李 強(qiáng) 徐慧春 劉恒亮

(1.銅陵化工集團(tuán)新橋礦業(yè)公司；2.內(nèi)蒙古烏海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì))

新橋礦于2003年引進(jìn)了2臺(tái)DCY-1.5B型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，主要承擔(dān)井巷工區(qū)掘進(jìn)和采礦任務(wù)。隨著設(shè)備老化，故障率明顯增加，已越來越不能滿足大規(guī)模安全生產(chǎn)需要，特別是制動(dòng)液壓系統(tǒng)故障頻發(fā)，已成為制約礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。為確保設(shè)備安全運(yùn)行，提升礦井生產(chǎn)效率，對(duì)該型設(shè)備的制動(dòng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造很有必要。

1 制動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理及缺陷

1.1 工作原理

DCY-1.5B型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)動(dòng)力機(jī)額定功率P額=55 kW，額定轉(zhuǎn)速n額=1 480 r/min；雙聯(lián)泵n額=3 200 r/min最大工作壓力Pmax=23 MPa；制動(dòng)系統(tǒng)彈簧壓力7 MPa；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力10 MPa；油箱容積240 L(郵箱長、寬、高比例為1∶2∶3，配有冷卻器)；液壓油采用火炬牌N68B抗磨液壓油，適宜溫度為60～80 ℃；充液閥上限壓力10.5 MPa，下限壓力8.4 MPa。

制動(dòng)液壓系統(tǒng)中的制動(dòng)器是彈簧制動(dòng)液壓釋放的全封閉濕式制動(dòng)器，轉(zhuǎn)向器是疊加式集成閥塊和全液壓轉(zhuǎn)向器，系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙聯(lián)泵旋轉(zhuǎn)使液壓油由油箱經(jīng)進(jìn)油濾清器到達(dá)雙聯(lián)齒輪泵，壓力油從雙聯(lián)泵的前泵流出進(jìn)入疊加式集成閥塊，經(jīng)順序閥優(yōu)先供油通過單向閥流入手動(dòng)換向閥，再流入腳制動(dòng)器，最后流入前后橋制動(dòng)器，推開摩擦片釋放制動(dòng)。一部分壓力油進(jìn)入蓄能器進(jìn)行補(bǔ)液，隨著壓力油流量不斷增加，當(dāng)壓力達(dá)到順序閥的彈簧力時(shí)，閥口打開，一部分液壓油進(jìn)入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著液壓油不斷增多，壓力繼續(xù)上升，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器的彈簧力時(shí)，壓力繼電器的微動(dòng)開關(guān)斷開，電磁換向閥使其右移，將多余的壓力油導(dǎo)入進(jìn)油管進(jìn)行卸載。當(dāng)踩下腳制動(dòng)后，腳制動(dòng)換向閥換向，液壓油經(jīng)回油濾清器直接流回油箱。當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)需要被其他車輛牽引時(shí)，可旋轉(zhuǎn)手動(dòng)換向閥，通過手動(dòng)泵對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行松閘。

疊加式集成閥塊由底板、電磁換向閥、壓力繼電器、單向閥、順序閥等組成。閥塊上有4個(gè)油口上下貫通，不僅起到單個(gè)閥的功能，而且具有溝通閥與閥之間流道的作用。組成回路時(shí)，換向閥安裝于最上方，所有對(duì)外連接的油口都設(shè)置于最下方的底板上，其他閥通過螺栓連接于換向閥和底板之間。

壓力繼電器是一種將液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的元件，其作用是根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力的變化，通過壓力繼電器內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)，自動(dòng)接通或斷開電氣線路，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護(hù)[1]。

1.2 缺陷分析

DCY-1.5B型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)原制動(dòng)液壓系統(tǒng)故障率較高，每個(gè)月至少出現(xiàn)2次故障，極大影響了礦井生產(chǎn)。經(jīng)過分析論證，本研究認(rèn)為該型設(shè)備的制動(dòng)液壓系統(tǒng)無論在設(shè)計(jì)上還是在選材上，均存在不足。主要缺陷為：①由于疊加閥下板塊孔徑小，易堵塞，造成局部壓力增大，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)制動(dòng)靈活、轉(zhuǎn)向不靈活或制動(dòng)不靈活的現(xiàn)象；②疊加閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易準(zhǔn)確排查故障，維修不方便，且維修成本高；③原液壓系統(tǒng)通過邊制動(dòng)邊給蓄能器補(bǔ)液，蓄能器在該系統(tǒng)中主要起補(bǔ)償泄漏和保持恒壓作用，從安全角度考慮，蓄能器位置設(shè)置不合理，應(yīng)先給蓄能器補(bǔ)液而后進(jìn)行制動(dòng)，方可提高系統(tǒng)安全性；④疊加式集成閥的出油管接口較小，造成疊加式集成閥與腳制動(dòng)閥之間出油管通徑較小，壓力損失大，易產(chǎn)生高溫；⑤在雙聯(lián)泵前泵出口處未設(shè)置安全閥，僅依靠電磁換向閥將多余的液壓油返回進(jìn)油管，形成2股壓力油相對(duì)流動(dòng)，易造成油溫增加，導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定。

2 制動(dòng)液壓系統(tǒng)改造

2.1 改造方案

(1)將疊加式集成閥塊替換為流量大的充液閥，由充液閥流出的壓力油首先進(jìn)入蓄能器補(bǔ)液，然后與腳制動(dòng)器相連，不但能夠消除因閥孔堵塞造成局部壓力突增的現(xiàn)象，還在一定程度上簡化了液壓系統(tǒng)，便于維修。

(2)將疊加式集成閥塊出油管(內(nèi)徑φ8 mm)替換為內(nèi)徑較大的出油管(內(nèi)徑φ13 mm)，能夠有效減少沿程壓力損失，減少溫升。

(3)拆除不常用的手動(dòng)換向閥，簡化系統(tǒng)，降低成本。

(4)將普通電磁換向閥替換為質(zhì)量可靠的電磁換向閥，并將其連接于充液閥和腳制動(dòng)閥之間，能夠有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強(qiáng)制動(dòng)的靈活性。

(5)在雙聯(lián)泵前泵出口處增加1個(gè)溢流閥代替電磁換向閥，作為安全閥使用，將多余的壓力油通過回油管返回油箱，避免了2股壓力油相對(duì)沖擊造成系統(tǒng)油溫升高，保護(hù)主要元件雙聯(lián)泵，保證系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。

2.2 改進(jìn)后液壓制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

改進(jìn)后制動(dòng)液壓系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理

當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙聯(lián)泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液壓油從雙聯(lián)泵的前泵進(jìn)入充液閥，經(jīng)充液閥流出的液壓油首先進(jìn)入蓄能器進(jìn)行保壓，然后經(jīng)電磁閥進(jìn)入腳制動(dòng)閥，最后流入前、后橋制動(dòng)器，蓄能器內(nèi)的壓力油隨時(shí)可供給制動(dòng)器。踩下腳制動(dòng)閥后，液壓油流回油箱，充液閥的另一路油進(jìn)入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)向，當(dāng)充液閥向蓄能器充液并達(dá)到充液閥設(shè)定的上限壓力時(shí)，充液閥卸載；當(dāng)蓄能器壓力低于充液閥設(shè)定的下限壓力時(shí)，充液閥補(bǔ)液。當(dāng)電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)需要被其他車輛牽引時(shí)，僅需將制動(dòng)器進(jìn)油管與手動(dòng)泵出油口直接相連便可就松閘，改進(jìn)后的制動(dòng)液壓系統(tǒng)在理論上能夠達(dá)到制動(dòng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定要求。

充液閥具有體積小、通流量大、無泄漏等特點(diǎn)，自身帶有緩沖閥心，能有效減少?zèng)_擊和振動(dòng)，但其動(dòng)作前必須先泄壓方可打開通油[2-3]。充液閥一般作為液壓缸和油箱之間的吸排油閥使用，大型壓力機(jī)的快進(jìn)行程，需要從油缸向油箱吸油，加壓時(shí)防止從油缸流入油箱，反向時(shí)從油缸排油至油箱[4]。充液閥的液壓原理為動(dòng)力油進(jìn)入充液閥后經(jīng)閥內(nèi)濾網(wǎng)、單向閥和閥芯向蓄能器充液，當(dāng)壓力達(dá)到充液閥設(shè)定的上限壓力時(shí)，充液閥的中間閥芯向右移，下面閥的中心向左移，如此液壓泵的油便能夠進(jìn)入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。當(dāng)蓄能器壓力低于充液閥設(shè)定的下限壓力時(shí)，中間閥芯向左移，下面閥芯向右移，對(duì)蓄能器進(jìn)行補(bǔ)液。

3 壓力損失驗(yàn)算

從雙聯(lián)泵到充液閥的進(jìn)油管長為l1=0.95 m，直徑為d1=16×10-3m，流量為q1=60 L/min=1×10-3m3/s；由充液閥到腳制動(dòng)的進(jìn)油管長為l2=0.7 m，直徑為d2=13×10-3m，流量為q2=48 L/min=0.8×10-3m3/s；由腳制動(dòng)到前后橋制動(dòng)器的進(jìn)油管長為l3=1.8 m，直徑為d2=8×10-3m，流量為q2=10 L/min=0.17×10-3m3/s；回油管長為l4=1.5 m，直徑為d4=13×10-3m，流量為q4=120 L/min=2×10-3m3/s。制動(dòng)液壓系統(tǒng)采用N68號(hào)液壓油，最低工作溫度為25 ℃，可知此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)黏度為200×10-6m2/s，油密度為900 kg/m3。經(jīng)過計(jì)算，進(jìn)油路壓力損失為6.64×105Pa，回油路壓力損失為10×105Pa。整個(gè)液壓系統(tǒng)各元件的壓力損失計(jì)算結(jié)果見表1。分析表1可知：系統(tǒng)各元件實(shí)際壓力損失均小于額定壓力損失，表明整個(gè)制動(dòng)液壓系統(tǒng)改造較合理。

表1 鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)各元件流量及局部壓力損失

4 結(jié) 語

針對(duì)新橋礦2臺(tái)DCY-1.5B型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的技術(shù)改造方案。即從結(jié)構(gòu)上簡化了原有的疊加式集成閥塊式結(jié)構(gòu)，采用充液閥代替了集成式疊加閥使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡單靈活，安裝和維修方便；利用內(nèi)徑較大的油管代替內(nèi)徑較小油管大大減少了沿程壓力損失，并縮短了制動(dòng)時(shí)間；降低了液壓油的溫度使其達(dá)到了最佳工作狀態(tài)；采用溢流閥代替電磁換向閥作為安全閥使用，既保護(hù)了系統(tǒng)主要元件，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)場實(shí)踐表明：系統(tǒng)改造后，故障率下降了約85%，大幅提高了該型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的工作效率，降低了設(shè)備維修成本，經(jīng)濟(jì)效益較顯著。