孫林帥

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礦用無(wú)軌膠輪車全自動(dòng)防爆緊急制動(dòng)系統(tǒng)

孫林帥

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

針對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采常用的無(wú)軌膠輪車等運(yùn)輸工具的制動(dòng)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，提出了一種全自動(dòng)防爆緊急制動(dòng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用核心部件——泄壓閥，利用其“壓力過(guò)低時(shí)泄壓”的全新特性，達(dá)到全自動(dòng)緊急制動(dòng)的目的。此外該系統(tǒng)采用液壓濕式制動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生火花，從而達(dá)到防爆的要求。試驗(yàn)表明，全自動(dòng)防爆緊急制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的緊急制動(dòng)系統(tǒng)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，在緊急情況下能夠很好地避免事故的發(fā)生，同時(shí)安裝簡(jiǎn)易、實(shí)用性強(qiáng)，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

礦用無(wú)軌膠輪車；緊急制動(dòng)；安全生產(chǎn)；液壓濕式制動(dòng)

近幾十年來(lái)，無(wú)軌膠輪車作為礦用運(yùn)輸領(lǐng)域的主要設(shè)備，其正常運(yùn)行將直接影響煤礦的生產(chǎn)安全和效率。制動(dòng)系統(tǒng)作為膠輪車安全運(yùn)行的核心系統(tǒng)，確保制動(dòng)系統(tǒng)性能安全、可靠是無(wú)軌膠輪車正常運(yùn)行的必要條件，也是駕駛?cè)藛T和其他人員生命安全的必要保障。

1 設(shè)計(jì)思路來(lái)源

隨著我國(guó)對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采的要求越來(lái)越嚴(yán)格，環(huán)保和安全是礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的最重要環(huán)節(jié)，其中安全生產(chǎn)則是重中之重，它是產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)的基本保證，所以，國(guó)家對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采的安全生產(chǎn)的要求及法規(guī)越來(lái)越完備，首先表現(xiàn)在所有機(jī)械設(shè)備都必須是防爆產(chǎn)品。礦產(chǎn)開(kāi)采常用的運(yùn)輸工具，如無(wú)軌膠輪車，對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)，國(guó)家已明文規(guī)定要采用液壓濕式制動(dòng)，其目的就是避免在制動(dòng)過(guò)程中，因摩擦產(chǎn)生高溫進(jìn)而出現(xiàn)火花引發(fā)瓦斯爆炸。由于液壓系統(tǒng)存在一個(gè)弊端，就是在液壓系統(tǒng)突然產(chǎn)生故障時(shí)，會(huì)使車輛完全喪失制動(dòng)能力，引發(fā)安全事故。為此，國(guó)家要求無(wú)軌膠輪車最低要有兩套制動(dòng)系統(tǒng)，即常規(guī)用液壓制動(dòng)系統(tǒng)（腳制動(dòng)）和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（手制動(dòng)）。但液壓系統(tǒng)故障往往會(huì)是瞬間爆發(fā)的，特別是在礦井下，由于光線暗，駕駛員不能及早發(fā)現(xiàn)，無(wú)法及時(shí)采取措施，即便有手制動(dòng)，也會(huì)因人的反應(yīng)慢來(lái)不及操作，進(jìn)而導(dǎo)致事故發(fā)生。

鑒于此，有的車輛廠家加裝了一套緊急制動(dòng)，即多裝一套液壓蓄能系統(tǒng)，作為常規(guī)用的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以用備用液壓系統(tǒng)使車輛安全停下，但仍需手動(dòng)操作，無(wú)法在液壓系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)使車輛立即安全停下。為了解決系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)無(wú)法緊急制動(dòng)的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款全自動(dòng)防爆緊急制動(dòng)系統(tǒng)以及緊急制動(dòng)泄壓閥（以下簡(jiǎn)稱“泄壓閥”）。該泄壓閥是整個(gè)全自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的核心部分。

2 全自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新之處

市面上常見(jiàn)的泄壓閥，即壓力控制閥是在壓力超高時(shí)泄壓，從而起到安全保護(hù)的作用。我們這里設(shè)計(jì)的是壓力正常或超高時(shí)不工作，壓力過(guò)低時(shí)進(jìn)行泄壓，使制動(dòng)系統(tǒng)工作，從而起到保護(hù)的功用，特點(diǎn)如下：①自動(dòng)感應(yīng)液壓系統(tǒng)的壓力，不需要人為操作檢測(cè)系統(tǒng)壓力值，減少了人力、物力的支出；②反應(yīng)迅速，可安全停車，避免因制動(dòng)壓力的喪失導(dǎo)致事故的發(fā)生；③防爆，不產(chǎn)生火花，滿足煤安、礦安的生產(chǎn)要求。

緊急制動(dòng)泄壓閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1—前螺塞；2—前閥芯；3—閥體；4—后閥芯；5—墊片； 6—壓力彈簧；7—彈簧座；8—閥座；9—后螺塞。

3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和研究目標(biāo)

3.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

該項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：①無(wú)軌膠輪車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)原件的選擇及其匹配、系統(tǒng)工作壓力及最高壓力、腳制動(dòng)液壓壓力，手制動(dòng)液壓壓力等。②泄壓閥的原理及加工圖紙的設(shè)計(jì)。主要突出小型化、反應(yīng)快、安裝簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、安全可靠的特點(diǎn)。③泄壓閥在液壓系統(tǒng)中的安裝狀態(tài)。與手制動(dòng)連接，在系統(tǒng)壓力降低時(shí)，使手制動(dòng)自動(dòng)反應(yīng)并進(jìn)行制動(dòng)工作。

3.2 項(xiàng)目研究目標(biāo)

該項(xiàng)目的研究目標(biāo)為：解決無(wú)軌膠輪車液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)無(wú)制動(dòng)，駕駛員反應(yīng)不及時(shí)，進(jìn)而不能有效地控制車輛導(dǎo)致事故發(fā)生的問(wèn)題。通過(guò)在液壓系統(tǒng)中加裝泄壓閥，自動(dòng)感知液壓系統(tǒng)的壓力，當(dāng)壓力過(guò)低無(wú)法進(jìn)行腳制動(dòng)和來(lái)不及操作手制動(dòng)時(shí)，立即進(jìn)行泄壓工作并啟動(dòng)中央制動(dòng)器，從而在幾秒鐘之內(nèi)就可以自動(dòng)控制中央制動(dòng)器工作，使車輛安全停下，避免事故發(fā)生。

3.3 自動(dòng)緊急制動(dòng)原理分析

3.3.1 系統(tǒng)工作原理分析

發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)齒輪泵工作，液壓油從液壓油箱進(jìn)入齒輪泵，通過(guò)濾油器進(jìn)入充液閥，最終達(dá)到蓄能器。當(dāng)濾油器進(jìn)油口壓力過(guò)高時(shí)，溢流閥工作，高壓油通過(guò)溢流閥回油箱，起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。

行車過(guò)程中需要制動(dòng)時(shí)，踩下腳踏閥，液壓油從蓄能器經(jīng)過(guò)腳踏閥，再到四輪制動(dòng)器，起到制動(dòng)作用。松開(kāi)腳踏閥，液壓油原路返回液壓油箱，解除制動(dòng)。

駐車需要制動(dòng)時(shí)，拉動(dòng)手柄閥，液壓油從中央制動(dòng)器經(jīng)過(guò)手柄閥回到液壓油箱，中央制動(dòng)器工作，起到制動(dòng)作用。行車時(shí)，打開(kāi)手柄閥，液壓油從蓄能器通過(guò)手柄閥進(jìn)入中央制動(dòng)器，解除制動(dòng)。

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)壓力降低時(shí)，泄壓閥開(kāi)始工作。中央制動(dòng)器制動(dòng)方式：卸除中央制動(dòng)器內(nèi)液壓壓力，使其開(kāi)始制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2所示。

1—蓄能器；2—備用蓄能器；3—壓力表1；4—壓力表2；5—腳踏閥；6—行車制動(dòng)1；7—行車制動(dòng)2；8—單向閥； 9—解鎖泵；10—充液閥；11—泄壓閥；12—溢流閥； 13—手控閥；14—液壓泵；15—過(guò)濾器；16—中央制動(dòng)器。

液壓系統(tǒng)參數(shù)要求具體如下：①系統(tǒng)工作壓力為10～12 MPa；②中央制動(dòng)器解除壓力為3～5 MPa；③四輪制動(dòng)壓力為5 MPa。

3.3.2 主要構(gòu)件的工作原理

中央制動(dòng)器工作原理：制動(dòng)方式采用機(jī)械彈簧壓力制動(dòng)，使傳動(dòng)軸停滯轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)解除方式采用液壓壓力，使機(jī)械彈簧壓縮，制動(dòng)片分離。

泄壓閥的工作原理：根據(jù)中央制動(dòng)器制動(dòng)方式，應(yīng)將泄壓閥的工作壓力值調(diào)整設(shè)定在四輪制動(dòng)工作壓力正常值的偏上10%左右，當(dāng)系統(tǒng)壓力降至該壓力值時(shí)，泄壓閥工作，卸除中央制動(dòng)器內(nèi)液壓壓力，使其開(kāi)始制動(dòng)。

解除制動(dòng)：系統(tǒng)恢復(fù)正常壓力后，泄壓閥自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)，打開(kāi)手控閥對(duì)中央制動(dòng)器進(jìn)行加壓至3～5 MPa，以解除制動(dòng)。

4 可行性分析

全自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)可行性從以下四個(gè)方面進(jìn)行具體分析。

4.1 科學(xué)性

液控閥在液壓系統(tǒng)中是廣泛應(yīng)用的部件，根據(jù)液壓壓力的高低，相應(yīng)的控制彈簧會(huì)進(jìn)行壓縮或釋放，使閥芯關(guān)閉或打開(kāi)，起到控制中央制動(dòng)器的作用，從而能在車輛液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使車輛及時(shí)停下，避免事故的發(fā)生。

4.2 先進(jìn)性

目前，礦區(qū)使用的無(wú)軌膠輪車，一般沒(méi)有安裝緊急制動(dòng)系統(tǒng)，或者安裝了一個(gè)和駐車制動(dòng)效果幾乎一樣的緊急制動(dòng)系統(tǒng)（手動(dòng)控制），起不到突發(fā)故障出現(xiàn)時(shí)緊急制動(dòng)的作用。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使緊急制動(dòng)在幾秒鐘之內(nèi)就可以工作，遠(yuǎn)短于人的反應(yīng)時(shí)間。另外，本項(xiàng)目系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生火花，滿足國(guó)家防爆要求，安全可靠。

4.3 實(shí)用性

目前，煤安、礦安廣泛使用的無(wú)軌膠輪車、挖掘機(jī)、鏟車、鉸接式膠輪車等，制動(dòng)系統(tǒng)都采用液壓制動(dòng)，本緊急制動(dòng)系統(tǒng)可適用于所有這些車輛，系統(tǒng)中閥體除開(kāi)泄壓閥都有成品件，且泄壓閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、安裝簡(jiǎn)便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)今后將是礦區(qū)采購(gòu)車輛的必要條件之一。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦產(chǎn)開(kāi)采產(chǎn)業(yè)還會(huì)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下去，且國(guó)家對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采的環(huán)保、安全要求非常嚴(yán)格，全國(guó)每年都有數(shù)千臺(tái)防爆車輛的需求。本系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)而言具有很強(qiáng)的安全性能，且成本低廉、安裝便捷、操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景應(yīng)該十分可觀。

［1］河北煤炭科學(xué)研究院，常州科研試制中心有限公司.MT/T 989—2006礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件［S］.出版社不詳，2006.

［2］中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)設(shè)備管理分會(huì)，中國(guó)平煤神馬集團(tuán)，徐州礦物集團(tuán)，等.MT/T 1097—2008煤礦機(jī)電設(shè)備檢修技術(shù)規(guī)范［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

2095－6835（2019）03－0049－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.049

〔編輯：張思楠〕