李 強 徐慧春 劉恒亮

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

新橋礦于2003年引進了2臺DCY-1.5B型電動鏟運機，主要承擔井巷工區(qū)掘進和采礦任務。隨著設備老化，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。為確保設備安全運行，提升礦井生產(chǎn)效率，對該型設備的制動液壓系統(tǒng)進行技術(shù)改造很有必要。

1 制動液壓系統(tǒng)工作原理及缺陷

1.1 工作原理

DCY-1.5B型電動鏟運機動力機額定功率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。

制動液壓系統(tǒng)中的制動器是彈簧制動液壓釋放的全封閉濕式制動器，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 鏟運機制動液壓系統(tǒng)工作原理

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

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個油口上下貫通，不僅起到單個閥的功能，而且具有溝通閥與閥之間流道的作用。組成回路時，換向閥安裝于最上方，所有對外連接的油口都設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)的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出的元件，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)的微動開關(guān)，自動接通或斷開電氣線路，實現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護[1]。

1.2 缺陷分析

DCY-1.5B型電動鏟運機原制動液壓系統(tǒng)故障率較高，每個月至少出現(xiàn)2次故障，極大影響了礦井生產(chǎn)。經(jīng)過分析論證，本研究認為該型設備的制動液壓系統(tǒng)無論在設計上還是在選材上，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，導致頻繁出現(xiàn)制動靈活、轉(zhuǎn)向不靈活或制動不靈活的現(xiàn)象；②疊加閥結(jié)構(gòu)復雜，不易準確排查故障，維修不方便，且維修成本高；③原液壓系統(tǒng)通過邊制動邊給蓄能器補液，蓄能器在該系統(tǒng)中主要起補償泄漏和保持恒壓作用，從安全角度考慮，蓄能器位置設置不合理，應先給蓄能器補液而后進行制動，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)泵前泵出口處未設置安全閥，僅依靠電磁換向閥將多余的液壓油返回進油管，形成2股壓力油相對流動，易造成油溫增加，導致整個液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定。

2 制動液壓系統(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入蓄能器補液，然后與腳制動器相連，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閥之間，能夠有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強制動的靈活性。

(5)在雙聯(lián)泵前泵出口處增加1個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股壓力油相對沖擊造成系統(tǒng)油溫升高，保護主要元件雙聯(lián)泵，保證系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。

2.2 改進后液壓制動系統(tǒng)工作原理

改進后制動液壓系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

圖2 改進后的鏟運機制動液壓系統(tǒng)工作原理

當電動機帶動雙聯(lián)泵轉(zhuǎn)動時，液壓油從雙聯(lián)泵的前泵進入充液閥，經(jīng)充液閥流出的液壓油首先進入蓄能器進行保壓，然后經(jīng)電磁閥進入腳制動閥，最后流入前、后橋制動器，蓄能器內(nèi)的壓力油隨時可供給制動器。踩下腳制動閥后，液壓油流回油箱，充液閥的另一路油進入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)向，當充液閥向蓄能器充液并達到充液閥設定的上限壓力時，充液閥卸載；當蓄能器壓力低于充液閥設定的下限壓力時，充液閥補液。當電動鏟運機需要被其他車輛牽引時，僅需將制動器進油管與手動泵出油口直接相連便可就松閘，改進后的制動液壓系統(tǒng)在理論上能夠達到制動系統(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，自身帶有緩沖閥心，能有效減少沖擊和振動，但其動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，大型壓力機的快進行程，需要從油缸向油箱吸油，加壓時防止從油缸流入油箱，反向時從油缸排油至油箱[4]。充液閥的液壓原理為動力油進入充液閥后經(jīng)閥內(nèi)濾網(wǎng)、單向閥和閥芯向蓄能器充液，當壓力達到充液閥設定的上限壓力時，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入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。當蓄能器壓力低于充液閥設定的下限壓力時，中間閥芯向左移，下面閥芯向右移，對蓄能器進行補液。

3 壓力損失驗算

從雙聯(lián)泵到充液閥的進油管長為l1=0.95 m，直徑為d1=16×10-3m，流量為q1=60 L/min=1×10-3m3/s；由充液閥到腳制動的進油管長為l2=0.7 m，直徑為d2=13×10-3m，流量為q2=48 L/min=0.8×10-3m3/s；由腳制動到前后橋制動器的進油管長為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。制動液壓系統(tǒng)采用N68號液壓油，最低工作溫度為25 ℃，可知此時油的運動黏度為200×10-6m2/s，油密度為900 kg/m3。經(jīng)過計算，進油路壓力損失為6.64×105Pa，回油路壓力損失為10×105Pa。整個液壓系統(tǒng)各元件的壓力損失計算結(jié)果見表1。分析表1可知：系統(tǒng)各元件實際壓力損失均小于額定壓力損失，表明整個制動液壓系統(tǒng)改造較合理。

表1 鏟運機制動液壓系統(tǒng)各元件流量及局部壓力損失

4 結(jié) 語

針對新橋礦2臺DCY-1.5B型電動鏟運機制動液壓系統(tǒng)存在的問題，設計了相應的技術(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，并縮短了制動時間；降低了液壓油的溫度使其達到了最佳工作狀態(tài)；采用溢流閥代替電磁換向閥作為安全閥使用，既保護了系統(tǒng)主要元件，又增強了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)場實踐表明：系統(tǒng)改造后，故障率下降了約85%，大幅提高了該型電動鏟運機的工作效率，降低了設備維修成本，經(jīng)濟效益較顯著。