煤礦井下防爆柴油機無軌膠輪車制動系統故障及改進

摘要：以WC3J防爆柴油機無軌膠輪車為基本對象，從液壓制動系統原理切入，詳細分析了該系統的故障類型及成因，如彈簧產生的制動力時間延后、液壓油清潔度不達標，并提出了相應的改進措施，以期改善車輛的制動效果，給煤礦生產作業提供安全可靠的硬件支持。

關鍵詞：無軌膠輪車;液壓制動系統;改進設計

0 ? ?引言

在煤礦井下工程建設中，WC3J防爆柴油機無軌膠輪車為重要裝置，其具有安全可靠、適應性強等多重特點，利用該駕駛車輛可完成材料轉運及巷道矸石轉運等作業。但煤礦井下施工環境錯綜復雜，普遍存在長距離運輸及上下坡運行的情況，此時車輛的制動系統顯得至關重要，提高制動系統的運行水平具有必要性[1-2]。鑒于此，本文將針對防爆柴油機無軌膠輪車制動系統出現的故障展開研究，并提出改進措施。

1 ? ?工程概況

巴拉素礦井采取全立井開拓方式，進入二期施工，由于沒有形成大系統，井下掘進過程中不管使用綜掘機還是炮掘均不能完全使用皮帶進行運輸，所以頻繁使用到WC3J防爆柴油機無軌膠輪車。利用光面爆破施工所用設備YT-28型手持式鑿巖機，在其支持下進行鑿巖爆破，一號風井臨時改絞前及二號風井系統未改絞前均使用原立井鑿井期間提升設備，施工產生的矸石在無軌膠輪車和裝載機的聯合作業下轉移至井筒裝矸平臺，再借助井筒抓巖機進一步轉運，使其到達地面處，由數臺排矸車輛有序轉運，達到甲方指定的堆放地點。

2 ? ?改進前液壓制動系統工作原理

項目部在本礦井生產建設二期施工中，WC3J防爆柴油機無軌膠輪車為排矸重要設備，其配置全液壓反向濕式制動器，為制動系統的核心組成部分，此外還包含蓄能器、手剎閥、腳剎閥、溢流閥等相關裝置，具體組成如圖1所示。

油泵泵出壓力油，該部分經過充液閥R口后依次進入蓄能器端、制動器推動活塞，相比于彈簧所具有的彈力而言，壓力油對活塞的作用力更大，此條件下制動器摩擦片處于松開的狀態，車輛解除制動，可以正常行駛。制動系統內置的摩擦動片和摩擦靜片接觸后將形成較明顯的摩擦力，此時制動器發揮作用（提供制動力），在液壓力減小的條件下制動力隨之提高，待液壓力趨近于零時，制動力提升至最大狀態。踩下腳剎閥踏板后，其內部的閥芯做出向下移動的動作，腳剎閥換向;與此同時，液壓油將退回油箱。

3 ? ?故障分析

3.1 ? ?彈簧產生的制動力時間延后

腳踏閥和手剎閥為關鍵的制動裝置[3]，兩者均安裝在駕駛室內，通過高壓膠管與制動器連接，受整車空間的限制，高壓膠管采取的是從腳剎閥到駕駛室底部最后到達前制動器的布設方式，在布線緊湊的條件下最短為3.5 m。駕駛人員踩下制動踏板后，制動器內的壓力油將朝油箱方向轉移。膠管內壁可提供阻尼作用，壓力油的下降具有一定的延遲，當駕駛者踩下踏板后，約0.5 s以后才會發生降壓現象，導致彈簧所提供的制動力也向后延遲0.5 s。冬季氣溫較低，導致液壓油的粘度較正常狀態而言大幅提升，缺乏良好的流動性，制動延后時間甚至達到1 s。存在制動延遲現象，將進一步引發制動力感應與踏板角度不呈比例的問題;且駕駛者雖然踩下制動踏板，但是難以及時獲得反饋，因此將習慣性地頻繁向下踩踏。在踏板踩下角度增加時，其產生的制動力將隨之加大，車輛將在瞬間失去穩定性，在此期間伴有較明顯的安全隱患。因此，以科學的方式解決制動延后的問題至關重要。

3.2 ? ?液壓油清潔度不達標

制動系統性能下降是車輛行駛期間較為普遍的問題[4]。制動系統配置的制動閥和充液閥均是高精密元件，內部出現雜物后將直接影響元件的正常使用，因此對清潔度提出了較高的要求。而礦井生產環境苛刻，粉塵數量較多、空氣濕度較大，各類雜質或水分易堆積在液壓系統內，從而發生元件堵塞現象。此外，如果缺乏定期保養手段，也容易導致液壓閥等相關元件的正常使用受到影響[5]。若液壓油內摻雜了水分或雜質，其潔凈度將大幅下降，制動閥和充液閥伴有較高的失效風險，對于整個制動系統而言其具備的制動能力也將大打折扣。

4 ? ?改進措施

無軌膠輪車雖然配置了豐富的膠管，但通過增大膠管內徑的方式解決制動失效問題并不具有可行性，原因在于整車結構緊湊，無法給大規格膠管的布設提供充足的空間。鑒于此，決定將液壓系統的工作原理以及控制方法作為切入點，對其采取改進措施，具體如圖2所示。

（1）手剎之前的油路液壓系統維持原有狀態而不發生改變，更換腳剎閥，取而代之的是腳剎踏板，該裝置控制4個拉線制動閥，所配置的拉線制動閥分別獨立控制一個制動器。合理調整拉線制動閥與制動器的間距，兩者間可通過高壓膠管連接，長度應盡可能減小至0.3 m，該部分膠管直徑取16 mm。

（2）優化拉線制動器殼體的N口，由原本的膠管改為直接安裝油壺的方式，該裝置配置呼吸孔，可以實現裝置內部與大氣的連通，各油壺分別配置內徑6 mm的低壓膠管，實現與油泵主油箱的連接。駕駛過程中踩下腳剎踏板時，將同步帶動與之相連的4根軟拉線，而隨著拉線狀態的變化，制動閥閥芯將發生換向行為，以此達到制動的效果。拉線具有較為顯著的金屬剛性特征，幾乎不存在時間延后的問題，可以及時帶動拉線制動器閥芯移動，原本儲存在制動器內的液壓油將進入油壺。根據上述所提內容，對泄油管采取減小長度、加大直徑的方式，在此條件下可大幅縮短制動器的制動延后時間。

（3）空氣壓縮泵1可提供壓縮空氣，經過壓力調節閥2、氣管和儲氣筒單向閥5后，將轉移到儲氣筒7內，該裝置內部配置有單向閥，能夠有效避免2個儲氣筒壓縮空氣相互混合的情況，由于形成兩部分單獨的壓縮空氣，因此能夠構建雙管路制動系統。車輛運行期間，如果儲氣筒的壓力超過設定值，系統感知后將促使卸荷閥開啟以便卸荷。駕駛者踩下制動踏板，雙路制動閥4及時開啟，原本存在于儲氣筒內的壓縮空氣發生流動，將進入加力泵9的氣室內，在壓縮空氣的推動作用下使活塞前移，高壓油進入濕式制動器10，可實現有效的制動。若松開踏板，濕式制動器活塞回歸原位，液壓油再次轉變狀態，轉移到加力泵9內。

5 ? ?試驗驗證

低溫環境下制動系統的延遲顯現更為明顯，此處以-10 ℃的環境為例展開分析，在采取上述改進措施后，多次試驗結果均表明制動延后時間≤0.1 s，駕駛者幾乎感知不到該延遲，此時踏板踩下角度所帶來的制動感能夠及時反饋給操作者，確保了操作的精準性。制動踏板抬起特定的角度后，將使得拉線制動閥內的彈簧在極短的時間內快速推動閥芯，并使其精準復位，通過增加油壓力的方式可有效緩解彈簧對活塞所產生的推力，此時摩擦片雖然會形成摩擦力，但相對微弱，制動力可隨之減小。

6 ? ?結語

綜上所述，本文以防爆柴油機無軌膠輪車為基本對象，分析了液壓制動系統的故障原因，并提出了相應的改進對策。實際驗證結果表明，制動延后時間可大幅縮短，實測結果不超過0.1 s，幾乎無任何操作延遲感，駕駛體驗更為良好，可實現安全、穩定通行。

[參考文獻]

[1] 張洪建.礦用無軌膠輪車制動系統的改進[J].山東煤炭科技，2015（11）：124-125.

[2] 劉文皓，劉占宏.礦用防爆柴油機無軌膠輪車制動系統沖擊問題的分析與研究[J].煤礦支護，2012（4）：52-54.

[3] 王爍.防爆柴油機無軌膠輪車制動系統分析與研究[J].煤炭與化工，2017（2）：127-129.

[4] 李占鋒，張鳳龍.WC5J防爆柴油機無軌膠輪車液壓制動系統改進[J].機床與液壓，2018，46（16）：143-144.

[5] 朱同明.防爆電動膠輪車節能制動系統設計[J].煤礦機電，2020，41（3）：97-98.

收稿日期：2020-07-31

作者簡介：魯德剛（1972—），男，江蘇徐州人，工程師，從事礦山建設方面的工作。