王登化，鄒美群

WCJ8E防爆無軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)的研發(fā)

王登化1,2，鄒美群3

（1.常州科研試制中心有限公司 無軌裝備研究所，江蘇 常州 213023；2.江西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦機研究室，江西 南昌 330013；3.江西師范大學(xué) 教師教育處，江西 南昌 330022）

針對目前煤礦井下輔助運輸坡度大、運距長造成無軌膠輪車濕式制動器過早磨損甚至熱衰退失效的現(xiàn)實情況，文章以WCJ8E防爆無軌膠輪車為研究對象，研發(fā)其匹配的輔助制動液力緩速系統(tǒng)，使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)極大地減少了濕式制動器的使用頻率，解決了其過早磨損及熱衰退失效問題，保障了車輛的高效運行與安全可靠。

無軌膠輪車；濕式制動器；熱衰退；液力緩速系統(tǒng)；安全可靠

引言

《煤礦安全規(guī)程》中第三百九十二條規(guī)定：采用濕式制動器作為無軌膠輪車的工作制動。近年我國煤礦的發(fā)展迅速，煤礦井下開采的深度加深，開采的距離更遠，井下運輸巷道坡度（最大坡度達到16°）及坡道的長度相應(yīng)也加大，故防爆無軌膠輪車在此工況下作業(yè)時，難免存在長距離下坡制動及頻繁制動。車輛行駛中長時間制動或頻繁制動會導(dǎo)致制動器溫度持續(xù)上升，制動器長時間高溫會造成液壓油變質(zhì)、密封件加速老化等問題，使制動能力下降，縮短制動器的使用壽命，嚴重情況下會因制動摩擦片燒結(jié)，導(dǎo)致制動失效而引發(fā)安全事故，即現(xiàn)有濕式制動器制動方式不能滿足防爆無軌膠輪車重載長距下坡的制動要求，存在極大的安全隱患。目前，路面大型載重汽車為保證車輛在崎嶇山路行車安全，均配備了輔助制動系統(tǒng)——液力緩速系統(tǒng)。然而截至目前，防爆無軌膠輪車并沒有設(shè)計液力緩速系統(tǒng)，故研發(fā)液力緩速系統(tǒng)在防爆無軌膠輪車上的應(yīng)用十分必要。

1 液力緩速器簡介

車輛常用的輔助制動系統(tǒng)就是液力緩速系統(tǒng)，其作用是在不使用或少使用主制動的前提下，降低車輛速度或維持穩(wěn)定，但又不能將車輛緊急制停。液力緩速器的結(jié)構(gòu)大同小異，以某型串聯(lián)式液力緩速器為例，主要由緩速器殼體、油箱、動輪、冷卻器，傳動軸和定輪組成[1]，結(jié)構(gòu)見圖1。

1—油箱；2—動輪；3—傳動軸；4—緩速器殼體；5—定輪；6—冷卻器。

1—傳動軸；2—動輪；3—定輪；4—冷卻器；5—冷卻液進口；6—冷卻液出口；7—壓縮空氣進出口；8—油箱。

液力緩速器的工作原理見圖2，液力緩速器工作時將壓縮氣體通過壓力調(diào)節(jié)閥進入緩速器油箱，并將油液壓入動輪、定輪之間的工作腔，高速動輪使油液獲得加速，并作用在定輪上，定輪不動致使油液對動輪產(chǎn)生反作用力，從而產(chǎn)生制動力矩。在產(chǎn)生制動力矩的同時，車輛的動能轉(zhuǎn)化為油液的熱能并由車輛散熱系統(tǒng)將熱量帶走。當整車散熱功率足夠時，液力緩速器可為整車提供持續(xù)的制動力矩。

液力緩速器制動力矩計算基本計算公式為[2]：

52（1）

式中，為緩速器的制動力矩，Nm；為制動力矩因數(shù)；為工作介質(zhì)密度，kg/m3；為動輪有效循環(huán)直徑，m；為動輪轉(zhuǎn)速，r/min。

由公式（1）可知，在高轉(zhuǎn)速及工作腔有效直徑大的情況下，液力緩速器可以提供很大的制動力矩，故液力緩速器在高速大功率車輛上能發(fā)揮相當好的制動效果。

2 WCJ8E防爆無軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)的研發(fā)

為了滿足煤礦井下防爆要求，需在符合《煤礦安全規(guī)程》的前提下，研發(fā)WCJ8E防爆無軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)，其原理見圖3。

1—出水管；2—膨脹水箱；3—除汽管；4—節(jié)溫器；5—換熱器；6—液力緩速器；7—變速器；8—發(fā)動機；9—水泵；10—散熱風(fēng)扇；11—散熱器。

2.1 液力緩速器的安裝布置

WCJ8E防爆無軌膠輪車是在礦使用較多的8噸工程車，其結(jié)構(gòu)采用的是中央鉸接、回轉(zhuǎn)軸承支撐結(jié)構(gòu)，故選用液力緩速器本體與換熱器分離的模式[3]。在后機架傳動軸過橋位置布置緩速器本體，通過傳動軸分別連接變速箱的輸出和驅(qū)動橋的輸入。而將換熱器安裝在WCJ8E防爆無軌膠輪車的前機架內(nèi)，這樣既縮短了水路，又不至于受車輛轉(zhuǎn)向的影響，從而保證了換熱器冷卻循環(huán)水路的可靠性。

2.2 液力緩速器的操控

液力緩速器是通過氣壓油的原理進行工作的，故需為其提供持續(xù)而穩(wěn)定的氣源，而WCJ8E防爆無軌膠輪車本身就自帶空壓機和氣包，因此，只需通過比例減壓閥取一路氣來改變工作腔油液壓力和容積就可實現(xiàn)車輛的制動，比例減壓閥可以連續(xù)地控制輸出壓力。當車輛持續(xù)下坡時，通過比例減壓閥控制緩速器的制動力，就可實現(xiàn)勻速下坡[4]。

氣壓控制亦可以設(shè)計成擋位調(diào)節(jié)式，每個擋位有相應(yīng)的輸出氣壓，每個氣壓對應(yīng)一定的制動力，通過氣壓調(diào)節(jié)閥來設(shè)定每個擋位的氣壓大小，這種控制方式適合固定路線的工況。

2.3 液力緩速器的熱平衡

在整個制動過程中，液力緩速器要產(chǎn)生非常多的熱量，該熱量要通過換熱器中冷卻水帶走，又通過車輛散熱器來冷卻，因散熱功率巨大，故換熱器必須串接發(fā)動機的散熱系統(tǒng)，以確保散熱[5]。

為了將冷卻完整車發(fā)動機的冷卻水全部引到液力緩速器的換熱器，需改動原車的節(jié)溫器，改動方案為：發(fā)動機內(nèi)置的節(jié)溫器應(yīng)取消并堵死，再加裝外置節(jié)溫器，水路連接見圖3。發(fā)動機啟動初期，節(jié)溫器不打開，此時水循環(huán)為：水泵→發(fā)動機→換熱器→節(jié)溫器→水泵；隨著發(fā)動機水溫升高，當節(jié)溫器全打開時，水循環(huán)為大循環(huán)：水泵→發(fā)動機→換熱器→節(jié)溫器→散熱器→水泵。

3 液力緩速器的制動扭矩特性匹配

依據(jù)無軌膠輪車的運行工況來設(shè)計液力緩速器的制動扭矩特性，WCJ8E防爆無軌膠輪車滿載下坡緩速制動，此工況下所需的平衡扭矩為：

=(0+Δ)(sin-cos)r/總（2）

=(9 500+8 000)×9.8×(sin14°?0.04×cos14°)×0.45/ 14.92×0.95=1 106 N?m

式中，0為車輛自重，0=9 500 kg；Δ為車輛載重，Δ=8 000 kg；為重力加速度，=9.8 N/kg；為坡度，=14°；為摩擦系數(shù)，=0.04；r為輪胎半徑，r=0.45 m；總為傳動速比，總=14.92；為傳動效率，=0.95。

為保障使用的可靠性，其最大扭矩應(yīng)留有10%以上的富余量，即設(shè)計最大扭矩應(yīng)≥1 216 N?m，圖4為匹配后的特性曲線。

圖4 液力緩速器扭矩特性曲線

4 液力緩速系統(tǒng)裝車概述

本液力緩速系統(tǒng)所選用的液力緩速器本體與換熱器為分離式，液力緩速器采用串聯(lián)方式安裝于變速箱輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸之間，即原車輛后機架過橋位置[6]。這樣布置的優(yōu)勢明顯，液力緩速器既替代了原車過橋支撐，又有效地利用了后機架內(nèi)部空間。將換熱器布置在發(fā)動機附近，這樣既減短水管的長度，又避免了水管破損概率，保障了發(fā)動機水循環(huán)的可靠運行。

液力緩速系統(tǒng)的控制采用多擋式氣壓控制，控制系統(tǒng)較為簡單，通過壓力調(diào)節(jié)閥控制氣壓，依據(jù)不同的坡道來調(diào)整擋位。

圖5、圖6為裝車照片。

圖5 液力緩速器安裝照片

圖6 換熱器安裝照片

5 使用小結(jié)

所研發(fā)的液力緩速系統(tǒng)試驗成功并實現(xiàn)裝車，在神東某礦投放使用超過3個月，使用結(jié)果表明：

（1）對WCJ8E防爆無軌膠輪車制動系統(tǒng)性能提高顯著，改裝前輪邊濕式制動器摩擦片使用壽命不到3個月、制動器經(jīng)常出現(xiàn)漏油或熱衰退現(xiàn)象，加裝輔助制動液力緩速系統(tǒng)后，摩擦片基本無磨損，制動器避免了漏油和熱衰退現(xiàn)象。

（2）對于大坡度、長距離的輔助運輸工況，加裝液力緩速系統(tǒng)可極大減少主制動的使用頻率，能徹底避免輪邊濕式制動器過早磨損和熱衰退現(xiàn)象，確保車輛運行安全可靠。

[1] 陳俊宇,孫博,肖殿東,等.液力緩速器在整車上的匹配及常見問題的解決[J].汽車實用技術(shù),2020(17):185-187.

[2] 彭德彪.液力緩速器在重型卡車上的匹配研究[J].柴油機設(shè)計與制造,2018(24):20-23.

[3] 李超.汽車液力緩速器的安裝與使用[J].汽車實用技術(shù),2017 (24):162-164.

[4] 曹偉,丘水應(yīng)生,武偉.液力緩速器的產(chǎn)品分析與操作使用[J].使用維修,2019(5):182-184.

[5] 張勝賓,黃俊剛,施國飛.液力緩速器長下坡恒速制動理論研究[J].機床與液壓,2017(8):121-124.

[6] 楊勇,馬祥寧.煤礦用無軌膠輪車液力緩速系統(tǒng)[J].設(shè)備管理與維修,2021(3):113-115.

Research and Development of Hydraulic Retarding System for WCJ8E Explosion-proof Trackless Rubber Wheel Car

WANG Denghua1,2, ZOU Meiqun3

( 1.Changzhou Development & Manufacture Center Co., Ltd., Trackless Equipment Research Institute,Jiangsu Changzhou 213023; 2.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrical Technology,Mining Machine Laboratory, Jiangxi Nanchang 330013; 3.Jiangxi Normal University,Teacher Education Division, Jiangxi Nanchang 330022 )

At present, the wet brake of the trackless rubber wheeler is worn out prematurely or even fails due to the large slope and long distance of auxiliary transportation in underground coal mine. Taking WCJ8E explosion-proof trackless rubber wheel car as the research object, the matching hydraulic retar- ding system is developed as the vehicle auxiliary braking. The application results show that: the use frequency of wet brake is greatly reduced, the premature wear and thermal decay failure does not exist, and the efficient operation and safety and reliability of the vehicle are guaranteed.

Trackless rubber wheeler; Wet brake; Hot recession; Hydraulic retarding system; Safety and reliability

A

1671-7988(2022)01-90-04

U463.5

A

1671-7988(2022)01-90-04

CLC NO.:U463.5

王登化（1980—），副教授，就職于江西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事煤礦輔助運輸設(shè)備的研發(fā)工作?；痦椖浚航魇〗逃龔d科學(xué)技術(shù)研究項目（GJJ204202）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.021