陳逢雷

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077）

無(wú)軌輔助運(yùn)輸設(shè)備在國(guó)內(nèi)發(fā)展得比較晚，直到20世紀(jì)90年代初才開始引進(jìn)無(wú)軌膠輪輔助運(yùn)輸設(shè)備[1-4]，在此基礎(chǔ)上，一些科研所和大型礦區(qū)通過(guò)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，開發(fā)出了更適合國(guó)內(nèi)礦井的輔助運(yùn)輸設(shè)備，不僅生產(chǎn)周期短，而且價(jià)格相對(duì)低廉[5-6]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，以神東礦區(qū)為代表的大型礦區(qū)，已經(jīng)廣泛使用無(wú)軌膠輪式輔助運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了人、物料、液壓支架、采煤機(jī)和鉆機(jī)的快速轉(zhuǎn)運(yùn)，極大地提高了礦井運(yùn)輸效率。對(duì)無(wú)軌膠輪設(shè)備而言，地面運(yùn)輸一般要求很低，除了對(duì)速度的要求外，其他不予考慮，主要考慮煤礦井下運(yùn)輸，隨著國(guó)內(nèi)煤礦礦井規(guī)模的擴(kuò)大和開采距離的延伸，希望設(shè)備能無(wú)限接近工作面，尤其是一些自身質(zhì)量比較大的設(shè)備，有的甚至需要在帶式輸送機(jī)巷道內(nèi)使用，在這種情況下，現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備的缺點(diǎn)就凸顯出來(lái)，這就對(duì)無(wú)軌膠輪設(shè)備提出了更高的要求[7-8]。

目前市面上主要的無(wú)軌膠輪設(shè)備，承載能力達(dá)到10 000 kg的其寬度都在1.8 m以上，而寬度在1.5 m以下的，承載能力只能到3 000 kg。針對(duì)現(xiàn)有膠輪設(shè)備在寬度和承載能力等方面存在的局限性，提出多用途窄體式無(wú)軌膠輪平臺(tái)的方案，可根據(jù)需要在平臺(tái)上布置鉆探和掘錨類工作裝置，也可安裝貨斗，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的目的。

1 總體設(shè)計(jì)

運(yùn)輸平臺(tái)由一體式機(jī)架、動(dòng)力單元、支腿及輪邊驅(qū)動(dòng)單元等組成，額定載質(zhì)量8 000 kg。動(dòng)力源為防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵集成在動(dòng)力艙內(nèi)[9-10]。主要參數(shù)為：①長(zhǎng)×寬×高:5.95 m×1.5 m×2.2 m；②自重：6 000 kg；③載重:8 000 kg；④最大行駛速度：15 km/h；⑤最大爬坡度：15°；⑥最小轉(zhuǎn)彎半徑：7 m。

1）機(jī)架結(jié)構(gòu)。機(jī)架由2根主梁和若干根橫梁組成，其余各個(gè)部件均通過(guò)高強(qiáng)度螺栓與主梁連接，具有良好的穩(wěn)定性和承載性，機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 機(jī)架結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The frame structure

2）動(dòng)力單元和駕駛艙。動(dòng)力單元和駕駛艙布置在機(jī)架前方，包括防爆柴油機(jī)、液壓泵、燃油箱、補(bǔ)水箱、水洗箱和冷卻器等。駕駛艙內(nèi)部集成了操作模塊和輔助倒車影像視頻和雷達(dá)。

3）支腿結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸平臺(tái)車體左右安裝了4個(gè)液壓支腿，主要由內(nèi)外支撐套和液壓油缸組成，外套與機(jī)架連接，油缸分別與內(nèi)外套連接，支腿可由平臺(tái)自身液壓油路和外部油源分別完成支護(hù)，可提高上裝設(shè)備工作的穩(wěn)定性和平臺(tái)行走的通過(guò)性能，亦可增加可維護(hù)性。

2 液壓控制系統(tǒng)

根據(jù)使用特點(diǎn)及巷道內(nèi)的要求，由于單體載質(zhì)量大，并且需要具備重載工況下的微動(dòng)行駛功能，對(duì)低速時(shí)的穩(wěn)定性要求很高，所以平臺(tái)采用了液壓控制系統(tǒng)，主要由驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、支腿控制系統(tǒng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)等組成，不需要額外牽引設(shè)備即可自行完成前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用閉式液壓回路,遠(yuǎn)程比例控制；其他控制系統(tǒng)采用開式液壓回路,恒功率負(fù)荷傳感+遠(yuǎn)程比例控制[11-12]。

2.1 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用由外部油源控制換向的DA比例變量泵+具有可變排量的低速大扭矩馬達(dá)配置方案，驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理如圖2，通過(guò)泵的變量改變主油路中的流量和方向，實(shí)現(xiàn)車輛的變速與換向,并且閉式液壓系統(tǒng)具有功率密度高、布局方便、過(guò)載保護(hù)能力強(qiáng)和控制方式靈活等特點(diǎn)[13]。

由液壓泵和馬達(dá)并聯(lián)形成回路，有效解決了差速、防滑和功率匹配等問(wèn)題。當(dāng)轉(zhuǎn)彎或者路況改變時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)分配流量，避免輪組的滑動(dòng)；當(dāng)路面附著力差出現(xiàn)輪組打滑時(shí)，可由遠(yuǎn)控的閥組強(qiáng)制分流，保證設(shè)備的通過(guò)性；當(dāng)負(fù)載突然增大而引起功率接近發(fā)動(dòng)機(jī)輸出時(shí)，液壓泵排量可隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低而減小，防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，達(dá)到功率匹配的目的。

圖2 驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理Fig.2 The principle of driving hydraulic system

2.2 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要包括液壓泵、液壓?jiǎn)温贩€(wěn)流閥、液壓比例轉(zhuǎn)向器、安全閥塊及液壓缸等。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、可控性好、功率密度大、能緩和地面沖擊和動(dòng)作迅速而平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

從平臺(tái)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)適用性方面考慮，采用組合式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即將工作裝置液壓系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)先分流閥連接起來(lái)組成一個(gè)新的液壓系統(tǒng)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可獲得接近于最完善的轉(zhuǎn)向性能，并同時(shí)滿足工作裝置性能的需要。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和工作裝置系統(tǒng)共泵組合油路如圖3，工作裝置油路與穩(wěn)固系統(tǒng)或者冷卻系統(tǒng)等相連。

圖3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和工作裝置系統(tǒng)共泵組合油路Fig.3 The principle of steering and working system

2.3 制動(dòng)控制系統(tǒng)

在巷道內(nèi)部運(yùn)行的設(shè)備，具有一套安全有效的制動(dòng)系統(tǒng)非常重要，所以運(yùn)輸平臺(tái)的制動(dòng)系統(tǒng)主要包括駐車制動(dòng)、緊急制動(dòng)和行車制動(dòng)。

駐車制動(dòng)由安裝在液壓馬達(dá)中的濕式多盤制動(dòng)器完成，車輛行駛時(shí)，壓力油克服彈簧力使制動(dòng)器開啟；車輛停止時(shí)，制動(dòng)器泄壓，在彈簧力的作用下，實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)；同時(shí)，液壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)，使得打開減速機(jī)駐車制動(dòng)器的壓力不穩(wěn)定，減速機(jī)內(nèi)的剎車片過(guò)度磨耗，減短了使用壽命。為了解決上述問(wèn)題，在駐車制動(dòng)管路上增加蓄能器，作為駐車制動(dòng)系統(tǒng)輔助動(dòng)力源。在巷道內(nèi)行使時(shí)，周圍環(huán)境比較潮濕，光線黑暗，在碰到緊急情況，需要立刻停車時(shí)，駕駛員可以按下駕駛室內(nèi)的紅色按鈕，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)車輛的緊急制動(dòng)，緊急制動(dòng)與駐車制動(dòng)共用制動(dòng)器。

行車制動(dòng)由閉式液壓系統(tǒng)和行車制動(dòng)器共同組成，車輛運(yùn)行過(guò)程中，主要利用閉式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在變量泵的排量逐漸降低直到0的過(guò)程中，系統(tǒng)的循環(huán)流量也隨之降低，此時(shí)液壓泵中的高壓溢流閥起作用，產(chǎn)生液壓阻尼的作用，實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)。與此同時(shí)，駕駛員踩下行車制動(dòng)踏板，使?jié)袷街苿?dòng)器起作用，兩者共同實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)，工作時(shí)，壓力油通過(guò)制動(dòng)踏板進(jìn)入制動(dòng)油腔，推動(dòng)活塞將摩擦片壓緊實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，當(dāng)駕駛員松開制動(dòng)踏板時(shí)，壓力油通過(guò)腳踏板流回油箱卸壓，卸壓后，回位彈簧將摩擦片彈回。

3 運(yùn)輸平臺(tái)試驗(yàn)

在試驗(yàn)中使用等量的物體放置在平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，利用測(cè)試儀器測(cè)試系統(tǒng)壓力,主要參數(shù)如下：①最大行駛速度：20 km/h；②最大爬坡度：15°；③最小轉(zhuǎn)彎半徑：6.8 m；④最小離地間隙：200 mm；⑤平地行走壓力：12.8 MPa；⑥爬坡行走壓力：32.6 MPa；⑦轉(zhuǎn)向壓力：8.6 MPa；⑧行車制動(dòng)最大壓力：10.8 MPa。結(jié)果表明：運(yùn)輸平臺(tái)轉(zhuǎn)向靈活，制動(dòng)安全，可在貨臺(tái)上安裝鉆探或掘錨類設(shè)備完成相應(yīng)施工工作，也可安裝貨箱進(jìn)行物料的搬運(yùn)。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)軌膠輪平臺(tái)是針對(duì)煤礦井下巷道需求而研制的途窄體式運(yùn)輸平臺(tái)，采用整體式設(shè)計(jì)思路，具有較高的載體比，滿足特殊使用環(huán)境下的要求。設(shè)計(jì)了一體式機(jī)架和專用的液壓控制系統(tǒng)，利用防爆柴油機(jī)作為動(dòng)力源，滿足了煤礦井下特殊工作環(huán)境下對(duì)機(jī)動(dòng)性、靈活性和通過(guò)性等要求。