礦用WC3J（D）型防爆柴油機無軌膠輪車制動系統(tǒng)分析

紀 宇

（大斗溝煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

在地下煤礦的建設(shè)中，經(jīng)常會用到的一種必不可少的裝置就是WC3J（D）防爆柴油無軌膠輪車，這種無軌絞輪車可以得到廣泛應(yīng)用的原因主要是其具有安全、可靠和適應(yīng)性強等多種特點。但是，地下煤礦的建設(shè)環(huán)境遠遠比想象中要更為復(fù)雜，長距離運輸和上下運行是常有的事。在這樣的環(huán)境中，對于車輛制動系統(tǒng)操作水平的要求也非常之高[1]。針對上述提到的這些問題，本文重點關(guān)注防爆柴油無軌膠輪車輛制動系統(tǒng)，并對其常見的故障類型進行分析，有針對性地提出解決方法。

1 工程概況

大斗溝煤業(yè)公司位于大同市西南21 km 處，大斗溝煤業(yè)有限公司屬于產(chǎn)能置換礦井，目前為同煤國電同忻煤礦有限公司生產(chǎn)服務(wù)，在同煤國電同忻煤礦三盤區(qū)從事煤炭開采相關(guān)業(yè)務(wù)。設(shè)計年生產(chǎn)能力150 萬t。同忻礦三盤區(qū)采用立井開拓方式。盤區(qū)現(xiàn)有3 條主要運輸大巷，為3—5 號層輔運大巷，3—5 號層輔運暗斜井，山2 號層輔運大巷，其中輔運暗斜井全長600 m，坡度為6°，實行全封閉管理，行人步行出入由山2 號層行人暗斜井行走。該礦目前共有各類無軌膠輪車14 余輛，承擔(dān)礦井的材料運輸和人員運送任務(wù)。物料運輸路線為：井口裝料點—乘罐輪入井底車場—3—5 號層輔運大巷—3—5 號層輔運暗斜井—山2 號層輔運大巷—各個工作面系統(tǒng)巷到內(nèi)。運人運輸路線為：井底車場乘人乘車點—3—5號層輔運大巷—3—5 號層輔運暗斜井—山2 號層輔運大巷—各個工作面下車點[2-3]。該礦根據(jù)實際需要，定制了符合該礦罐輪尺寸的車輛，有4 輛運人車5 輛運料車。其中WC3（D）型無軌膠輪車承擔(dān)主要物料的運輸任務(wù)，共有5 輛。所以WC3（D）型防爆柴油機無軌膠輪車在該礦輔運工作中承擔(dān)著極為重要的作用。

2 液壓制動系統(tǒng)的工作原理

WC3J（D）防爆柴油無軌橡膠輪胎車在實際作業(yè)現(xiàn)場主要是起到運輸材料的作用。它配備了全液壓反向濕式制動器，就整個制動系統(tǒng)而言，這是最核心的部分。它還由一個蓄能器、手動制動閥、腳制動閥和溢流閥和其他相關(guān)設(shè)備等組成，實際構(gòu)造見圖1。

圖1 液壓制圖系統(tǒng)原理圖

油泵主要是服務(wù)于壓力油部分。壓力油的活動路徑主要是：先通過充氣閥的R 口→蓄能器端→制動器推動活塞。在這一過程中壓力油在活塞上施加的力比彈簧的彈力還要大。在這種情況下，剎車片處于松弛狀態(tài)，車輛從剎車中釋放出來，正式開始行駛。制動系統(tǒng)主要是依賴于摩擦片產(chǎn)生的摩擦力來發(fā)揮制動功能，也就是由制動器提供制動的力。當(dāng)液壓降低時，制動力將增加。當(dāng)接近零時，制動力將會達到極大值狀態(tài)。具體的原理是：閥踏板被下壓后，內(nèi)閥芯會向下移動，然后腳制動閥就會隨之改變方向。同時，液壓油又會順著原路返回到油箱中。

3 故障分析

3.1 制動力時間延后

腳踏閥和手制動閥在制動過程中起到了不可忽視的作用。為了滿足實際效果，這兩個部件都要設(shè)置在駕駛室中，高壓軟管是閘閥與制動器的連接裝置。由于車輛空間較小，高壓軟管從腳制動閥拉到駕駛室底部。在嚴密的接線條件下，前制動器的布置最小可以達到3.5 m。制動踏板被按壓后，制動器中的壓力油位置會發(fā)生轉(zhuǎn)變，流入到燃油箱中。軟管的內(nèi)壁有一定的摩擦性，讓壓力油的流動會稍微慢一些。當(dāng)駕駛員踩踏板時，壓降將在約半秒后發(fā)生，同時這將使彈簧提供的制動力延遲0.5 s。冬季的低溫使液壓油的黏度與正常情況相比大大增加，因此流動性就不會太好，制動時間會有很大程度上的延后，甚至?xí)L達1 s。制動延遲現(xiàn)象導(dǎo)致的后果就是制動力檢測與踏板角度之間無法滿足之前的線性關(guān)系。盡管駕駛員踩下了制動踏板，但制動效果很難立刻體現(xiàn)，因此駕駛員會習(xí)慣性地再次踩下踏板。當(dāng)踏板角度增加時，由踏板產(chǎn)生的制動力將相應(yīng)地增加，然后車輛就會處于非正常行駛狀態(tài)。這樣會導(dǎo)致運行過程非常危險。因此，制動延遲問題亟待進行研究與解決。

3.2 液壓油清潔度不達標

制動系統(tǒng)的性能不可能永遠都保持在良好的狀態(tài)。這主要是因為制動系統(tǒng)的制動閥和充氣閥的精密度是非常高的。一旦受到外界環(huán)境的影響，有一點點異物進入內(nèi)部，部件就會產(chǎn)生一些或多或少的故障，于是保持內(nèi)部環(huán)境的清潔尤為重要。但是，礦山生產(chǎn)環(huán)境惡劣，粉塵量大，空氣濕度也非常高。液壓系統(tǒng)中容易積聚各種雜質(zhì)或水分，導(dǎo)致部件堵塞。另外，如果缺乏常規(guī)維護方法，很容易造成液壓閥和其他相關(guān)組件產(chǎn)生故障或性能下降。如果將液壓油與水或雜質(zhì)混合，則其清潔度將大大降低，制動閥和充氣閥的故障風(fēng)險會更高，整個制動系統(tǒng)的制動能力將會減弱。

4 解決措施

盡管無軌橡膠輪胎車輛在部件上面配置都非常高，但是通過增加軟管的內(nèi)徑來解決制動故障問題是不可行的。原因是車輛內(nèi)部空間非常狹窄，容納不下大型軟管，因此本研究只能從液壓系統(tǒng)的工作原理和控制方法上面入手來尋求解決的方式，如圖2所示。

1）油路液壓系統(tǒng)仍保持原來狀態(tài)。腳制動閥由腳制動踏板代替。該設(shè)備控制4 個電纜制動閥，配置的電纜制動閥與制動器直接連接。通過調(diào)整制動閥和制動器之間的距離，即調(diào)整用于連接的高壓軟管的長度，最好是不超過0.5 m。

圖2 改進后的制動系統(tǒng)示意圖

2）對電纜制動器的N 端口進行優(yōu)化設(shè)計，并更換了原來的軟管以直接安裝油罐。增設(shè)呼吸孔，可以實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部與大氣之間的完美連接。每個油罐內(nèi)部都會通過直徑為6 mm 的低壓軟管來連接到油泵主油箱。在行駛過程中制動踏板被按壓時，4 條軟電纜將被同步驅(qū)動。隨著電纜狀態(tài)的改變，制動閥閥芯將改變方向以實現(xiàn)制動效果。由于電纜的剛度很好，所以踩下之后就可以立馬作出反應(yīng)。它可以迅速帶動電纜制動器的線軸移動，并且原先存儲在制動器中的液壓油將進入油罐。通過合理設(shè)計軟管長度和直徑可以達到理想的效果。

3）空氣壓縮泵1 的作用在于提供壓縮空氣。壓力調(diào)節(jié)閥2 進行調(diào)節(jié)后，氣管和氣缸止回閥5 后直達氣缸7。該設(shè)備裝有止回閥，可有效避免兩個氣缸的壓縮。當(dāng)空氣彼此混合時，會形成兩個單獨的壓縮空氣，因此兩個管路都可以實現(xiàn)制動的效果。車輛在正常運行狀態(tài)下，一旦儲氣罐壓力非常大，系統(tǒng)將在檢測到風(fēng)險后提示卸荷閥打開以減小壓力。制動踏板狀態(tài)改變時，閥4 開始工作，原先存在于儲氣罐中的壓縮空氣會開始進入加力燃燒器9 的氣室，從而在推動下使活塞向前移動壓縮空氣，高壓油流向部件10，來完成這一制動過程。一旦松開，則系統(tǒng)又會再次恢復(fù)到原始狀態(tài)。

5 試驗驗證

如果遇到低溫或者是惡劣天氣時，制動系統(tǒng)的延遲會更加嚴重。通過對不同環(huán)境進行試驗，-10 ℃時，制動延遲時間為0.1 s，由于時間很短駕駛員幾乎感覺不到這種延遲，踩下腳踏板之后制動系統(tǒng)可以很快作出反應(yīng)，操作也更準確。將制動踏板提升到特定位置，電纜制動閥中的彈簧將在很短的時間內(nèi)快速推動閥芯并準確地回到原始的位置。通過增加油壓，可以有效減輕彈簧對活塞的沖擊。在這種情況之下，雖然摩擦板還在起作用，但它不是很明顯，因此可以減小制動力。