梅山鐵礦多功能運(yùn)輸車傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用

李兆猛

（南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司）

多功能運(yùn)輸車是現(xiàn)代礦山建設(shè)的重要輔助運(yùn)輸設(shè)備。多功能運(yùn)輸車由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成。傳動(dòng)系統(tǒng)由變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋組成，具有控制車輛在一定速度行駛的功能，關(guān)系到車輛的速度控制和車輛剎車性能，對(duì)行車安全具有重要意義［1］。梅山鐵礦在國(guó)內(nèi)率先使用多功能運(yùn)輸車，對(duì)多功能運(yùn)輸車的傳動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)行了有益探索。梅山鐵礦現(xiàn)有5臺(tái)多功能運(yùn)輸車，承擔(dān)礦山炸藥、油料以及其它輔助材料的運(yùn)輸工作。

1 現(xiàn)狀分析

隨著梅山鐵礦原礦產(chǎn)量的日益增加和采礦生產(chǎn)爆破分段水平的不斷下移，梅山鐵礦斜坡道運(yùn)輸距離由3.2 km延伸到5 km以上，大載質(zhì)量長(zhǎng)距離下坡對(duì)運(yùn)輸車輛的性能提出更大的考驗(yàn)，現(xiàn)有設(shè)備制動(dòng)性能已不能滿足礦山安全生產(chǎn)的要求。主要問(wèn)題如下：

（1）多功能運(yùn)輸車使用112系列剛性行星驅(qū)動(dòng)橋，使用螺旋錐齒可以提供大扭矩和高效率，制動(dòng)形式為橋體制動(dòng)器，此種車橋剎車方面的優(yōu)點(diǎn)是使用較小的力矩就可以實(shí)現(xiàn)剎車制動(dòng)，同時(shí)缺點(diǎn)也比較明顯，剎車片數(shù)量較少，難以承受長(zhǎng)距離、多頻次的頻繁剎車［2］。

（2）梅山鐵礦部分路面為迎頭碎石路，路況較為復(fù)雜，操作人員需要頻繁制動(dòng)，剎車制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，摩擦片溫度升高較快，設(shè)備缺乏有效的橋內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，造成摩擦片摩擦系數(shù)快速下降，剎車性能急劇下降。

（3）該型多功能運(yùn)輸車行車制動(dòng)的液壓系統(tǒng)采用供油剎車制動(dòng)，停車制動(dòng)使用斷油剎車油缸和相應(yīng)連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)剎車片進(jìn)行制動(dòng)，此種剎車形式存在剎車反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、緊急情況下安全性較差、故障率較高等缺點(diǎn)［3］。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)改造及實(shí)施

針對(duì)梅山鐵礦生產(chǎn)條件變化和車輛性能及運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)化初步方案是使用承受更大動(dòng)載和具有冷卻功能的車橋、配套擺動(dòng)架和液壓系統(tǒng)。

2.1 驅(qū)動(dòng)橋的選型

德國(guó)Kessler公司產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)橋使用彈簧制動(dòng)，液壓松閘制動(dòng)器即油浸式濕式制動(dòng)器。該制動(dòng)器的制動(dòng)轂布置在驅(qū)動(dòng)橋兩端，靜摩擦片內(nèi)花鍵與制動(dòng)器外殼連接，動(dòng)摩擦片交叉懸置于靜摩擦片之間，通過(guò)外花鍵與輪轂相連，隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)狀態(tài)時(shí)沒(méi)有壓力油到達(dá)制動(dòng)活塞，制動(dòng)彈簧自由推動(dòng)剎車活塞來(lái)壓緊動(dòng)靜摩擦片，輪轂和制動(dòng)器連為一體；行駛狀態(tài)時(shí)壓力油到達(dá)制動(dòng)活塞，活塞壓推動(dòng)制動(dòng)彈簧，動(dòng)靜摩擦片處于自由狀態(tài)，輪轂和制動(dòng)器外殼可以自由活動(dòng)，車輛可以正常行駛。同時(shí)動(dòng)靜摩擦片由骨架封和背靠背密封形成空腔，允許冷卻油流過(guò)摩擦片，將制動(dòng)產(chǎn)生的熱量帶走，防止摩擦片溫度升高，保證剎車性能的穩(wěn)定性不變。這種制動(dòng)方式安全可靠、使用壽命長(zhǎng)、停車制動(dòng)與行駛制動(dòng)作用到一處，制動(dòng)液壓系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)也更加靈敏。

2.1.1驅(qū)動(dòng)橋的型號(hào)的確定

112驅(qū)動(dòng)橋的靜承載能力是16 000 kg，多功能車空載質(zhì)量為是7 500 kg，滿載質(zhì)量不超過(guò)12 500 kg，通過(guò)測(cè)量，空載時(shí)后橋載質(zhì)量是2 700 kg，滿載時(shí)后橋荷載是9 500 kg，外輪廓寬度是1 790 mm。通過(guò)載荷匹配，初步選擇Kessler公司生產(chǎn)的D81系列驅(qū)動(dòng)橋。此系列橋的外輪廓寬度為18 000 mm，靜承能力為32 000 kg，完全滿足車輛承載要求，相較于112系列驅(qū)動(dòng)橋承載力更大，安全系數(shù)更高。

2.1.2減速比的確定

根據(jù)一級(jí)減速和輪邊減速的傳動(dòng)比計(jì)算公式：

式中，i0為總傳動(dòng)比；i1為一級(jí)減速器的傳動(dòng)比，等于盤齒數(shù)目與錐齒數(shù)目的比值；i2為輪邊減速器的傳動(dòng)比［4］。

通過(guò)查詢112系列驅(qū)動(dòng)橋的減速比i0=22.3，D81系列驅(qū)動(dòng)橋減速比可選22.4，滿足車輛傳動(dòng)需求。

2.1.3制動(dòng)距離的核算

查詢可知，D81系列驅(qū)動(dòng)橋的制動(dòng)力矩為17 600N·m，大于112系列驅(qū)動(dòng)橋的制動(dòng)力矩15 500 N·m，制動(dòng)力矩滿足需要。

井下車輛標(biāo)準(zhǔn)行車制動(dòng)器制動(dòng)距離m為

式中，v為車輛運(yùn)行速度，km/h。

滿載運(yùn)行時(shí)速20 km/h時(shí)，計(jì)算制動(dòng)器距離應(yīng)小于10.29 m。使用D81系列驅(qū)動(dòng)橋滿載時(shí)速20 km/h時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)量制動(dòng)距離是4.1 m，制動(dòng)時(shí)間為1.5 s。因此，對(duì)比礦山無(wú)軌設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，使用D81驅(qū)動(dòng)橋完全符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)載荷核算、傳動(dòng)比核算、剎車安全距離核算，D81系列驅(qū)動(dòng)橋完全符合使用要求，且通過(guò)對(duì)車橋輸出接盤的加工，可以實(shí)現(xiàn)和車輛原有傳動(dòng)系統(tǒng)匹配［5-6］。

2.2 擺動(dòng)架

選取D81系列驅(qū)動(dòng)橋后，由于驅(qū)動(dòng)橋固定安裝尺寸不同，則需要重新設(shè)計(jì)加工前橋擺動(dòng)架。重新設(shè)計(jì)擺動(dòng)架，將原有擺動(dòng)架割除，新擺動(dòng)架安裝如圖1所示，將1、3連接板與前機(jī)架焊接為一體，擺動(dòng)架2通過(guò)螺栓和驅(qū)動(dòng)車橋5連為一體，擺架2通過(guò)銷軸和銅套在連接板1、3之間可以有±10°的擺動(dòng)。

2.3 剎車液壓系統(tǒng)

D81驅(qū)動(dòng)橋行車制動(dòng)采取斷油剎車的剎車模式，故剎車液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)優(yōu)化。經(jīng)過(guò)分析，需要對(duì)行車制動(dòng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

（1）行車制動(dòng)。剎車壓力油P來(lái)自于原有制動(dòng)剎車沖壓閥，壓力油P來(lái)到腳剎閥1，正常工作時(shí)壓力油通過(guò)腳剎閥到達(dá)前后橋，推動(dòng)活塞推開彈簧，打開動(dòng)靜剎車片，驅(qū)動(dòng)橋2、3的輪轂和剎車體可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，車輛可以正常行駛。需要行車制動(dòng)時(shí)，踩下腳剎閥2，壓力油P被截?cái)啵津?qū)動(dòng)橋2、3的剎車油管腳剎閥1的T口相連，壓力油返回液壓油箱，制動(dòng)彈簧壓力進(jìn)入自由狀態(tài)，制動(dòng)彈簧推動(dòng)活塞壓緊動(dòng)靜摩擦片，驅(qū)動(dòng)橋2、3的輪轂和剎車體合為一體，車輛進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。

（2）冷卻系統(tǒng)。冷卻壓力油P1來(lái)自于原車沖壓閥的溢流回油，冷卻油到達(dá)前后驅(qū)動(dòng)橋2、3，對(duì)動(dòng)靜摩擦片冷卻后由T口回到液壓油箱。

3 工業(yè)化驗(yàn)證及改進(jìn)

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的多功能車在梅山鐵礦進(jìn)行了工業(yè)化驗(yàn)證。長(zhǎng)期運(yùn)行后，故障率較低，安全性大幅度提升，滿足礦山安全運(yùn)行需要。但是也存在一定問(wèn)題，主要表現(xiàn)為輪邊密封經(jīng)常漏油，經(jīng)過(guò)分析測(cè)量發(fā)現(xiàn)，由沖壓閥溢流出的冷卻油P1流量不穩(wěn)定，壓力在0～4 MPa波動(dòng)，造成橋內(nèi)壓力過(guò)高，超出輪邊背靠背密封承受壓力1 MPa。故對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，圖3為改進(jìn)后液壓原理圖，改進(jìn)后液壓系統(tǒng)安裝齒輪泵2，溢流閥4和流量調(diào)節(jié)閥3，冷卻液壓系統(tǒng)的齒輪泵1由液壓油箱吸取液壓油，經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)閥3和溢流閥4，形成壓力和流量穩(wěn)定的冷卻壓力油，來(lái)到驅(qū)動(dòng)橋9對(duì)動(dòng)靜剎車片進(jìn)行冷卻后，經(jīng)過(guò)單向閥和濾芯液壓油回到液壓油箱。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)工業(yè)化驗(yàn)證及后續(xù)的改進(jìn)，優(yōu)化后的設(shè)備長(zhǎng)期在梅山鐵礦運(yùn)行，多功能運(yùn)輸車滿載在斜坡道長(zhǎng)距離行駛安全性能滿足需求，制動(dòng)效果得到較大改善，故障率降低明顯，車橋及剎車系統(tǒng)年平均故障維持在較低水平，極大地節(jié)約了運(yùn)行成本，完全達(dá)到既定的優(yōu)化效果。