嚴(yán)重威脅著電機(jī)車的安全運(yùn)行。

為進(jìn)一步提升電機(jī)車的制動性能，擬采用機(jī)械制動與氣動制動形式相結(jié)合的綜合制動手段，確保其在緊急制動時會加劇閘瓦與車輪踏面之間的摩擦，但使其使用壽命大打折扣。后來，隨著變頻技術(shù)在電機(jī)車制動系統(tǒng)中應(yīng)用可取得不錯的制動效果，但其成本較高。綜上所述，設(shè)計一款氣動制動系統(tǒng)是電機(jī)車制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2 氣動制動系統(tǒng)的設(shè)計

文中所涉及到的氣動制動系統(tǒng)的應(yīng)用對象為某型電機(jī)車。該電機(jī)車的主要參數(shù)：最大運(yùn)輸速度12km/h、牽引礦車質(zhì)量1t、可牽引礦車數(shù)量15個、礦車載重量3t。

目前，應(yīng)用于礦用電機(jī)車氣動制動系統(tǒng)的方式包括有單回路和雙回路。經(jīng)分析可知，單回路氣動制動系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡單，僅需極小的安裝控制;而對于雙回路氣動制動系統(tǒng)而言，其管路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但其具有較高的可靠性。對于電機(jī)車制動系統(tǒng)而言，管路復(fù)雜導(dǎo)致維修困難。

綜合分析礦用電機(jī)車單回路氣動制動系統(tǒng)和雙回路氣動制動系統(tǒng)的優(yōu)劣，決定采用單回路氣動制動系統(tǒng)，并具體確定電機(jī)車采用氣動蹄式制動系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，系統(tǒng)中儲氣罐壓力的上限值為0.75MPa，下限值為0.5MPa。

3 影響氣動制動系統(tǒng)參數(shù)的分析

為準(zhǔn)確掌握所設(shè)計的氣動蹄式制動系統(tǒng)的制動性能，基于Simulink軟件搭建仿真模型，并對各類參數(shù)對系統(tǒng)制動性能的影響進(jìn)行仿真分析。

本章節(jié)主要對系統(tǒng)內(nèi)儲氣罐的氣罐壓力、閥口面積等氣動元件參數(shù)對制動性能的影響進(jìn)行仿真分析。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求所設(shè)定儲氣罐的上限壓力為0.75MPa，

下限壓力為0.5MPa，對氣罐壓力為0.3MPa、0.5MPa以及0.7MPa下制動器的輸出制動力進(jìn)行仿真分析。

分析結(jié)果表明，隨著氣罐壓力的增大，系統(tǒng)制動器的反應(yīng)越來越迅速。其中，當(dāng)氣罐壓力為0.7MPa時系統(tǒng)的制動性能過于靈敏容易導(dǎo)致車輪抱死;當(dāng)氣罐壓力為0.3MPa，系統(tǒng)輸出制動力的反應(yīng)較慢，且峰值較小，導(dǎo)致系統(tǒng)的制動力不夠。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)情況合理調(diào)節(jié)氣罐壓力。

本節(jié)探討閥口面積對氣動蹄式制動系統(tǒng)性能的具體影響特性。設(shè)定儲氣罐的壓力為0.5MPa，對閥口面積分別為160mm2、200mm2、240mm2的制動性能進(jìn)行仿真分析。

分析結(jié)果表明，隨著管路閥口面積的增大，系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定制動力所需的時間減少，即說明制動器的反應(yīng)變快。因此，需綜合考慮各方面因素增大管路閥口面積，進(jìn)而提升制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4 氣動制動系統(tǒng)制動性能的測試

礦用電機(jī)車制動性能需與《煤炭安全規(guī)程》制動要求相符，尤其測試制動距離是否滿足要求。為此，本文設(shè)計了當(dāng)電機(jī)車初始運(yùn)行速度不同以及在不同軌面上運(yùn)行時電機(jī)車所需的制動時間和制動距離進(jìn)行測試。此外，還需檢驗(yàn)系統(tǒng)在制動過程中是否會存在嚴(yán)重的滑行現(xiàn)象。

4.1 不同初始速度下的測試結(jié)果

針對不同初始速度下電機(jī)車的制動時間和制動距離的測試結(jié)果如表1所示。

當(dāng)電機(jī)車以其最大初始速度運(yùn)行時，在本文所設(shè)計的氣動蹄式制動系統(tǒng)的作用下，電機(jī)車的制動距離僅為5.37m，遠(yuǎn)小于《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的40m，滿足要求。

4.2 不同軌面條件下的測試結(jié)果

當(dāng)電機(jī)車的初始運(yùn)行速度為12km/h時，測試設(shè)備在不同軌面時所需的制動距離和制動時間。本文對比撒沙制動和正常制動情況下的制動性能，測試結(jié)果如表2所示。

撒沙制動的制動時間和制動距離明顯小于正常制動，主要由于在軌面上撒沙后提升了軌道的黏著系數(shù)，增加了軌面的黏著力，進(jìn)而使得電機(jī)車能夠獲得更大的制動力。因此，在實(shí)際運(yùn)輸時可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)采取撒沙操作，以提升其制動性能。

5 結(jié)語

電機(jī)車作為綜采工作面的主要的運(yùn)輸設(shè)備，其制動性能直接影響工作面的采煤效率。綜合對比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的優(yōu)劣性，氣動制動系統(tǒng)為可應(yīng)用于電機(jī)車制動的最優(yōu)系統(tǒng)。本文所設(shè)計的單回路蹄式制動系統(tǒng)不論是其制動距離還是其制動時間均能夠滿足相關(guān)要求，且可根據(jù)現(xiàn)場條件適當(dāng)采取撒沙操作，以提升其制動性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]周坤，王繼強(qiáng)，董夢詩.礦用電機(jī)車制動器的設(shè)計與溫度場仿真及試驗(yàn)測試[J].機(jī)械傳動，2018（3）：136-138.

[2]趙鳳舞，劉峰，解希眾.ZK型電機(jī)車制動系統(tǒng)的改造[J].煤礦安全，2000（5）：18-19.

作者簡介：

馮靜（1975- ），女，山西平定人，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理工程師，從事煤礦安全培訓(xùn)工作。