黃志友

北方銅業(yè)股份有限公司銅礦峪礦 山西垣曲 043700

鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、液壓系統(tǒng)和制動(dòng)器組成，具有行車制動(dòng)、停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)功能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，制動(dòng)器逐步從蹄式制動(dòng)器、鉗盤式制動(dòng)器發(fā)展到封閉濕式多盤式制動(dòng)器[1]。封閉濕式多盤式制動(dòng)器具有全封閉防水防塵、制動(dòng)性能穩(wěn)定、散熱效果好、耐磨損、使用壽命長、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，解決了蹄式制動(dòng)器和鉗盤式制動(dòng)器受環(huán)境影響大、制動(dòng)性能下降快、故障率高等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鏟運(yùn)機(jī)及其他工程機(jī)械。

1 國產(chǎn) 2 m3 柴油鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)

地下鏟運(yùn)機(jī)主要制動(dòng)器有蹄式制動(dòng)器、鉗盤式制動(dòng)器和封閉多盤濕式制動(dòng)器 3 種。蹄式制動(dòng)器和鉗盤式制動(dòng)器因維護(hù)頻繁、制動(dòng)性能下降快等缺點(diǎn)，現(xiàn)已很少應(yīng)用。封閉多盤濕式制動(dòng)器設(shè)置在驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)部，不受外界環(huán)境的影響，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛[2]。

封閉濕式多盤式制動(dòng)器又分為 LCB 制動(dòng)器和Posi-Stop 制動(dòng)器 2 種。Posi-Stop 制動(dòng)器具有行車制動(dòng)、停車制動(dòng)和緊急制動(dòng) 3 項(xiàng)功能，無需再設(shè)置輔助制動(dòng)回路，但造價(jià)較高。國產(chǎn) 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)采用 LCB 制動(dòng)器和鉗盤式制動(dòng)器組合，如圖 1所示。

圖1 2 m3 柴油鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

LCB 制動(dòng)器安裝在 4 個(gè)車輪上，執(zhí)行行車制動(dòng)功能；鉗盤式制動(dòng)器安裝在前橋輸入軸上，執(zhí)行停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)功能。制動(dòng)液壓系統(tǒng)中配置了 1個(gè) NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器、2 個(gè) NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器和 1 套充液閥儲(chǔ)能裝置作為動(dòng)力源。其中 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器為鉗盤式制動(dòng)器提供動(dòng)力，通過停車電磁閥和停車制動(dòng)液壓缸控制鉗盤式制動(dòng)器的并攏和打開；2 個(gè) NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器分別為前、后橋的 LCB 制動(dòng)器提供動(dòng)力，通過制動(dòng)踏板控制 LCB 制動(dòng)器的制動(dòng)和釋放。

鉗盤式制動(dòng)器安裝在傳動(dòng)軸上，為彈簧制動(dòng)、液壓釋放形式。鏟運(yùn)車啟動(dòng)后，充液閥給蓄能器充液儲(chǔ)能，制動(dòng)壓力達(dá)到 15 MPa 后，停車電磁閥得電動(dòng)作，連通蓄能器和停車制動(dòng)液壓缸油路，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的液壓油頂開停車制動(dòng)液壓缸，鉗盤式制動(dòng)器打開，解除停車制動(dòng)；停車時(shí)，停車電磁閥失電回位，停車制動(dòng)液壓缸的彈簧推動(dòng)活塞桿，鉗盤式制動(dòng)器并攏，施以停車制動(dòng)。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

鉗盤式制動(dòng)器在運(yùn)行過程中，因其開放式結(jié)構(gòu)，泥沙、碎石易進(jìn)入，泥水黏結(jié)造成鉗盤變形損壞，導(dǎo)致鉗盤式制動(dòng)器釋放不完全，損壞停車制動(dòng)液壓缸和傳動(dòng)軸，引發(fā)設(shè)備事故，如圖 2 所示。

圖2 鉗盤式制動(dòng)器安裝位置和損壞情況

該類型鏟運(yùn)機(jī)的停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)裝置可靠性較低，且故障率高，存在較大安全隱患。某礦現(xiàn)有國產(chǎn) 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī) 10 臺(tái)，主要擔(dān)負(fù)著井下掘進(jìn)出渣和采場(chǎng)清理工作，為確保行車安全，急需對(duì) 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

3 對(duì)策研究與制定

按前述，改用 Posi-Stop 制動(dòng)器可消除該類型鏟運(yùn)機(jī)停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)可靠性低的安全隱患，需更換前、后驅(qū)動(dòng)橋總成，并對(duì)液壓系統(tǒng)和控制裝置進(jìn)行系統(tǒng)改造，改造費(fèi)用約 13 萬元。因此，通過對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的控制油路進(jìn)行改造，利用原車 LCB 制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)功能的對(duì)策更加可行。

利用梭閥將停車制動(dòng)管路與前橋 LCB 制動(dòng)器管路連接在一起，通過梭閥實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)油路和停車制動(dòng)油路的快速轉(zhuǎn)換，利用前橋 LCB 制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)的功能。

梭閥結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。梭閥相當(dāng)于 2 個(gè)單向閥組合的閥，是閥體與執(zhí)行器合二為一的閥門，梭閥動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠，可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。梭閥有 2 個(gè)進(jìn)口 P1和P2，1 個(gè)出口 A，P1和 P2都與出口 A 相通、但 P1和P2不相通。其工作原理是 P1和 P2中的任一個(gè)有壓力輸入，出口 A 都有輸出。

圖3 梭閥結(jié)構(gòu)原理圖和符號(hào)

4 改造實(shí)施方案

改造后的制動(dòng)液壓系統(tǒng)如圖 4 所示。

圖4 改造后的制動(dòng)液壓系統(tǒng)

拆除鉗盤式制動(dòng)器和停車制動(dòng)液壓缸，加裝 1 個(gè)梭閥，將停車電磁閥的出油管連接到梭閥進(jìn)口 P1，制動(dòng)踏板通往前橋的油管連接到梭閥進(jìn)口 P2，前橋 LCB制動(dòng)器油管連接到梭閥出口 A，停車電磁閥由常閉型改為常開型，保證斷電狀態(tài)下停車制動(dòng)蓄能器與前橋LCB 制動(dòng)器油路是連通的。

正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，剎車壓力達(dá)到 15 MPa 后，停車制動(dòng)電磁閥得電動(dòng)作，斷開停車制動(dòng)油路，解除停車制動(dòng)。行車制動(dòng)時(shí)，踏下制動(dòng)踏板，梭閥進(jìn)口 P2與出口 A 相通，NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器的制動(dòng)液進(jìn)入前橋和后橋，LCB 制動(dòng)器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)。停車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，停車制動(dòng)電磁閥失電回位，梭閥進(jìn)口 P1與出口 A 相通，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的制動(dòng)液進(jìn)入前橋，前橋 LCB制動(dòng)器動(dòng)作，執(zhí)行停車制動(dòng)或緊急制動(dòng)。

注意事項(xiàng)：后橋制動(dòng)油路未進(jìn)行改造，后橋LCB 制動(dòng)器只執(zhí)行行車制動(dòng)功能；因隔膜式蓄能器長時(shí)間停用會(huì)出現(xiàn)泄壓現(xiàn)象，因此，正常停車后應(yīng)用三角掩木將車輪掩住，確保安全。

5 可行性驗(yàn)算

此次改造只在油路和電磁閥上進(jìn)行，供能裝置和液壓系統(tǒng)沒有變化。每制動(dòng)一次，蓄能器釋放一定的油量，停車制動(dòng)蓄能器能否滿足 2 次以上停車制動(dòng)需要的油液量是此次改造的關(guān)鍵。

隔膜式蓄能器內(nèi)部油壓發(fā)生變化，氣體質(zhì)量不變，溫度不變，氣囊內(nèi)氣體可以看成理想氣體，符合定量等溫的氣態(tài)方程核算前提。由定量等溫的氣態(tài)方程得出[3]，當(dāng)充入油量V1時(shí)，

當(dāng)充入油量V2時(shí)，

全部制動(dòng)油液量

式中：Vx為全部制動(dòng)油液量，L；V1、V2分別為最低、最高工作壓力時(shí)進(jìn)入蓄能器的油液量，L；p0為蓄能器充氣壓力，MPa；p1、p2分別為最低、最高工作壓力，MPa；V0為蓄能器容積，L。

已知 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1.6 L、NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1 L、充氣壓力p0為 7 MPa、最低工作壓力p1為 12 MPa、最高工作壓力p2為 15 MPa。

由式 (3) 求出 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器全部制動(dòng)油液量為 116 mL。

該型號(hào) LCB 制動(dòng)器的排量為 27.2 mL，每個(gè)驅(qū)動(dòng)橋有 2 個(gè) LCB 制動(dòng)器，1 次有效制動(dòng)所需油液量為54.4 mL。

NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的容量可提供 116÷54.4 mL≈2.13 次有效制動(dòng)的油液。因此，該型號(hào)LCB 制動(dòng)器作為停車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器滿足油液量要求。相對(duì)行車制動(dòng)，停車制動(dòng)動(dòng)作次數(shù)較少，不會(huì)引起充液閥頻繁動(dòng)作，無需增大停車制動(dòng)蓄能器容積。

6 結(jié)語

拆除傳動(dòng)軸上的鉗盤干式制動(dòng)器，由車橋上的封閉多盤濕式制動(dòng)器來執(zhí)行鏟運(yùn)機(jī)的停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)均，制動(dòng)效果穩(wěn)定可靠。改造后，消除了鉗盤干式制動(dòng)器在井下工況下易變形損壞、制動(dòng)失效導(dǎo)致的設(shè)備事故，可有效地保證機(jī)車運(yùn)行安全。