WC12RE型防爆無軌膠輪車關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計

張甲瑞，萬中元，褚衛(wèi)忠

（1.重慶工商職業(yè)學院智能制造與汽車學院，重慶 401520；2. 常州科研試制中心有限公司技術(shù)中心，江蘇 常州 213002；3. 中煤科工集團常州自動化研究院，江蘇 常州 213015）

WC12RE型防爆無軌膠輪車關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計

張甲瑞1，萬中元2，褚衛(wèi)忠3

（1.重慶工商職業(yè)學院智能制造與汽車學院，重慶 401520；2. 常州科研試制中心有限公司技術(shù)中心，江蘇 常州 213002；3. 中煤科工集團常州自動化研究院，江蘇 常州 213015）

為了滿足煤礦客戶需要，提出了一種WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車的設(shè)計方案，詳細介紹了該車在提高操控性和舒適性方面對動力部分所作的優(yōu)化改進，并簡要概述了傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等部分的設(shè)計。實踐證明，該車的使用改善了駕乘礦工的工作環(huán)境，提高了安全性和舒適性。

防爆；無軌膠輪車；廢氣處理箱；雙水循環(huán)冷卻；舒適性

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-31-04

引言

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車是一款以防爆柴油機為動力、液力—機械傳動、后輪驅(qū)動的煤礦井下無軌式運人車輛，根據(jù)煤礦客戶提出的使用要求該車主要用于巷道坡度不大于14°坡的煤礦礦井，額定載人數(shù)為12人。

目前，我國國產(chǎn)的防爆柴油機無軌膠輪車的系列已相當完善，特別是3噸、5噸、8噸、10噸等輕型的運料車已日趨成熟，重型的包括運輸支護設(shè)備的支架搬運車等承載能力已可達50噸以上，12人、24人等的運人車系列也在逐漸完善。另外，一些廠家通過汽車改裝生產(chǎn)的無軌膠輪防爆車輛，也用在了一些中小型礦井中。像路面車輛特別是轎車一樣，防爆無軌膠輪車的發(fā)展，已經(jīng)從以前的追求實用性、可靠性及維修方便性，到現(xiàn)在的尋求更好的操控及乘坐舒適性。WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車作為一款運人車輛，在其實用性、可靠性、操控性、舒適性方面提出了更高的要求。

1、WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車主要技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點

1.1 技術(shù)參數(shù)[1]

整車外形尺寸（長×寬×高）（mm)：5400×1880×1910

額定承載人數(shù)（人）：12

整車整備質(zhì)量（kg)：4800

軸距（mm）：3100

前輪距/后輪距（mm)：1595/1595

最大牽引力（kN)：40

啟動方式：氣啟動

驅(qū)動形式：后輪兩驅(qū)

傳動形式：液力傳動

最大爬坡度（o）：14

最小通過能力半徑（內(nèi)/外）(mm)：600/6850

最小離地間隙（mm)：220

平道重載速度（km/h)：＞39.43

14°坡重載速度（km/h)：8.6324—9.4667

停車制動：1.5倍額定載荷14°坡上制動

排氣溫度/°C：≤70

發(fā)動機表面溫度/°C：≤150

排放指標CO、NOx：≤0.1%、≤0.08%

1.2 結(jié)構(gòu)特點[2]

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車采用減震效果較好的整體式車身，該車身比鉸接式車車長要短，轉(zhuǎn)彎半徑更小，可操作性更強，乘坐舒適性更好。采用防爆柴油機為動力、液力—機械傳動、后輪驅(qū)動、濕式多盤工作制動、濕式多盤停車制動及緊急制動、水洗式廢氣處理系統(tǒng)等技術(shù)。主要有防爆動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、懸掛及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，如圖1 WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車總體結(jié)構(gòu)所示。

圖1 WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車總體結(jié)構(gòu)

2、WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車主體上采用成熟的防爆柴油機無軌膠輪車系統(tǒng)技術(shù)，本著提高該車駕乘舒適性、可操控性和可靠性的原則設(shè)計，因此該車設(shè)計的重點放在以下兩個方面：

（1）優(yōu)化防爆柴油機進排、氣設(shè)計，減少柴油機功率損失，提高燃油經(jīng)濟性；改進廢氣凈化系統(tǒng)，增加凈化效果，降低排氣溫度，增加防爆效果。由此能達到減少廢氣污染，改善礦井環(huán)境的目的。

（2）改變傳統(tǒng)換擋和油門控制形式，使換擋和加減速更加方便可靠；新開發(fā)液力變速箱，液力機械傳動，提高路況自適應(yīng)能力。由此提高該車可操控性和可靠性。

2.2 動力系統(tǒng)設(shè)計

動力系統(tǒng)以防爆柴油機為動力，為整車提供動力，要求能夠在爆炸性氣體環(huán)境中安全使用。主要組成部分有防爆柴油機、進氣裝置、排氣裝置、防爆水冷卻系統(tǒng)等。WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車主機選用了天津雷沃生產(chǎn)的 CKS4100 ZQFB型四缸渦輪增壓柴油機，它具有體積小、功率大、低轉(zhuǎn)速高扭矩等特點。柴油機主體本機根據(jù)煤礦防爆要求進行了處理，處理過的隔爆接合面的部位有：缸蓋與機體之間、進排氣系統(tǒng)各部件之間、進排氣系統(tǒng)與缸蓋之間、油標尺位置、噴油器與缸蓋的配合處等。

2.2.1 進氣系統(tǒng)

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車的進氣裝置如圖 2所示。它有空氣濾清器、渦輪增壓器、空氣關(guān)斷閥、阻火器及一些附件等組成?？諝馔ㄟ^空氣濾清器凈化，到渦輪增壓器增壓，經(jīng)過空氣關(guān)斷閥和阻火器，進入防爆柴油機機體。

圖2 進氣系統(tǒng)

該車的進氣裝置配備了阻火器和空氣關(guān)斷閥。配置阻火器是為了防止柴油機可能出現(xiàn)的回火，從而點燃使用環(huán)境中可能出現(xiàn)的可燃氣體。在柴油機工作的過程中，可能會出現(xiàn)由于輸油泵或高壓油泵等元部件故障，導致熄火困難，空氣關(guān)斷閥通過切斷柴油機進氣的方式，實現(xiàn)柴油機熄火?？諝怅P(guān)斷閥由氣路控制，通過氣缸推動閥體開關(guān)。當需要熄火時，通過控制氣缸實現(xiàn)柴油機熄火。

2.2.2 排氣系統(tǒng)

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車的排氣裝置如圖 3所示。它的主要組成部分有排氣管、排氣波紋管、廢氣處理箱、阻火器及一些附件等。柴油機的尾氣通過排氣管，進入渦輪增壓器，為渦輪增壓器提供動力，再經(jīng)過排氣波紋管，然后再到廢氣處理箱進行冷卻和凈化，并通過阻火器，最后再排入大氣。

圖3 排氣系統(tǒng)

2.2.3 廢氣處理箱[3][4]

廢氣處理箱是排氣系統(tǒng)的一個關(guān)鍵零部件，它的作用是對柴油機排出的尾氣進行水洗，起到降溫和凈化的效果。WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車對廢氣處理箱做了精心設(shè)計和優(yōu)化改進，大大提高了降溫和凈化的效果。

防爆柴油機無軌膠輪車的尾氣排放溫度要求不高于 70℃，同時，按照標準規(guī)定，防爆柴油機在使用工況條件下，未經(jīng)稀釋的排氣中，一氧化碳的含量不能超過 0.1%，氮氧化物的含量不能超過0.08%。在柴油機工作的工程中，尾氣通過廢氣處理箱的時候，會帶出一部分水汽，為了保證箱體內(nèi)始終有一定的水量，需要補水裝置進行補水?；谶@些要求本車設(shè)計的廢氣處理箱如圖4所示。

圖4 廢氣處理箱

1）防爆車輛的尾氣首先經(jīng)過氧化型催化凈化器（DOC）對尾氣中CO、碳氫化物催化處理，然后通過導氣管進入水箱底部，導氣管下面設(shè)有分流板，分流板攪動廢氣氣在箱體底部向上流動，通過與水的充分接觸清洗，提高凈化效率增大降溫效果，最后廢氣通往阻火器消除廢氣中的電火花，最后排出。

2）大水箱的補水通過大小水箱的壓差自動補水，小水箱的補水由浮球水位控制機構(gòu)控制，小水箱內(nèi)的水通過虹吸管進入大水箱，避免了大水箱中的污水流入小水箱損害浮球水位控制機構(gòu)。

2.2.4 雙水循環(huán)冷卻系統(tǒng)[5]

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車的動力系統(tǒng)的冷卻是由水冷卻系統(tǒng)和廢氣處理箱水洗尾氣來完成的，通過水冷卻系統(tǒng)和廢氣處理箱對尾氣的水洗，保證排氣溫度不超過 70℃，通過水冷卻系統(tǒng)保證動力系統(tǒng)的各元部件表面溫度不超過150℃。

水冷卻系統(tǒng)需要對動力系統(tǒng)的機油、機體、缸蓋、空壓機、渦輪增壓器、排氣管、排氣波紋管等元部件進行冷卻。區(qū)別于普通工況條件使用的車輛，煤礦用防爆車輛需要增加對渦輪增壓器、排氣管和排氣波紋管的冷卻。WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車在設(shè)計的過程中，增加了一個水泵，水冷卻系統(tǒng)由兩個水泵來完成。渦輪增壓器、排氣管和排氣波紋管的冷卻通過增加的水泵進行單獨冷卻，冷卻效果較使用一個泵的水冷卻系統(tǒng)大大提高。

防爆柴油機水冷卻系統(tǒng)如圖 5，發(fā)動機冷卻水泵是柴油機自帶水泵。防爆冷卻水泵專為防爆裝置提供冷卻，渦輪增壓器、排氣管、排氣波紋管都為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為氣體通道，外一層為循環(huán)水通道。

圖5 雙水循環(huán)冷卻系統(tǒng)

2.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計

防爆柴油機的輸出動力由傳動系統(tǒng)傳遞給輪胎，實現(xiàn)整車的運行。傳動系統(tǒng)如圖6所示。其主要組成部分有液力變速箱、傳動軸、車橋、輪胎及一些附件等。該車的液力變矩器和變速箱連接在一起，液力變速箱是由液力變矩器和變速箱組成。

圖6 傳動系統(tǒng)

該車采用的是后輪驅(qū)動，變速箱檔位為前進三檔、后退一檔以及空檔。變速箱通過傳動軸將動力傳遞給后橋，經(jīng)過后橋結(jié)構(gòu)中的主傳動、差速機構(gòu)及半軸，驅(qū)動后輪旋轉(zhuǎn)，從而使車輛行駛。該車的前橋以及后橋輪邊都有獨立的濕式多盤制動器，用于行車工作制動。后橋的輸入軸處，配置的停車及緊急制動器可以作為停車及緊急制動使用，也為濕式多盤制動器。

后橋配置的停車及緊急制動器是“彈簧制動，液壓釋放”的結(jié)構(gòu)形式，當不輸入高壓油的時候，彈簧通過活塞推動動片和靜片接合，實現(xiàn)制動；當輸入高壓油的時候，通過液壓力推動活塞，克服彈簧力，動片和靜片脫開，從而車橋的傳動部件可以正常旋轉(zhuǎn)。

停車及緊急制動器可以通過液壓控制閥控制，當切斷高壓液壓油的供給，便可實現(xiàn)停車制動。而當車輛的制動液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致液壓油壓力丟失，停車及緊急制動器可以通過彈簧力促使動片和靜片接合，實現(xiàn)制動，起到緊急制動的作用。

2.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計

該車的轉(zhuǎn)向采用了液壓助力轉(zhuǎn)向，司機通過方向盤與轉(zhuǎn)向軸，控制轉(zhuǎn)向機的動作，轉(zhuǎn)向機的搖臂與直拉桿連接，直拉桿與車橋的轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)連接，可以控制輪胎進行轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向泵連接于發(fā)動機的取力口，從油罐內(nèi)吸油后，輸出高壓油，傳導給方向機，幫助轉(zhuǎn)向機起到助力的作用。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用動力助力轉(zhuǎn)向，該系統(tǒng)由方向盤、轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)向傳動軸、油罐、轉(zhuǎn)向葉片泵、轉(zhuǎn)向機、直拉桿、轉(zhuǎn)向橋等組成。

2.5 其他系統(tǒng)設(shè)計

液壓系統(tǒng)、氣動安全系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等其他部件，基本采用較為成熟的系統(tǒng)，根據(jù)整車設(shè)計需要，做了簡單變動，在此不再贅述。

3、結(jié)語

WC12RE型防爆柴油機無軌膠輪車結(jié)合煤礦市場需求，采用新開發(fā)的四缸渦輪增壓柴油機和液力變速箱，大大提高該車動力性能；使用優(yōu)化改進后的廢氣處理箱，改善了廢氣處理效果，結(jié)合雙水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，增強了冷卻效果。礦上使用的實踐證明，該車減輕了礦上員工勞動強度，提高了工作效率和舒適性，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

[1] 耿國龍.某型防爆柴油機廢氣處理系統(tǒng)的設(shè)計[J].煤礦科技,2016年第二期（3-5）.

[2] 莊嚴. 煤礦井下無軌膠輪車的選型原則[J]. 礦山機械, 2009, (09): 44-47.

[3] 劉開華,劉杏妹,姚甦.虹吸現(xiàn)象在防爆灑水車及防爆廢氣箱設(shè)計時的應(yīng)用[J].煤礦機械,2013年10月第34卷第10期（181-182）.

[4] 趙宏宇,魏永勝.WC8E無軌膠輪車廢氣處理箱的優(yōu)化設(shè)計[J].煤炭技術(shù),2014年10月第33卷第10期（199-200）.

[5] 王曉.某型防爆柴油機冷卻系統(tǒng)改進設(shè)計[J].內(nèi)燃機工程,2015年4月第36卷第2期（111-115）.

The optimization design of the key components of WC12RE type explosionproof trackless rubber tyred vehicle

Zhang Jiarui1, Wan Zhongyuan2, Chu Weizhong3
( 1. Institute of intelligent manufactuning and automative of CQTBI, ChongQing 401520; 2. Technology center of ChangZhou Develepment & Manufacture Centre Co., Ltd., Jiangsu ChangZhou 213002; 3. Changzhou Automation Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corporation, Jiangsu Changzhou 213015 )

In order to meet the needs of customers in coal mine, the paper proposed a design scheme of WC12RE explosionproof diesel trackless rubber-tyred vehicle, introduces the optimization for the vehicle to improve handling and comfort on the dynamic part of the improvement, and a brief overview of the system design such as part of the drive system, steering. The practice proved that the use of the car driving to improve the miners work environment, improve safety and comfort.

explosion-proof; trackless rubber-tyred vehicle; waste gas processing tank; double channel circulation cooling system; comfortable

U463.8

A

1671-7988 (2017)06-31-04

張甲瑞（1984-），男，工程師，碩士研究生，就職于重慶工商職業(yè)學院智能制造與汽車學院?，F(xiàn)在主要從事特種車輛和新能源汽車的的研發(fā)和教學工作。常州市科技支撐計劃（項目）項目編號：CE20140067。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.010