鏟運機應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉中亞

(青島中鴻重型機械有限公司)

地下鏟運機為礦山開采主要運輸設(shè)備，工作在井下狹窄、潮濕、悶熱、多塵的巷道[1]，具有效率高、機動性好、靈活等特點[2]。隨著科技的發(fā)展，地下鏟運機越來越先進，其液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從老式的機械拉桿式逐步演變?yōu)槿缃竦囊簤合葘?dǎo)、電液混合控制、遙控控制，設(shè)備更加現(xiàn)代化、智能化。盡管車輛在研發(fā)制造方面越來越先進高端，但是在使用生產(chǎn)過程中會因為外部惡劣的工況條件或者內(nèi)部元器件的磨損銹蝕等因素而產(chǎn)生一些故障。設(shè)備故障一般出現(xiàn)于行車主干道、溜井旁邊、采礦點等重要且危險的場所，如果設(shè)備短時間內(nèi)無法修復(fù)，為了避免影響其他設(shè)備的正常生產(chǎn)和維修人員的人身安全，需要將故障設(shè)備牽引至維修站點維修。鏟運機在現(xiàn)實的情況中，從設(shè)備損壞的位置牽引至維修站點的路途中有許多彎道，在沒有應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的情況下，通過這些彎道是極其困難的。在這種情況下維修人員大都運用2臺設(shè)備，一臺置后牽引使用，一臺置前協(xié)助轉(zhuǎn)向。這種方法既費時又費力，還有一定的危險性，并且加大了因設(shè)備損壞造成的停產(chǎn)損失。

國內(nèi)外絕大部分鏟運機生產(chǎn)制造商將應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一個選裝項，而且僅在原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上外加一個單獨的電動泵，當設(shè)備動力源出現(xiàn)問題時，手動按下應(yīng)急轉(zhuǎn)向按鈕，此泵在直流電機的作用下運轉(zhuǎn)，被當作臨時動力源，此時操縱轉(zhuǎn)向手柄可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。假如非動力源故障，故障原因在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制元件上時，這個臨時動力源就無效了。鑒于以上情況，地下裝載機加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并對此系統(tǒng)進一步研究是很有必要的。

1 鏟運機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是地下鏟運機最重要的系統(tǒng)之一，其功用是操縱鏟運機的行駛方向，既要保證車輛直線行駛穩(wěn)定性，又要保持車輛行駛靈活性[3]。目前國內(nèi)外鏟運機大多數(shù)是采用鉸接式液壓動力轉(zhuǎn)向，其機架由前、后車架通過鉸接銷聯(lián)接而成，它可以在水平面做相對轉(zhuǎn)動，又可以在垂直平面做相對移動[4]。在液壓缸的推動下，前車架與后機架通過中央鉸接發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，此種轉(zhuǎn)向優(yōu)點是轉(zhuǎn)彎半徑小，通過性強，比較適宜井下的巷道環(huán)境；在轉(zhuǎn)向過程中，車輪與機架之間沒有發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，而且輪胎一般均為寬大厚重，增強了與地面的附著力；前、后車架通過中央鉸接有一定的相對滑動間隙，輪胎在通過不平路面時，增加了車輛的通過性能，并減少了車架之間的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。對于采用鉸接式轉(zhuǎn)向的地下鏟運機，若斗容大于2 m3，一般采用雙缸轉(zhuǎn)向；小型的一般采用單缸轉(zhuǎn)向[5]。

2 FL06A型鏟運機液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理

故障牽引轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可適用于所有的地下鏟運機車輛，選取青島中鴻重型機械公司生產(chǎn)的FL06A型鏟運機為研究模型。FL06A型地下鏟運機是吸收了sandvik和atlas鏟運機的先進技術(shù)并加以自主創(chuàng)新而研發(fā)的操作簡便，采礦安全、高效的新機型。該鏟運機是一種以柴油機為動力、液力機械傳動、四輪驅(qū)動的井下無軌設(shè)備，可以實現(xiàn)裝載、搬運、卸載礦巖工作。整機長約9 000 mm，寬1 900 mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑為2 000 mm，最大轉(zhuǎn)向角為42°，從最左端轉(zhuǎn)至最右端最快4 s，通過左右對稱布置的液壓缸進行轉(zhuǎn)向，采用單獨的齒輪泵供油，由液壓先導(dǎo)手柄控制換向閥進行轉(zhuǎn)向。

圖1為FL06A型鏟運機轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向工作泵安裝在液力變矩器上，它從液壓油箱吸入液壓油進入轉(zhuǎn)向閥，在系統(tǒng)無需轉(zhuǎn)向的情況下與工作系統(tǒng)進行合流，避免能量浪費。在轉(zhuǎn)向工作泵工作的同時，制動泵從液壓油箱吸油進入充液閥，優(yōu)先給制動系統(tǒng)進行充液，當制動蓄能器內(nèi)的壓力升高至大于沖壓閥內(nèi)部限定的充液壓力時，充液閥芯逐漸右移，此時分成兩路，一路繼續(xù)監(jiān)測制動系統(tǒng)壓力，一旦制動系統(tǒng)壓力低于設(shè)定下限，將立刻進行充液；另一路進入先導(dǎo)溢流閥，當油壓未高于3.5 MPa時，向先導(dǎo)蓄能器充壓，當它高于3.5 MPa時，則通過溢流去往制動橋，對前、后對橋內(nèi)的制動器進行強制沖洗冷卻，先導(dǎo)溢流閥保障了轉(zhuǎn)向控制手柄有足夠的操控壓力。當車輛在運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向過程中，關(guān)閉駕駛室門后安全閥打開，此時液壓先導(dǎo)蓄能器內(nèi)的液壓油通過安全閥進入轉(zhuǎn)向控制手柄，假如向前撥動轉(zhuǎn)向控制手柄，先導(dǎo)壓力油進入轉(zhuǎn)向閥的主閥芯上端，在壓力的作用下閥芯下移，此時轉(zhuǎn)向工作泵中的油通過閥芯上位進入轉(zhuǎn)向油缸，與此同時，去往工作系統(tǒng)的合流被斷開，鏟運機的左轉(zhuǎn)向與右轉(zhuǎn)向原理類似，只是控制手柄的撥動方向不同導(dǎo)致?lián)Q向閥芯的移動方向發(fā)生改變。FL06鏟運機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不含應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)向液壓缸在換向閥沒有動作的情況下具有閉鎖現(xiàn)象，在不拆解通往轉(zhuǎn)向油缸的管路情況下，通過外力強制撥動不可能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，因此，設(shè)備在出現(xiàn)故障需要牽引轉(zhuǎn)彎時十分困難。

3 應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計

在圖1的系統(tǒng)基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做出改動：將圖1中的先導(dǎo)蓄能器3改為先導(dǎo)充液閥3A；加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向泵15、電磁換向閥16、電磁換向閥17、單向閥18、溢流閥19。應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計見圖2。

當車輛動力源故障無法正常工作時，需要對設(shè)備進行牽引處理，將鏟運機鑰匙開關(guān)旋至上電位，按下位于駕駛室內(nèi)的應(yīng)急轉(zhuǎn)向泵按鈕，應(yīng)急轉(zhuǎn)向泵在直流電機的帶動下從液壓油箱吸油經(jīng)過單向閥18進入先導(dǎo)充液閥3A，優(yōu)先向先導(dǎo)蓄能器充液，當先導(dǎo)蓄能器內(nèi)部壓力升高超過4.5 MPa時，再通過先導(dǎo)充液閥內(nèi)部的溢流閥進入轉(zhuǎn)向閥內(nèi)，此時推動轉(zhuǎn)向控制手柄控制轉(zhuǎn)向閥芯換向，油液進入轉(zhuǎn)向油缸實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

當動力源正常，只有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，按下位于駕駛室內(nèi)的電磁換向閥按鈕，電磁換向閥16得電打開，電磁換向閥17得電關(guān)閉，控制翻斗油缸的控制手柄可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能，此時翻斗功能失效，推動翻斗手柄車輛的液壓轉(zhuǎn)向功能與2章節(jié)所介紹轉(zhuǎn)向原理類似。

圖1 FL06A型鏟運機轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)組成

圖2 應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計

加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后，僅需一臺鏟運機作為牽引機即可，不需要拆解油缸上關(guān)聯(lián)管路，避免了油液的浪費，同時也可快速通過彎道。應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對于鏟運機故障快速判斷起到極大的促進作用。當設(shè)備無法轉(zhuǎn)向時,啟用應(yīng)急轉(zhuǎn)向功能,按下電動泵情況下,假如設(shè)備可以轉(zhuǎn)向,則直觀地判斷出故障點出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向泵,如果還無法轉(zhuǎn)向,按下電磁換向閥按鈕,此時設(shè)備如果正常轉(zhuǎn)向,則故障出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向控制手柄或者換向閥內(nèi),如果還無法轉(zhuǎn)向，則故障出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向油缸內(nèi)部。通過這種方法,省去了利用液壓儀表檢測各處壓力,然后根據(jù)各點壓力逐個排查的繁瑣過程,節(jié)省了故障排查時間,提高了維修效率。

4 應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用效果

選取2臺FL06A型鏟運機做對比試驗，一臺加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一臺不加裝此系統(tǒng)，模擬2臺設(shè)備發(fā)生故障被牽引，在相同數(shù)量的彎道牽引，加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的鏟運機牽引效率可提高90%以上。同時將2臺鏟運機上相同側(cè)轉(zhuǎn)向缸活塞拆掉，隨機挑選2名維修人員，分別對2臺設(shè)備故障點進行檢測，加裝應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)備僅用5 min鎖定故障點，相比按部就班逐個節(jié)點測量壓力再根據(jù)參數(shù)判斷故障點，效率明顯提高。

5 結(jié) 語

應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠及時快速地將設(shè)備從危險環(huán)境中撤出，極大地保障了駕駛?cè)藛T與維修人員的安全，便于候補設(shè)備繼續(xù)開采，降低礦方因設(shè)備故障產(chǎn)生的損失。牽引快速通過彎道，節(jié)約了大量時間、人力、物力成本，提高維修人員工作效率，減輕維修人員工作負擔，同時降低了鏟運機的維修費用。因此，應(yīng)急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)對于地下鏟運機，無論從生產(chǎn)層面還是維修層面來說都是極有必要的，普適性強，應(yīng)用前景廣闊。