范湘生， 卓 義， 張學(xué)穩(wěn)

(安徽銅冠機(jī)械股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 銅陵 244000)

CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)液壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范湘生， 卓 義， 張學(xué)穩(wěn)

(安徽銅冠機(jī)械股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 銅陵 244000)

CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)是井下新型潛孔鑿巖設(shè)備，主要用于非煤地下礦山及隧道、水利等巖土工程中進(jìn)行全方位大直徑深孔鑿巖。本文詳細(xì)闡述其制動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理及主要元件的參數(shù)計(jì)算方法。

潛孔鉆車(chē)； 液壓制動(dòng)系統(tǒng)； 蓄能器； 濕式多盤(pán)制動(dòng)器

0 引言

CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)是安徽銅冠機(jī)械股份有限公司跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)我國(guó)礦山實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件而研制的新型潛孔鑿巖設(shè)備。外形尺寸見(jiàn)圖1。

1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)是井下新型潛孔鑿巖設(shè)備，在原T-150高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，底盤(pán)為液壓傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)變量泵，變量泵與變量馬達(dá)組成閉式回路，馬達(dá)輸出軸連接前橋分動(dòng)箱，分動(dòng)箱將動(dòng)力輸出給前、后橋帶動(dòng)車(chē)輛行駛。前機(jī)架安裝工作機(jī)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)的工作閥塊，后車(chē)架與副車(chē)架通過(guò)螺栓連接，副車(chē)架安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)水系統(tǒng)及卷纜裝置，后車(chē)架安裝駕駛室及電機(jī)等，后車(chē)架的橋帶擺動(dòng)架以適應(yīng)凹凸不平的路面，前后機(jī)架通過(guò)鉸接方式連接[1]；工作機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)鑿巖，動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)；該設(shè)備是T-150高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)的升級(jí)版，根據(jù)近幾年現(xiàn)場(chǎng)使用情況對(duì)工作機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，底盤(pán)液壓系統(tǒng)動(dòng)力源由原來(lái)的電動(dòng)機(jī)改為柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。本文介紹了整體式液壓外力制動(dòng)閥的工作原理及蓄能器、制動(dòng)泵的選型。

圖1 CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)外形圖 單位：mm

2 液壓制動(dòng)系統(tǒng)介紹

底盤(pán)液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2所示：

1.停車(chē)制動(dòng)油缸 2.手制動(dòng)閥(停車(chē)制動(dòng)閥) 3.整體式液壓外力制動(dòng)閥 4.制動(dòng)泵 5.吸油過(guò)濾器 6.行車(chē)制動(dòng)器 7.蓄能器 8.壓力繼電器圖2 底盤(pán)制動(dòng)液壓系統(tǒng)原理圖

CQ160鉆車(chē)選用美國(guó)德納公司5噸111剛性橋，該橋制動(dòng)器為摩擦片為6片的濕式多盤(pán)制動(dòng)器，該制動(dòng)器制動(dòng)方式有液壓制動(dòng)和彈簧制動(dòng)兩種制動(dòng)方式，液壓制動(dòng)為行車(chē)制動(dòng)，彈簧制動(dòng)為停車(chē)、緊急制動(dòng)，前、后橋采用雙回路制動(dòng)，雙回路系統(tǒng)更可靠，即使一個(gè)回路出現(xiàn)故障另一回路可以繼續(xù)工作，保證井下車(chē)輛行駛安全，其工作原理見(jiàn)圖2。液壓制動(dòng)主要通過(guò)整體式液壓外力制動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，整體式液壓外力制動(dòng)閥共計(jì)8個(gè)外接油口，4個(gè)備選油口，其中P口接制動(dòng)泵，3個(gè)S口給行車(chē)制動(dòng)、停車(chē)、緊急制動(dòng)蓄能器供油，該閥通過(guò)節(jié)流口以5 L/min的流量向蓄能器充液，蓄能器壓力一旦達(dá)到140 bar充液結(jié)束，通過(guò)N口到其它執(zhí)行器(如：轉(zhuǎn)向器等)或回油箱，當(dāng)蓄能器壓力比切斷壓力低18%時(shí)，蓄能器再次被充液，此閥采用單向閥可避免其它油路干擾，3個(gè)S口其中一個(gè)接手制動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)恒定壓力制動(dòng)，2個(gè)BR口接前、后橋液壓制動(dòng)油口實(shí)現(xiàn)行車(chē)制動(dòng)，行車(chē)過(guò)程中按照操作力的大小比例地調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，制動(dòng)結(jié)束后橋內(nèi)液壓油回油箱，2個(gè)DS口接停車(chē)、緊急制動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)和液壓制動(dòng)蓄能器壓力開(kāi)關(guān)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力是否正常，一旦不正常報(bào)警燈亮，保證行車(chē)安全。根據(jù)橋制動(dòng)壓力和緊急情況行車(chē)制動(dòng)次數(shù)要求，蓄能器壓力保持在12～14 MPa之間，橋單次制動(dòng)需要的排量q=8 mL，緊急情況下蓄能器供油量保證N=7次的有效行車(chē)制動(dòng)。所以蓄能器的有效容積是重要參數(shù)，在設(shè)計(jì)中必須選擇正確[2]。

3 制動(dòng)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 蓄能器容積的確定

在制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輛每制動(dòng)一次，蓄能器釋放一定的油量，其內(nèi)部的油壓發(fā)生變化，氣體質(zhì)量不變，溫度不變，所以可用定量等溫氣體方程描述。由定量等溫方程得出[2]：

當(dāng)充入油量V1時(shí)：

P0V0=P1(V0-V1)，V1=V0-P0V0/P1

(1)

當(dāng)充入油量V2時(shí)：

P0V0=P2(V0-V2)，V2=V0-P0V0/P2

(2)

全部制動(dòng)油液量：

Vx=V2-V1=(V0-P0V0/P2)-(V0-P0V0/P1)=(P0/P1-P0/P2)V0，得：

V0=P1P2Vx/{P0(P2-P1)}=
P1Vx/{P0(1-P1/P2)}

(3)

式中V0—蓄能器的容積，L；V1—最低壓力時(shí)充入蓄能器的油液量，L；V2—最高壓力時(shí)充入蓄能器的油液量，L；PO—充氣壓力，MPa；P1—最低工作壓力，MPa；P2—最高工作壓力，MPa；Vx—全部制動(dòng)油液量，L，Vx=V2—V1；

工作壓力范圍12～14 MPa，即P1=12 MPa，P2=14 MPa，制動(dòng)次數(shù)按N=7次計(jì)算，每個(gè)制動(dòng)器的排量q=8 mL，充氣壓力P0=8 MPa；

計(jì)算得：Vx=0.224 L，V0=2.3 L，結(jié)合蓄能器的選型標(biāo)準(zhǔn)，該制動(dòng)系統(tǒng)選用3個(gè)1 L或2個(gè)1.6 L的蓄能器方可滿(mǎn)足要求。

3.2 制動(dòng)泵排量的確定

制動(dòng)泵的排量根據(jù)蓄能器的充液時(shí)間來(lái)確定。為安全起見(jiàn)，蓄能器的充液時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)20s。蓄能器從無(wú)油到完全充滿(mǎn)油液所需的油液體積(蓄能器的工作過(guò)程為絕熱過(guò)程)按選用3個(gè)1L的蓄能器計(jì)算得Vx=1.7L，則系統(tǒng)制動(dòng)泵流量為5.1L/min，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速900r/min，泵的容積效率為85%，故泵的排量為qb=5100/(0.85×900)=6.7mL/r，所以選擇齒輪泵的排量為10mL/r。

4 結(jié)論

在工業(yè)試驗(yàn)中，CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車(chē)的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到或超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 460—2003《高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)》的要求，現(xiàn)在已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。

[1] 張光裕.工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[2] 雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

Hydraulic Braking System Design of CQ-160 High Pressure Annular Hole Drill

FAN Xiang-sheng， ZHUO Yi， ZHANG Xue-wen

(Technology Center, Anhui Tong Guan Machinery Co., Ltd. Tongling 244000, China)

CQ-160 high pressure annular hole drill is a new DTH downhole drilling equipment, mainly used for non-coal underground mines and tunnels, water conservancy and other geotechnical engineering for a full range of large diameter deep hole drilling. This paper describes the working principle of its hydraulic braking system and parameters calculated of major component.

DTH Drill； hydraulic braking system； accumulators； wet multi-disc brakes

2013-07-09

范湘生(1962-)，男，四川西充人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事礦山機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的研究工作，現(xiàn)任安徽銅冠機(jī)械股份有限公司副總經(jīng)理。

卓義(1982-)，男，安徽泗縣人，工程師，大學(xué)本科，主要從事技術(shù)管理工作，現(xiàn)任安徽銅冠機(jī)械股份有限公司無(wú)軌研發(fā)室主任。

TD41

B

1003-8884(2014)01-0051-03

張學(xué)穩(wěn)(1986-)，男，安徽靈璧人，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任安徽銅冠機(jī)械股份有限公司無(wú)軌研發(fā)室技術(shù)員。