紀(jì) 宇

（大斗溝煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

在地下煤礦的建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)用到的一種必不可少的裝置就是WC3J（D）防爆柴油無(wú)軌膠輪車(chē)，這種無(wú)軌絞輪車(chē)可以得到廣泛應(yīng)用的原因主要是其具有安全、可靠和適應(yīng)性強(qiáng)等多種特點(diǎn)。但是，地下煤礦的建設(shè)環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)比想象中要更為復(fù)雜，長(zhǎng)距離運(yùn)輸和上下運(yùn)行是常有的事。在這樣的環(huán)境中，對(duì)于車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)操作水平的要求也非常之高[1]。針對(duì)上述提到的這些問(wèn)題，本文重點(diǎn)關(guān)注防爆柴油無(wú)軌膠輪車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)其常見(jiàn)的故障類(lèi)型進(jìn)行分析，有針對(duì)性地提出解決方法。

1 工程概況

大斗溝煤業(yè)公司位于大同市西南21 km 處，大斗溝煤業(yè)有限公司屬于產(chǎn)能置換礦井，目前為同煤國(guó)電同忻煤礦有限公司生產(chǎn)服務(wù)，在同煤國(guó)電同忻煤礦三盤(pán)區(qū)從事煤炭開(kāi)采相關(guān)業(yè)務(wù)。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力150 萬(wàn)t。同忻礦三盤(pán)區(qū)采用立井開(kāi)拓方式。盤(pán)區(qū)現(xiàn)有3 條主要運(yùn)輸大巷，為3—5 號(hào)層輔運(yùn)大巷，3—5 號(hào)層輔運(yùn)暗斜井，山2 號(hào)層輔運(yùn)大巷，其中輔運(yùn)暗斜井全長(zhǎng)600 m，坡度為6°，實(shí)行全封閉管理，行人步行出入由山2 號(hào)層行人暗斜井行走。該礦目前共有各類(lèi)無(wú)軌膠輪車(chē)14 余輛，承擔(dān)礦井的材料運(yùn)輸和人員運(yùn)送任務(wù)。物料運(yùn)輸路線為：井口裝料點(diǎn)—乘罐輪入井底車(chē)場(chǎng)—3—5 號(hào)層輔運(yùn)大巷—3—5 號(hào)層輔運(yùn)暗斜井—山2 號(hào)層輔運(yùn)大巷—各個(gè)工作面系統(tǒng)巷到內(nèi)。運(yùn)人運(yùn)輸路線為：井底車(chē)場(chǎng)乘人乘車(chē)點(diǎn)—3—5號(hào)層輔運(yùn)大巷—3—5 號(hào)層輔運(yùn)暗斜井—山2 號(hào)層輔運(yùn)大巷—各個(gè)工作面下車(chē)點(diǎn)[2-3]。該礦根據(jù)實(shí)際需要，定制了符合該礦罐輪尺寸的車(chē)輛，有4 輛運(yùn)人車(chē)5 輛運(yùn)料車(chē)。其中WC3（D）型無(wú)軌膠輪車(chē)承擔(dān)主要物料的運(yùn)輸任務(wù)，共有5 輛。所以WC3（D）型防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車(chē)在該礦輔運(yùn)工作中承擔(dān)著極為重要的作用。

2 液壓制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

WC3J（D）防爆柴油無(wú)軌橡膠輪胎車(chē)在實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)主要是起到運(yùn)輸材料的作用。它配備了全液壓反向濕式制動(dòng)器，就整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)而言，這是最核心的部分。它還由一個(gè)蓄能器、手動(dòng)制動(dòng)閥、腳制動(dòng)閥和溢流閥和其他相關(guān)設(shè)備等組成，實(shí)際構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 液壓制圖系統(tǒng)原理圖

油泵主要是服務(wù)于壓力油部分。壓力油的活動(dòng)路徑主要是：先通過(guò)充氣閥的R 口→蓄能器端→制動(dòng)器推動(dòng)活塞。在這一過(guò)程中壓力油在活塞上施加的力比彈簧的彈力還要大。在這種情況下，剎車(chē)片處于松弛狀態(tài)，車(chē)輛從剎車(chē)中釋放出來(lái)，正式開(kāi)始行駛。制動(dòng)系統(tǒng)主要是依賴(lài)于摩擦片產(chǎn)生的摩擦力來(lái)發(fā)揮制動(dòng)功能，也就是由制動(dòng)器提供制動(dòng)的力。當(dāng)液壓降低時(shí)，制動(dòng)力將增加。當(dāng)接近零時(shí)，制動(dòng)力將會(huì)達(dá)到極大值狀態(tài)。具體的原理是：閥踏板被下壓后，內(nèi)閥芯會(huì)向下移動(dòng)，然后腳制動(dòng)閥就會(huì)隨之改變方向。同時(shí)，液壓油又會(huì)順著原路返回到油箱中。

3 故障分析

3.1 制動(dòng)力時(shí)間延后

腳踏閥和手制動(dòng)閥在制動(dòng)過(guò)程中起到了不可忽視的作用。為了滿足實(shí)際效果，這兩個(gè)部件都要設(shè)置在駕駛室中，高壓軟管是閘閥與制動(dòng)器的連接裝置。由于車(chē)輛空間較小，高壓軟管從腳制動(dòng)閥拉到駕駛室底部。在嚴(yán)密的接線條件下，前制動(dòng)器的布置最小可以達(dá)到3.5 m。制動(dòng)踏板被按壓后，制動(dòng)器中的壓力油位置會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，流入到燃油箱中。軟管的內(nèi)壁有一定的摩擦性，讓壓力油的流動(dòng)會(huì)稍微慢一些。當(dāng)駕駛員踩踏板時(shí)，壓降將在約半秒后發(fā)生，同時(shí)這將使彈簧提供的制動(dòng)力延遲0.5 s。冬季的低溫使液壓油的黏度與正常情況相比大大增加，因此流動(dòng)性就不會(huì)太好，制動(dòng)時(shí)間會(huì)有很大程度上的延后，甚至?xí)L(zhǎng)達(dá)1 s。制動(dòng)延遲現(xiàn)象導(dǎo)致的后果就是制動(dòng)力檢測(cè)與踏板角度之間無(wú)法滿足之前的線性關(guān)系。盡管駕駛員踩下了制動(dòng)踏板，但制動(dòng)效果很難立刻體現(xiàn)，因此駕駛員會(huì)習(xí)慣性地再次踩下踏板。當(dāng)踏板角度增加時(shí)，由踏板產(chǎn)生的制動(dòng)力將相應(yīng)地增加，然后車(chē)輛就會(huì)處于非正常行駛狀態(tài)。這樣會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程非常危險(xiǎn)。因此，制動(dòng)延遲問(wèn)題亟待進(jìn)行研究與解決。

3.2 液壓油清潔度不達(dá)標(biāo)

制動(dòng)系統(tǒng)的性能不可能永遠(yuǎn)都保持在良好的狀態(tài)。這主要是因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閥和充氣閥的精密度是非常高的。一旦受到外界環(huán)境的影響，有一點(diǎn)點(diǎn)異物進(jìn)入內(nèi)部，部件就會(huì)產(chǎn)生一些或多或少的故障，于是保持內(nèi)部環(huán)境的清潔尤為重要。但是，礦山生產(chǎn)環(huán)境惡劣，粉塵量大，空氣濕度也非常高。液壓系統(tǒng)中容易積聚各種雜質(zhì)或水分，導(dǎo)致部件堵塞。另外，如果缺乏常規(guī)維護(hù)方法，很容易造成液壓閥和其他相關(guān)組件產(chǎn)生故障或性能下降。如果將液壓油與水或雜質(zhì)混合，則其清潔度將大大降低，制動(dòng)閥和充氣閥的故障風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更高，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能力將會(huì)減弱。

4 解決措施

盡管無(wú)軌橡膠輪胎車(chē)輛在部件上面配置都非常高，但是通過(guò)增加軟管的內(nèi)徑來(lái)解決制動(dòng)故障問(wèn)題是不可行的。原因是車(chē)輛內(nèi)部空間非常狹窄，容納不下大型軟管，因此本研究只能從液壓系統(tǒng)的工作原理和控制方法上面入手來(lái)尋求解決的方式，如圖2所示。

1）油路液壓系統(tǒng)仍保持原來(lái)狀態(tài)。腳制動(dòng)閥由腳制動(dòng)踏板代替。該設(shè)備控制4 個(gè)電纜制動(dòng)閥，配置的電纜制動(dòng)閥與制動(dòng)器直接連接。通過(guò)調(diào)整制動(dòng)閥和制動(dòng)器之間的距離，即調(diào)整用于連接的高壓軟管的長(zhǎng)度，最好是不超過(guò)0.5 m。

圖2 改進(jìn)后的制動(dòng)系統(tǒng)示意圖

2）對(duì)電纜制動(dòng)器的N 端口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并更換了原來(lái)的軟管以直接安裝油罐。增設(shè)呼吸孔，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部與大氣之間的完美連接。每個(gè)油罐內(nèi)部都會(huì)通過(guò)直徑為6 mm 的低壓軟管來(lái)連接到油泵主油箱。在行駛過(guò)程中制動(dòng)踏板被按壓時(shí)，4 條軟電纜將被同步驅(qū)動(dòng)。隨著電纜狀態(tài)的改變，制動(dòng)閥閥芯將改變方向以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)效果。由于電纜的剛度很好，所以踩下之后就可以立馬作出反應(yīng)。它可以迅速帶動(dòng)電纜制動(dòng)器的線軸移動(dòng)，并且原先存儲(chǔ)在制動(dòng)器中的液壓油將進(jìn)入油罐。通過(guò)合理設(shè)計(jì)軟管長(zhǎng)度和直徑可以達(dá)到理想的效果。

3）空氣壓縮泵1 的作用在于提供壓縮空氣。壓力調(diào)節(jié)閥2 進(jìn)行調(diào)節(jié)后，氣管和氣缸止回閥5 后直達(dá)氣缸7。該設(shè)備裝有止回閥，可有效避免兩個(gè)氣缸的壓縮。當(dāng)空氣彼此混合時(shí)，會(huì)形成兩個(gè)單獨(dú)的壓縮空氣，因此兩個(gè)管路都可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的效果。車(chē)輛在正常運(yùn)行狀態(tài)下，一旦儲(chǔ)氣罐壓力非常大，系統(tǒng)將在檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)后提示卸荷閥打開(kāi)以減小壓力。制動(dòng)踏板狀態(tài)改變時(shí)，閥4 開(kāi)始工作，原先存在于儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣會(huì)開(kāi)始進(jìn)入加力燃燒器9 的氣室，從而在推動(dòng)下使活塞向前移動(dòng)壓縮空氣，高壓油流向部件10，來(lái)完成這一制動(dòng)過(guò)程。一旦松開(kāi)，則系統(tǒng)又會(huì)再次恢復(fù)到原始狀態(tài)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

如果遇到低溫或者是惡劣天氣時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的延遲會(huì)更加嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，-10 ℃時(shí)，制動(dòng)延遲時(shí)間為0.1 s，由于時(shí)間很短駕駛員幾乎感覺(jué)不到這種延遲，踩下腳踏板之后制動(dòng)系統(tǒng)可以很快作出反應(yīng)，操作也更準(zhǔn)確。將制動(dòng)踏板提升到特定位置，電纜制動(dòng)閥中的彈簧將在很短的時(shí)間內(nèi)快速推動(dòng)閥芯并準(zhǔn)確地回到原始的位置。通過(guò)增加油壓，可以有效減輕彈簧對(duì)活塞的沖擊。在這種情況之下，雖然摩擦板還在起作用，但它不是很明顯，因此可以減小制動(dòng)力。