礦用電機(jī)車(chē)制動(dòng)特性的研究

王金寶

（西山煤電西銘礦運(yùn)輸科二隊(duì)， 山西 太原 030052）

引言

隨著我國(guó)采煤技術(shù)的進(jìn)步和綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的提升，工作面的采煤效率已經(jīng)得到顯著的提升。為此，需要能力相匹配的運(yùn)輸系統(tǒng)，這對(duì)綜采工作面運(yùn)輸設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性及運(yùn)輸能力提出了更高的要求，尤其是對(duì)其可靠性中制動(dòng)性能提出了更高的要求。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求運(yùn)輸物料時(shí)其制動(dòng)距離不能超過(guò)40 m；而運(yùn)輸人員時(shí)其制動(dòng)距離不能超過(guò)20 m[1]。但是，由于我國(guó)電機(jī)車(chē)制動(dòng)技術(shù)相對(duì)落后，為了確保運(yùn)輸?shù)陌踩?，常限制載重量和運(yùn)輸速度，導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮電機(jī)車(chē)的運(yùn)輸能力。因此，本文旨在對(duì)礦用電機(jī)車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)特性進(jìn)行研究。

1 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的分析

經(jīng)研究可知，目前工作面電機(jī)車(chē)的制動(dòng)是依據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，主要以閘瓦制動(dòng)裝置為主。機(jī)械制動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是其在應(yīng)用中常出現(xiàn)制動(dòng)不徹底、制動(dòng)不及時(shí)的問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著電機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行。

為進(jìn)一步提升電機(jī)車(chē)的制動(dòng)性能，擬采用機(jī)械制動(dòng)與氣動(dòng)制動(dòng)形式相結(jié)合的綜合制動(dòng)手段，確保其在緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)加劇閘瓦與車(chē)輪踏面之間的摩擦，但使其使用壽命大打折扣[2]。后來(lái)，隨著變頻技術(shù)在電機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用可取得不錯(cuò)的制動(dòng)效果，但其成本較高。

綜上所述，設(shè)計(jì)一款氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)是電機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2 氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文中所涉及到的氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象為某型電機(jī)車(chē)。該電機(jī)車(chē)的主要參數(shù)如表1 所示。

目前，應(yīng)用于礦用電機(jī)車(chē)氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的方式包括有單回路和雙回路。經(jīng)分析可知，單回路氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需極小的安裝控制；而對(duì)于雙回路氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)而言，其管路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但其具有較高的可靠性。對(duì)于電機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)而言，管路復(fù)雜導(dǎo)致維修困難。

綜合分析礦用電機(jī)車(chē)單回路氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)和雙回路氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣，決定采用單回路氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，并具體確定電機(jī)車(chē)采用氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，系統(tǒng)中儲(chǔ)氣罐壓力的上限值為0.75 MPa，下限值為0.5 MPa。氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)如表2 所示。

表1 電機(jī)車(chē)主要參數(shù)

表2 氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)

3 影響氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的分析

為準(zhǔn)確掌握所設(shè)計(jì)的氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能，基于Simulink 軟件搭建仿真模型，并對(duì)各類(lèi)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)制動(dòng)性能的影響進(jìn)行仿真分析[3]。

本章節(jié)主要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)氣罐的氣罐壓力、閥口面積等氣動(dòng)元件參數(shù)對(duì)制動(dòng)性能的影響進(jìn)行仿真分析。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求所設(shè)定儲(chǔ)氣罐的上限壓力為0.75 MPa，下限壓力為0.5 MPa，對(duì)氣罐壓力為0.3 MPa、0.5 MPa 以及0.7 MPa 下制動(dòng)器的輸出制動(dòng)力進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同氣罐壓力下制動(dòng)器輸出制動(dòng)力矩曲線

如圖1 所示，隨著氣罐壓力的增大，系統(tǒng)制動(dòng)器的反應(yīng)越來(lái)越迅速。其中，當(dāng)氣罐壓力為0.7 MPa 時(shí)系統(tǒng)的制動(dòng)性能過(guò)于靈敏容易導(dǎo)致車(chē)輪抱死；當(dāng)氣罐壓力為0.3 MPa，系統(tǒng)輸出制動(dòng)力的反應(yīng)較慢，且峰值較小，導(dǎo)致系統(tǒng)的制動(dòng)力不夠。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)情況合理調(diào)節(jié)氣罐壓力。

本節(jié)探討閥口面積對(duì)氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)性能的具體影響特性。設(shè)定儲(chǔ)氣罐的壓力為0.5 MPa，對(duì)閥口面積分別為160 mm2、200 mm2、240 mm2的制動(dòng)性能進(jìn)行分析，仿真結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同閥口面積系統(tǒng)輸出制動(dòng)力曲線

如圖2 所示，隨著管路閥口面積的增大，系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定制動(dòng)力所需的時(shí)間減少，即說(shuō)明制動(dòng)器的反應(yīng)變快[4]。因此，需綜合考慮各方面因素增大管路閥口面積，進(jìn)而提升制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4 氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能的測(cè)試

礦用電機(jī)車(chē)制動(dòng)性能需與《煤炭安全規(guī)程》制動(dòng)要求相符，尤其測(cè)試制動(dòng)距離是否滿(mǎn)足要求。為此，本文設(shè)計(jì)了當(dāng)電機(jī)車(chē)初始運(yùn)行速度不同以及在不同軌面上運(yùn)行時(shí)電機(jī)車(chē)所需的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)試[5]。此外，還需檢驗(yàn)系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中是否會(huì)存在嚴(yán)重的滑行現(xiàn)象。

4.1 不同初始速度下的測(cè)試結(jié)果

針對(duì)不同初始速度下電機(jī)車(chē)的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離的測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 不同初始速度下制動(dòng)性能的測(cè)試結(jié)果

如表3 所示，當(dāng)電機(jī)車(chē)以其最大初始速度運(yùn)行時(shí)，在本文所設(shè)計(jì)的氣動(dòng)蹄式制動(dòng)系統(tǒng)的作用下，電機(jī)車(chē)的制動(dòng)距離僅為5.37 m，遠(yuǎn)小于《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的40 m，滿(mǎn)足要求。

4.2 不同軌面條件下的測(cè)試結(jié)果

當(dāng)電機(jī)車(chē)的初始運(yùn)行速度為12 km/h 時(shí)，測(cè)試設(shè)備在不同軌面時(shí)所需的制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間。本文對(duì)比撒沙制動(dòng)和正常制動(dòng)情況下的制動(dòng)性能，測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

表4 不同軌面條件下制動(dòng)性能的測(cè)試結(jié)果

如表4 所示，撒沙制動(dòng)的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離明顯小于正常制動(dòng)，主要由于在軌面上撒沙后提升了軌道的黏著系數(shù)，增加了軌面的黏著力，進(jìn)而使得電機(jī)車(chē)能夠獲得更大的制動(dòng)力。因此，在實(shí)際運(yùn)輸時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)采取撒沙操作，以提升其制動(dòng)性能。

5 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)車(chē)作為綜采工作面的主要的運(yùn)輸設(shè)備，其制動(dòng)性能直接影響工作面的采煤效率。綜合對(duì)比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣性，氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)為可應(yīng)用于電機(jī)車(chē)制動(dòng)的最優(yōu)系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的單回路蹄式制動(dòng)系統(tǒng)不論是其制動(dòng)距離還是其制動(dòng)時(shí)間均能夠滿(mǎn)足相關(guān)要求，且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)采取撒沙操作，以提升其制動(dòng)性能。