煤礦井下防爆柴油機(jī)無軌膠輪車制動系統(tǒng)故障及改進(jìn)

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

關(guān)鍵詞：無軌膠輪車;液壓制動系統(tǒng);改進(jìn)設(shè)計(jì)

0 ? ?引言

在煤礦井下工程建設(shè)中，WC3J防爆柴油機(jī)無軌膠輪車為重要裝置，其具有安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等多重特點(diǎn)，利用該駕駛車輛可完成材料轉(zhuǎn)運(yùn)及巷道矸石轉(zhuǎn)運(yùn)等作業(yè)。但煤礦井下施工環(huán)境錯綜復(fù)雜，普遍存在長距離運(yùn)輸及上下坡運(yùn)行的情況，此時車輛的制動系統(tǒng)顯得至關(guān)重要，提高制動系統(tǒng)的運(yùn)行水平具有必要性[1-2]。鑒于此，本文將針對防爆柴油機(jī)無軌膠輪車制動系統(tǒng)出現(xiàn)的故障展開研究，并提出改進(jìn)措施。

1 ? ?工程概況

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

2 ? ?改進(jìn)前液壓制動系統(tǒng)工作原理

項(xiàng)目部在本礦井生產(chǎn)建設(shè)二期施工中，WC3J防爆柴油機(jī)無軌膠輪車為排矸重要設(shè)備，其配置全液壓反向濕式制動器，為制動系統(tǒng)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(guān)裝置，具體組成如圖1所示。

油泵泵出壓力油，該部分經(jīng)過充液閥R口后依次進(jìn)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(tài)，車輛解除制動，可以正常行駛。制動系統(tǒng)內(nèi)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(fā)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(tài)。踩下腳剎閥踏板后，其內(nèi)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(chǎn)生的制動力時間延后

腳踏閥和手剎閥為關(guān)鍵的制動裝置[3]，兩者均安裝在駕駛室內(nèi)，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(dá)前制動器的布設(shè)方式，在布線緊湊的條件下最短為3.5 m。駕駛?cè)藛T踩下制動踏板后，制動器內(nèi)的壓力油將朝油箱方向轉(zhuǎn)移。膠管內(nèi)壁可提供阻尼作用，壓力油的下降具有一定的延遲，當(dāng)駕駛者踩下踏板后，約0.5 s以后才會發(fā)生降壓現(xiàn)象，導(dǎo)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(dǎo)致液壓油的粘度較正常狀態(tài)而言大幅提升，缺乏良好的流動性，制動延后時間甚至達(dá)到1 s。存在制動延遲現(xiàn)象，將進(jìn)一步引發(fā)制動力感應(yīng)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(xí)慣性地頻繁向下踩踏。在踏板踩下角度增加時，其產(chǎn)生的制動力將隨之加大，車輛將在瞬間失去穩(wěn)定性，在此期間伴有較明顯的安全隱患。因此，以科學(xué)的方式解決制動延后的問題至關(guān)重要。

3.2 ? ?液壓油清潔度不達(dá)標(biāo)

制動系統(tǒng)性能下降是車輛行駛期間較為普遍的問題[4]。制動系統(tǒng)配置的制動閥和充液閥均是高精密元件，內(nèi)部出現(xiàn)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(chǎn)環(huán)境苛刻，粉塵數(shù)量較多、空氣濕度較大，各類雜質(zhì)或水分易堆積在液壓系統(tǒng)內(nèi)，從而發(fā)生元件堵塞現(xiàn)象。此外，如果缺乏定期保養(yǎng)手段，也容易導(dǎo)致液壓閥等相關(guān)元件的正常使用受到影響[5]。若液壓油內(nèi)摻雜了水分或雜質(zhì)，其潔凈度將大幅下降，制動閥和充液閥伴有較高的失效風(fēng)險，對于整個制動系統(tǒng)而言其具備的制動能力也將大打折扣。

4 ? ?改進(jìn)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(nèi)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(jié)構(gòu)緊湊，無法給大規(guī)格膠管的布設(shè)提供充足的空間。鑒于此，決定將液壓系統(tǒng)的工作原理以及控制方法作為切入點(diǎn)，對其采取改進(jìn)措施，具體如圖2所示。

（1）手剎之前的油路液壓系統(tǒng)維持原有狀態(tài)而不發(fā)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(dú)立控制一個制動器。合理調(diào)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(yīng)盡可能減小至0.3 m，該部分膠管直徑取16 mm。

（2）優(yōu)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(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部與大氣的連通，各油壺分別配置內(nèi)徑6 mm的低壓膠管，實(shí)現(xiàn)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(tài)的變化，制動閥閥芯將發(fā)生換向行為，以此達(dá)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(nèi)的液壓油將進(jìn)入油壺。根據(jù)上述所提內(nèi)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(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥2、氣管和儲氣筒單向閥5后，將轉(zhuǎn)移到儲氣筒7內(nèi)，該裝置內(nèi)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(dú)的壓縮空氣，因此能夠構(gòu)建雙管路制動系統(tǒng)。車輛運(yùn)行期間，如果儲氣筒的壓力超過設(shè)定值，系統(tǒng)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(nèi)的壓縮空氣發(fā)生流動，將進(jìn)入加力泵9的氣室內(nèi)，在壓縮空氣的推動作用下使活塞前移，高壓油進(jìn)入濕式制動器10，可實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)變狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到加力泵9內(nèi)。

5 ? ?試驗(yàn)驗(yàn)證

低溫環(huán)境下制動系統(tǒng)的延遲顯現(xiàn)更為明顯，此處以-10 ℃的環(huán)境為例展開分析，在采取上述改進(jìn)措施后，多次試驗(yàn)結(jié)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(zhǔn)性。制動踏板抬起特定的角度后，將使得拉線制動閥內(nèi)的彈簧在極短的時間內(nèi)快速推動閥芯，并使其精準(zhǔn)復(fù)位，通過增加油壓力的方式可有效緩解彈簧對活塞所產(chǎn)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(jié)語

綜上所述，本文以防爆柴油機(jī)無軌膠輪車為基本對象，分析了液壓制動系統(tǒng)的故障原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)對策。實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果表明，制動延后時間可大幅縮短，實(shí)測結(jié)果不超過0.1 s，幾乎無任何操作延遲感，駕駛體驗(yàn)更為良好，可實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定通行。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 王爍.防爆柴油機(jī)無軌膠輪車制動系統(tǒng)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(jī)無軌膠輪車液壓制動系統(tǒng)改進(jìn)[J].機(jī)床與液壓，2018，46（16）：143-144.

[5] 朱同明.防爆電動膠輪車節(jié)能制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2020，41（3）：97-98.

收稿日期：2020-07-31

作者簡介：魯?shù)聞偅?972—），男，江蘇徐州人，工程師，從事礦山建設(shè)方面的工作。