南黃河

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，陜西 渭南714000)

礦用車輛主要用于礦井下材料、設(shè)備、人員和矸石等的運輸，在“十一五”期間，該類車輛的關(guān)鍵技術(shù)及裝備取得了一些突破，在減人增效、提高生產(chǎn)效率、提高煤礦安全、降低事故發(fā)生率等方面取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

但在實際使用中仍然暴露出傳動關(guān)鍵元部件損壞率較高以及制動系統(tǒng)存在一定安全隱患的問題，主要表現(xiàn)為一是動力換檔變速箱離合器摩擦片磨損及傳動軸、驅(qū)動橋損壞嚴(yán)重;二是車輛在坡道上行駛時，由于車輛的某項保護(hù)指標(biāo)［1］(如排氣溫度、表面溫度、瓦斯?jié)舛鹊?超標(biāo)，發(fā)動機突然熄火而沒有及時采取制動措施導(dǎo)致溜車現(xiàn)象。

基于上述使用過程中出現(xiàn)的問題，本研究通過分析礦用車輛制動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)原理，提出一種有效的解決方案。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 液壓制動系統(tǒng)

礦用車輛普遍采用全液壓制動系統(tǒng)，包含行車制動系統(tǒng)和緊急(駐車)制動系統(tǒng)，工作原理如圖1 所示。系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥、雙路充液閥、蓄能器、行車制動閥、緊急(駐車)制動閥、行車制動器、緊急(駐車)制動器等組成，其中行車制動器為液壓制動彈簧釋放型制動器，緊急(駐車)制動器為彈簧制動液壓釋放型制動器。系統(tǒng)壓力由液壓泵提供，經(jīng)雙路充液閥進(jìn)入蓄能器，當(dāng)任何一個蓄能器的壓力低于雙路充液閥下限壓力時，雙路充液閥開始對系統(tǒng)充液，當(dāng)2個蓄能器的壓力都高于雙路充液閥上限壓力時，雙路充液閥關(guān)閉，停止對系統(tǒng)充液，兩回路是相對獨立的，當(dāng)一個回路出現(xiàn)故障時，另一回路仍然可以正常工作。

圖1 礦用車輛制動系統(tǒng)原理Fig.1 The principle of braking system for mine vehicle

踩下行車制動閥時，蓄能器內(nèi)的壓力油經(jīng)行車制動閥進(jìn)入行車制動器，使車輛實現(xiàn)減速或停車;松開行車制動閥后，行車制動器內(nèi)的壓力油經(jīng)行車制動閥流回液壓油箱，使行車制動器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)緊急(駐車)制動閥處于圖示位置時，蓄能器內(nèi)的壓力油經(jīng)緊急(駐車)制動閥進(jìn)入緊急(駐車)制動器，使車輛處于解除制動狀態(tài)，當(dāng)緊急(駐車)制動閥換向時，緊急(駐車)制動器內(nèi)的壓力油經(jīng)緊急(駐車)制動閥流回油箱，使車輛處于制動狀態(tài)。

1.2 傳動系統(tǒng)

礦用車輛傳動系統(tǒng)普遍采用液力機械傳動，主要由變矩器、動力換檔變速箱、傳動軸、驅(qū)動橋等組成，如圖2 所示。其中動力換檔變速箱操縱系統(tǒng)原理［2-3］如圖3 所示，傳動泵輸出的壓力油經(jīng)過濾器、調(diào)壓閥進(jìn)入閥體，當(dāng)變速箱操縱閥桿處于Ⅰ檔位置時，壓力油經(jīng)換檔操縱閥桿上斜向小孔到閥桿頂端，從而進(jìn)入Ⅰ檔離合器腔，實現(xiàn)車輛在Ⅰ檔速度的前進(jìn)或后退，當(dāng)變速箱操縱閥桿從Ⅰ檔換入Ⅱ檔時，換檔操縱閥桿將向右移動相應(yīng)距離，此時壓力油經(jīng)換檔操縱閥桿上斜向小孔到而進(jìn)Ⅱ檔離合器腔，實現(xiàn)車輛在Ⅱ檔速度的前進(jìn)或后退，同時Ⅰ檔離合器腔接通回油腔，實現(xiàn)Ⅰ檔離合器的分離，保證在換檔過程中只能有1 個變速箱離合器接通，Ⅲ檔以及前進(jìn)檔和后退檔的變換原理與之相類似。

圖2 礦用車輛傳動系統(tǒng)簡圖Fig.2 The sketch of transmission system for mine vehicle

圖3 礦用車輛動力換檔變速箱操縱原理Fig.3 The control principle of power gearshift gearbox for mine vehicle

2 問題分析及解決方案

2.1 傳動系磨損嚴(yán)重的原因

從圖3 可以看出，動力切斷閥與液壓制動系統(tǒng)沒有任何關(guān)聯(lián)，也就是說，在制動過程中，動力換擋變速箱的動力并沒有切斷，發(fā)動機的動力仍然經(jīng)過變矩器、動力換檔變速箱、傳動軸、驅(qū)動橋等多重減速增扭傳遞到輪胎，此時驅(qū)動力與制動力呈相互制約狀態(tài)，從而造成動力換擋變速箱離合器摩擦片磨損嚴(yán)重以及傳動軸、驅(qū)動橋損壞現(xiàn)象。

2.2 溜車的原因

從圖1 可以看出，一旦發(fā)動機熄火，此時車輛不能自動實施制動，另外在實際使用過程中，蓄能器存在保養(yǎng)不到位現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)蓄能器充氮壓力為零的狀態(tài)，此時行車制動系統(tǒng)處于失效狀態(tài)，而緊急(駐車)制動閥具有鎖緊定位裝置，在緊急狀態(tài)下由于駕駛員的恐慌等很難快速操縱緊急(駐車)制動閥。

2.3 解決方案

(1)采用減壓裝置實現(xiàn)變速箱動力切斷功能［4］。目前，礦用車輛所用動力換擋變速箱中的動力切斷閥與裝載機所用動力切斷閥類似，其控制壓力要求小于1 MPa，但礦用車輛普遍采用的是全液壓制動，其制動壓力遠(yuǎn)大于1 MPa，因此有必要對制動壓力進(jìn)行減壓以便控制變速箱動力切斷閥的動作，工作原理如圖4 所示:礦用車輛在實施制動時，行車制動閥2 出口的壓力油一部分進(jìn)入行車制動器3 對車輛實施制動;另一部分壓力油進(jìn)入減壓裝置12 的P 口，此時限位塊14 在連接塊13 的作用下向右移動壓縮調(diào)壓彈簧15，液壓閥芯16 在連接塊13 的作用下也向右移動，T口輸出壓力油，且T 口的壓力值等于調(diào)壓彈簧15 所設(shè)定的壓力值，是一定值。若需調(diào)整T 口的壓力值，可通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母17 進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧15 的壓縮量來調(diào)節(jié)。T 口的壓力油使動力切斷閥18 向左移動，造成A 腔的傳動油不能進(jìn)入B 腔或C 腔，從而使換向操縱閥19 處于空檔位置，這樣就切斷了變速箱動力的輸出。特別需要說明的是，由于動力切斷閥18 主回路的介質(zhì)為傳動油，控制回路的介質(zhì)為液壓油，因此，在減壓裝置12 的T 口設(shè)置有多重密封，防止串液。

圖4 礦用車輛傳動與制動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制原理Fig.4 The coordinated control principle of transmission system and braking system for mine vehicle

另外，在行車制動閥2 與減壓裝置12 之間設(shè)置有動力切斷選擇閥11，以便正確使用動力換擋變速箱動力切斷功能，礦用車輛在大坡度路面上行駛時使動力切斷選擇閥11 處于圖示位置，在水平路面和小坡度的路面上行駛時使動力切斷選擇閥11 處于換向位置。

(2)采用液控?fù)Q向閥實現(xiàn)自動制動功能。如圖4所示，在緊急(駐車)制動閥5 與緊急(駐車)制動器4之間設(shè)置液控?fù)Q向閥10，發(fā)動機在正常運轉(zhuǎn)過程中，由傳動泵8 輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓閥9 作用在液控?fù)Q向閥10 的控制口，使液控?fù)Q向閥10 處于換向位置，此時緊急(駐車)制動閥5 與緊急(駐車)制動器4 處于接通狀態(tài)，從而解除制動;一旦發(fā)動機突然熄火，傳動泵8 停止運轉(zhuǎn)，傳動系統(tǒng)壓力為零，液控?fù)Q向閥10控制口的壓力迅速消失，使液控?fù)Q向閥10 處于圖示位置，此時緊急(駐車)制動器4 中的壓力油經(jīng)液控?fù)Q向閥10 流回液壓油箱，使車輛自動實施制動。

3 結(jié) 語

該套解決方案已在不同類型的礦用車輛上得到了推廣應(yīng)用，通過近2 a 的跟蹤調(diào)研，有效地解決了傳動件的損壞以及發(fā)動機突然熄火時的溜車現(xiàn)象。

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