礦用WC3J（D）型防爆柴油機無軌膠輪車制動系統分析

紀 宇

（大斗溝煤業公司， 山西 大同 037003）

引言

在地下煤礦的建設中，經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用的原因主要是其具有安全、可靠和適應性強等多種特點。但是，地下煤礦的建設環境遠遠比想象中要更為復雜，長距離運輸和上下運行是常有的事。在這樣的環境中，對于車輛制動系統操作水平的要求也非常之高[1]。針對上述提到的這些問題，本文重點關注防爆柴油無軌膠輪車輛制動系統，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

大斗溝煤業公司位于大同市西南21 km 處，大斗溝煤業有限公司屬于產能置換礦井，目前為同煤國電同忻煤礦有限公司生產服務，在同煤國電同忻煤礦三盤區從事煤炭開采相關業務。設計年生產能力150 萬t。同忻礦三盤區采用立井開拓方式。盤區現有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，承擔礦井的材料運輸和人員運送任務。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—各個工作面系統巷到內。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）型無軌膠輪車承擔主要物料的運輸任務，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著極為重要的作用。

2 液壓制動系統的工作原理

WC3J（D）防爆柴油無軌橡膠輪胎車在實際作業現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設備等組成，實際構造見圖1。

圖1 液壓制圖系統原理圖

油泵主要是服務于壓力油部分。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，車輛從剎車中釋放出來，正式開始行駛。制動系統主要是依賴于摩擦片產生的摩擦力來發揮制動功能，也就是由制動器提供制動的力。當液壓降低時，制動力將增加。當接近零時，制動力將會達到極大值狀態。具體的原理是：閥踏板被下壓后，內閥芯會向下移動，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生轉變，流入到燃油箱中。軟管的內壁有一定的摩擦性，讓壓力油的流動會稍微慢一些。當駕駛員踩踏板時，壓降將在約半秒后發生，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，甚至會長達1 s。制動延遲現象導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系。盡管駕駛員踩下了制動踏板，但制動效果很難立刻體現，因此駕駛員會習慣性地再次踩下踏板。當踏板角度增加時，由踏板產生的制動力將相應地增加，然后車輛就會處于非正常行駛狀態。這樣會導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

制動系統的性能不可能永遠都保持在良好的狀態。這主要是因為制動系統的制動閥和充氣閥的精密度是非常高的。一旦受到外界環境的影響，有一點點異物進入內部，部件就會產生一些或多或少的故障，于是保持內部環境的清潔尤為重要。但是，礦山生產環境惡劣，粉塵量大，空氣濕度也非常高。液壓系統中容易積聚各種雜質或水分，導致部件堵塞。另外，如果缺乏常規維護方法，很容易造成液壓閥和其他相關組件產生故障或性能下降。如果將液壓油與水或雜質混合，則其清潔度將大大降低，制動閥和充氣閥的故障風險會更高，整個制動系統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徑來解決制動故障問題是不可行的。原因是車輛內部空間非常狹窄，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）油路液壓系統仍保持原來狀態。腳制動閥由腳制動踏板代替。該設備控制4 個電纜制動閥，配置的電纜制動閥與制動器直接連接。通過調整制動閥和制動器之間的距離，即調整用于連接的高壓軟管的長度，最好是不超過0.5 m。

圖2 改進后的制動系統示意圖

2）對電纜制動器的N 端口進行優化設計，并更換了原來的軟管以直接安裝油罐。增設呼吸孔，可以實現設備內部與大氣之間的完美連接。每個油罐內部都會通過直徑為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動。隨著電纜狀態的改變，制動閥閥芯將改變方向以實現制動效果。由于電纜的剛度很好，所以踩下之后就可以立馬作出反應。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。壓力調節閥2 進行調節后，氣管和氣缸止回閥5 后直達氣缸7。該設備裝有止回閥，可有效避免兩個氣缸的壓縮。當空氣彼此混合時，會形成兩個單獨的壓縮空氣，因此兩個管路都可以實現制動的效果。車輛在正常運行狀態下，一旦儲氣罐壓力非常大，系統將在檢測到風險后提示卸荷閥打開以減小壓力。制動踏板狀態改變時，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，則系統又會再次恢復到原始狀態。

5 試驗驗證

如果遇到低溫或者是惡劣天氣時，制動系統的延遲會更加嚴重。通過對不同環境進行試驗，-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可以很快作出反應，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。