王 濤

（山西焦煤西山煤電杜兒坪礦， 山西 太原 030053）

引言

目前，大多數(shù)煤礦所采用的井下軌道牽引車輛都是由車頭輸出牽引力，控制軌道牽引車輛的運行，并通過機(jī)械制動系統(tǒng)進(jìn)行剎車和緊急制動等，這些機(jī)械制動系統(tǒng)主要包括閘瓦制動、制動操作機(jī)構(gòu)等，但這些常用的制動方式在使用中卻普遍存在著制動性能差、制動時操作提前量大，一旦遇到需要緊急制動的情況，無法實現(xiàn)有效的制動，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足井下緊急制動的要求，極易導(dǎo)致出現(xiàn)人員傷亡事故[1]。同時，煤礦井下巷道內(nèi)工作環(huán)境極端惡劣、巷道內(nèi)坡度大、工況復(fù)雜，對于軌道牽引車輛的制動提出了更高的要求，要求其不但要滿足各種情況下的制動性能還必須具備防爆等性能。

1 新型制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對現(xiàn)有井下軌道牽引車輛制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分研究之后，結(jié)合井下制動的要求，并且綜合考慮井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、坡度起伏大、工作條件惡劣等情況，對現(xiàn)有的液壓制動、機(jī)械制動、氣源制動的方案進(jìn)行了綜合對比分析。鑒于井下軌道牽引車輛使用條件惡劣、工作損耗大，并考慮井下維護(hù)等因素，我們最終選擇結(jié)構(gòu)相對簡單的機(jī)械制動方案，在該制動系統(tǒng)中，采用不規(guī)則的凸輪結(jié)構(gòu)，再輔以連桿機(jī)構(gòu)，組成了新的凸輪連桿制動臂，利用鼓式制動裝置對軌道牽引車輛進(jìn)行制動，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 制動結(jié)構(gòu)原理圖

在軌道牽引車輛運行的過程中，當(dāng)駕駛員發(fā)出制動指令后，車輛的動力裝置脫開，車輛的制動力的輸入軸與動力系統(tǒng)的輸出軸脫開，根據(jù)駕駛員所發(fā)出的制動命令的不同等級選擇合適的減速比，使動力系統(tǒng)的輸入軸得到預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速，此時凸輪結(jié)構(gòu)和制動軸一起運動[2]，使從動件1開始在導(dǎo)槽內(nèi)運動，從槽內(nèi)的A點位置轉(zhuǎn)移到槽內(nèi)的B點位置，同步帶動連桿4傳遞給制動連桿8，再由制動連桿帶動制動凸輪進(jìn)行運動，從而控制制動器6進(jìn)行制動，制動裝置的三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 制動結(jié)構(gòu)三維模型

由制動結(jié)構(gòu)的三維模型可以看出，該制動結(jié)構(gòu)采用了螺旋式的凸輪結(jié)構(gòu)，在對凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，可通過改變凸輪的輪廓參數(shù)，實現(xiàn)對從動件1運動規(guī)律的有效控制[3]，確保其在運行過程中的平穩(wěn)性和有效性，可有效降低機(jī)構(gòu)在運行過程中的動載荷，增加制動機(jī)構(gòu)的使用壽命。

制動器采用的是蹄形制動結(jié)構(gòu)，對其中的制動凸輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使其能同時滿足制動時反應(yīng)靈敏和輸出足夠大的制動力矩的要求，確保軌道牽引車能夠在最短的時間內(nèi)進(jìn)行有效的制動，縮小制動后的行進(jìn)距離，提高軌道牽引車輛井下運行的可靠性和安全性。

2 新型制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真分析

ADAMS仿真軟件主要由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱五類模塊組成，用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析[4]。

我們將有三維軟件建立起的制動機(jī)構(gòu)的三維模型導(dǎo)入到ADAMS仿真分析軟件中去，根據(jù)井下軌道牽引車的實際情況設(shè)置響應(yīng)約束，然后對其進(jìn)行仿真分析，其動態(tài)仿真圖像如圖3所示。

圖3 制動結(jié)構(gòu)仿真分析動態(tài)圖

在分析時我們主要針對軌道牽引車在滿載情況下的制動情況進(jìn)行分析，其仿真結(jié)果如圖4—圖8所示。

圖4 滿載情況下凸輪結(jié)構(gòu)受力情況

圖5 滿載情況下領(lǐng)蹄的制動力矩

圖6 滿載情況下從蹄的制動力矩

圖7 滿載情況下鼓式制動器的角速度變化

圖8 滿載情況下制動總位移的變化

由圖4可知，在軌道牽引車制動時，凸輪結(jié)構(gòu)3的受力并不會隨著軌道車載重情況的變化而變化，受力基本維持在1.2 kN。

由圖5、圖6可知，在軌道牽引車滿載的情況下，其制動時間約為4.9 s，其制動力矩也相應(yīng)的增加。

由圖7可以看出，在軌道牽引車滿載制動時，鼓式制動器在制動過程中呈等減速運動，制動時間約4.9 s。

由圖8可以看出，在軌道牽引車滿載制動時，隨著載質(zhì)量的增加其制動位移增加為9.5 m。

3 結(jié)論

根據(jù)仿真結(jié)果分析，在規(guī)定的運行速度下，軌道牽引車輛在滿載情況下的制動距離和時間均滿足煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，充分證明了該制動方案可靠。該方案很好地克服了現(xiàn)有軌道牽引車輛制動系統(tǒng)制動性能差，制動時操作提前量大的缺點，極大地提高了井下軌道牽引車輛井下運行的安全性。

[1]陳萬秀.煤礦井下防爆運輸車制動系統(tǒng)的研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2007.

[2]鄭建榮.ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3]楊國俊，李偉平.接觸分析在鼓式制動器設(shè)計中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計，2009（3）：69-71.

[4]茍志波.紙巾機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.