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        煤礦用無(wú)軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)

        2021-04-21 06:14:24馬祥寧
        設(shè)備管理與維修 2021年5期
        關(guān)鍵詞:速器動(dòng)輪溫器

        楊 勇,馬祥寧

        (國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司,寧夏銀川 750002)

        0 引言

        隨著國(guó)家能源寧夏煤業(yè)有限公司各主力礦井開(kāi)拓深度的不斷增加,輔助運(yùn)輸系統(tǒng)呈現(xiàn)了坡度大、運(yùn)距長(zhǎng)的特點(diǎn),其中紅柳煤礦最大坡道達(dá)到16°、羊場(chǎng)灣煤礦更為惡劣,不僅坡度大,而且單程運(yùn)距達(dá)到15 km。無(wú)軌膠輪車在下井運(yùn)送材料時(shí)頻繁制動(dòng),一方面造成制動(dòng)器內(nèi)摩擦片早期磨損,另一方面下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器溫升過(guò)高造成摩擦片熱衰退甚至制動(dòng)失靈。

        早在2012年頒布的GB 7258—2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定了總質(zhì)量≥12 t的貨車或?qū)m?xiàng)作業(yè)車應(yīng)裝備緩速器或其他輔助制動(dòng)裝置。

        煤礦常用的5 t材料車滿載質(zhì)量約為14 t、8 t材料車約為18 t,井下巷道路面行駛工況的惡劣和復(fù)雜程度較地面公路要嚴(yán)重很多,所以為了保證煤礦井下無(wú)軌運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行,為無(wú)軌膠輪車設(shè)計(jì)液力緩速系統(tǒng)作為輔助制動(dòng)裝置很有必要。

        1 液力緩速器的原理和優(yōu)點(diǎn)

        液力緩速器的原理如圖1所示,它只有兩個(gè)工作輪(動(dòng)輪和定輪)而且工作輪中的葉片是平面徑向的,它本質(zhì)上是工作在i=0工況的偶合器(偶合器的兩個(gè)工作輪稱為泵輪和渦輪),輸入的功率全部被偶合器吸收,變?yōu)楣ぷ饕后w的熱能,在這個(gè)過(guò)程中無(wú)機(jī)械的摩擦和磨損[1]。液力緩速器在結(jié)構(gòu)上,動(dòng)輪和傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)結(jié),定輪固定于殼體并安裝在變速箱或者膠輪車的機(jī)架上。

        液力緩速器是通過(guò)改變工作腔油液壓力和容積來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的。車輛正常行駛時(shí),工作腔內(nèi)沒(méi)有油液,由于動(dòng)輪和定輪彼此不接觸,所以沒(méi)有制動(dòng)扭矩,需要實(shí)施緩速制動(dòng)時(shí),通過(guò)壓縮空氣將油液充入工作腔,由于定輪是固定的,動(dòng)輪葉片旋轉(zhuǎn)推動(dòng)油液產(chǎn)生的動(dòng)能將以油液摩擦的形式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽憩F(xiàn)為油液的溫升,制動(dòng)扭矩則是油液反作用于動(dòng)輪而產(chǎn)生,制動(dòng)扭矩的大小取決于充入工作腔的油液的壓力和容積。

        采用液力緩速的方式實(shí)施制動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn):

        (1)提高安全性:下坡時(shí)采用液力緩速制動(dòng),減輕了工作制動(dòng)負(fù)擔(dān),提高了車輛行駛安全性。

        (2)提高運(yùn)輸效率:下坡時(shí)液力緩速制動(dòng)力和下滑力平衡,無(wú)軌膠輪車可以以更高的車速下坡,提高運(yùn)輸效率。

        圖1 液力緩速器原理

        (3)提高舒適性:采用液力緩速器后,大幅減少了制動(dòng)踏板的操作頻次,減輕了駕駛員駕駛操作強(qiáng)度,同時(shí)由于是柔性制動(dòng),減少了慣性沖擊,提高了車輛的舒適性。

        2 無(wú)軌膠輪車的液力緩速系統(tǒng)

        無(wú)軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)要在符合《煤礦安全規(guī)程》的前提下設(shè)計(jì)符合煤礦井下車輛運(yùn)行工況的輔助制動(dòng)裝置,液力緩速系統(tǒng)原理如圖2所示。

        2.1 液力緩速器的布置

        不同的車型緩速器布置形式有所區(qū)別,可以采用并聯(lián)式,也可以采用串聯(lián)式。本文所涉及的5 t材料車采用串聯(lián)式布置,將緩速器布置在后機(jī)架傳動(dòng)軸過(guò)橋位置,通過(guò)傳動(dòng)軸分別連接變速箱輸出和驅(qū)動(dòng)橋輸入。

        為了保證冷卻循環(huán)水路的可靠運(yùn)行,水路不經(jīng)過(guò)鉸接轉(zhuǎn)向的機(jī)架,而是將液力緩速器的換熱器與緩速器本體分離,安裝于前機(jī)架內(nèi)部,這樣水路的循環(huán)變短而且不易被磨損。

        2.2 液力緩速器的控制

        圖2 液力緩速系統(tǒng)原理

        液力緩速器是通過(guò)氣壓來(lái)改變工作腔油液壓力和容積來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的,比例減壓閥可以連續(xù)的控制輸出壓力。當(dāng)無(wú)軌車連續(xù)下坡時(shí),通過(guò)比例減壓閥來(lái)控制緩速器的制動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)勻速平穩(wěn)下坡。氣壓控制也可以做成擋位調(diào)節(jié)式,通過(guò)不同的擋位(每個(gè)擋位有不同的輸出氣壓,每個(gè)氣壓對(duì)應(yīng)相應(yīng)的制動(dòng)力),每個(gè)擋位的氣壓輸出通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)閥來(lái)設(shè)定,這種控制方式適合路線固定的工況。

        2.3 液力緩速器的冷卻

        液力緩速器將制動(dòng)產(chǎn)生的熱能通過(guò)油液傳遞到換熱器,轉(zhuǎn)換為冷卻水路的熱量。這個(gè)高溫水要通過(guò)散熱器來(lái)冷卻,由于散熱功率較大,所以串聯(lián)接入柴油機(jī)的散熱系統(tǒng),保證最大能力的散熱。

        為此需要將柴油機(jī)內(nèi)置的節(jié)溫器拿掉并堵死,用外置節(jié)溫器來(lái)控制水循環(huán),接法如圖2所示。剛啟車時(shí),節(jié)溫器處在小循環(huán)位置,水循環(huán)為:水泵→柴油機(jī)缸體→換熱器→節(jié)溫器→水泵,隨著柴油機(jī)溫度迅速上升,節(jié)溫器打開(kāi),水循環(huán)為:水泵→柴油機(jī)缸體→換熱器→節(jié)溫器→散熱器→水泵,圖2中節(jié)溫器位置即為大循環(huán)。

        3 液力緩速器的扭矩特性匹配設(shè)計(jì)

        液力緩速器的制動(dòng)扭矩特性是根據(jù)無(wú)軌膠輪車的運(yùn)行工況需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,5 t材料車緩速制動(dòng)工況為下坡滿載,此時(shí)緩速器的平衡扭矩為:

        為了保證設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用可靠性,緩速器的最大扭矩可以留有20%以上的余量,這樣其設(shè)計(jì)最大扭矩應(yīng)≥950 N·m,匹配后的特性曲線如圖3所示。

        4 無(wú)軌膠輪車液力緩速器裝車應(yīng)用

        配備緩速系統(tǒng)的整車布置如圖4所示,液力緩速器采用串聯(lián)式布置,安裝于后機(jī)架過(guò)橋位置,在變速箱輸出軸和驅(qū)動(dòng)橋輸入軸之間。這樣做的好處是,緩速器作為獨(dú)立部件替代原車過(guò)橋支撐,有效利用車架內(nèi)部空間。為了保證柴油機(jī)水循環(huán)的可靠運(yùn)行,將換熱器布置在柴油機(jī)附近,這樣一方面縮短了水管的長(zhǎng)度,另一方面避免水管通過(guò)鉸接造成破損。

        緩速系統(tǒng)的控制采用了多擋式氣壓控制的方式,這樣控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單,根據(jù)不同的坡道來(lái)調(diào)整擋位,氣壓調(diào)節(jié)式通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥控制。

        實(shí)車裝車照片如圖5和圖6所示。

        圖3 液力緩速器扭矩特性曲線

        圖4 整車布置

        圖5 液力緩速器裝車照片1

        圖6 液力緩速器裝車照片2

        5 應(yīng)用效果

        目前該液力緩速系統(tǒng)試驗(yàn)成功后實(shí)現(xiàn)批量裝車100多臺(tái)套,在寧夏煤業(yè)各主力礦井投放使用超過(guò)6個(gè)月,對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)改善明顯,之前摩擦片不到3個(gè)月就要更換、制動(dòng)器因高溫經(jīng)常漏油或熱衰退,配備液力緩速器后,經(jīng)查驗(yàn)?zāi)Σ疗緹o(wú)磨損,制動(dòng)器未出現(xiàn)之前常見(jiàn)的漏油和熱衰退現(xiàn)象。

        液力緩速器的成功批量運(yùn)用表明,對(duì)于坡度大、距離長(zhǎng)的輔助運(yùn)輸工況,用液力緩速器為車輛提供輔助制動(dòng),大大降低了工作制動(dòng)的使用頻率,從根本上解決了制動(dòng)器過(guò)早磨損和熱衰退問(wèn)題,保證了車輛安全可靠行駛。

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