2m3柴油鏟運(yùn)機(jī)停車制動改造

黃志友

北方銅業(yè)股份有限公司銅礦峪礦 山西垣曲 043700

鏟運(yùn)機(jī)制動系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、液壓系統(tǒng)和制動器組成，具有行車制動、停車制動和緊急制動功能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，制動器逐步從蹄式制動器、鉗盤式制動器發(fā)展到封閉濕式多盤式制動器[1]。封閉濕式多盤式制動器具有全封閉防水防塵、制動性能穩(wěn)定、散熱效果好、耐磨損、使用壽命長、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，解決了蹄式制動器和鉗盤式制動器受環(huán)境影響大、制動性能下降快、故障率高等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鏟運(yùn)機(jī)及其他工程機(jī)械。

1 國產(chǎn) 2 m3 柴油鏟運(yùn)機(jī)制動系統(tǒng)

地下鏟運(yùn)機(jī)主要制動器有蹄式制動器、鉗盤式制動器和封閉多盤濕式制動器 3 種。蹄式制動器和鉗盤式制動器因維護(hù)頻繁、制動性能下降快等缺點(diǎn)，現(xiàn)已很少應(yīng)用。封閉多盤濕式制動器設(shè)置在驅(qū)動橋內(nèi)部，不受外界環(huán)境的影響，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛[2]。

封閉濕式多盤式制動器又分為 LCB 制動器和Posi-Stop 制動器 2 種。Posi-Stop 制動器具有行車制動、停車制動和緊急制動 3 項功能，無需再設(shè)置輔助制動回路，但造價較高。國產(chǎn) 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)制動系統(tǒng)采用 LCB 制動器和鉗盤式制動器組合，如圖 1所示。

圖1 2 m3 柴油鏟運(yùn)機(jī)制動液壓系統(tǒng)簡圖

LCB 制動器安裝在 4 個車輪上，執(zhí)行行車制動功能；鉗盤式制動器安裝在前橋輸入軸上，執(zhí)行停車制動和緊急制動功能。制動液壓系統(tǒng)中配置了 1個 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器、2 個 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器和 1 套充液閥儲能裝置作為動力源。其中 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器為鉗盤式制動器提供動力，通過停車電磁閥和停車制動液壓缸控制鉗盤式制動器的并攏和打開；2 個 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器分別為前、后橋的 LCB 制動器提供動力，通過制動踏板控制 LCB 制動器的制動和釋放。

鉗盤式制動器安裝在傳動軸上，為彈簧制動、液壓釋放形式。鏟運(yùn)車啟動后，充液閥給蓄能器充液儲能，制動壓力達(dá)到 15 MPa 后，停車電磁閥得電動作，連通蓄能器和停車制動液壓缸油路，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的液壓油頂開停車制動液壓缸，鉗盤式制動器打開，解除停車制動；停車時，停車電磁閥失電回位，停車制動液壓缸的彈簧推動活塞桿，鉗盤式制動器并攏，施以停車制動。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

鉗盤式制動器在運(yùn)行過程中，因其開放式結(jié)構(gòu)，泥沙、碎石易進(jìn)入，泥水黏結(jié)造成鉗盤變形損壞，導(dǎo)致鉗盤式制動器釋放不完全，損壞停車制動液壓缸和傳動軸，引發(fā)設(shè)備事故，如圖 2 所示。

圖2 鉗盤式制動器安裝位置和損壞情況

該類型鏟運(yùn)機(jī)的停車制動和緊急制動裝置可靠性較低，且故障率高，存在較大安全隱患。某礦現(xiàn)有國產(chǎn) 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī) 10 臺，主要擔(dān)負(fù)著井下掘進(jìn)出渣和采場清理工作，為確保行車安全，急需對 2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)停車制動和緊急制動裝置進(jìn)行改進(jìn)。

3 對策研究與制定

按前述，改用 Posi-Stop 制動器可消除該類型鏟運(yùn)機(jī)停車制動和緊急制動可靠性低的安全隱患，需更換前、后驅(qū)動橋總成，并對液壓系統(tǒng)和控制裝置進(jìn)行系統(tǒng)改造，改造費(fèi)用約 13 萬元。因此，通過對制動系統(tǒng)的控制油路進(jìn)行改造，利用原車 LCB 制動器來實現(xiàn)停車制動和緊急制動功能的對策更加可行。

利用梭閥將停車制動管路與前橋 LCB 制動器管路連接在一起，通過梭閥實現(xiàn)行車制動油路和停車制動油路的快速轉(zhuǎn)換，利用前橋 LCB 制動器實現(xiàn)停車制動和緊急制動的功能。

梭閥結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。梭閥相當(dāng)于 2 個單向閥組合的閥，是閥體與執(zhí)行器合二為一的閥門，梭閥動作簡單可靠，可以實現(xiàn)快速開關(guān)。梭閥有 2 個進(jìn)口 P1和P2，1 個出口 A，P1和 P2都與出口 A 相通、但 P1和P2不相通。其工作原理是 P1和 P2中的任一個有壓力輸入，出口 A 都有輸出。

圖3 梭閥結(jié)構(gòu)原理圖和符號

4 改造實施方案

改造后的制動液壓系統(tǒng)如圖 4 所示。

圖4 改造后的制動液壓系統(tǒng)

拆除鉗盤式制動器和停車制動液壓缸，加裝 1 個梭閥，將停車電磁閥的出油管連接到梭閥進(jìn)口 P1，制動踏板通往前橋的油管連接到梭閥進(jìn)口 P2，前橋 LCB制動器油管連接到梭閥出口 A，停車電磁閥由常閉型改為常開型，保證斷電狀態(tài)下停車制動蓄能器與前橋LCB 制動器油路是連通的。

正常運(yùn)行時，啟動鏟運(yùn)機(jī)，剎車壓力達(dá)到 15 MPa 后，停車制動電磁閥得電動作，斷開停車制動油路，解除停車制動。行車制動時，踏下制動踏板，梭閥進(jìn)口 P2與出口 A 相通，NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器的制動液進(jìn)入前橋和后橋，LCB 制動器動作，實現(xiàn)行車制動。停車制動或緊急制動時，停車制動電磁閥失電回位，梭閥進(jìn)口 P1與出口 A 相通，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的制動液進(jìn)入前橋，前橋 LCB制動器動作，執(zhí)行停車制動或緊急制動。

注意事項：后橋制動油路未進(jìn)行改造，后橋LCB 制動器只執(zhí)行行車制動功能；因隔膜式蓄能器長時間停用會出現(xiàn)泄壓現(xiàn)象，因此，正常停車后應(yīng)用三角掩木將車輪掩住，確保安全。

5 可行性驗算

此次改造只在油路和電磁閥上進(jìn)行，供能裝置和液壓系統(tǒng)沒有變化。每制動一次，蓄能器釋放一定的油量，停車制動蓄能器能否滿足 2 次以上停車制動需要的油液量是此次改造的關(guān)鍵。

隔膜式蓄能器內(nèi)部油壓發(fā)生變化，氣體質(zhì)量不變，溫度不變，氣囊內(nèi)氣體可以看成理想氣體，符合定量等溫的氣態(tài)方程核算前提。由定量等溫的氣態(tài)方程得出[3]，當(dāng)充入油量V1時，

當(dāng)充入油量V2時，

全部制動油液量

式中：Vx為全部制動油液量，L；V1、V2分別為最低、最高工作壓力時進(jìn)入蓄能器的油液量，L；p0為蓄能器充氣壓力，MPa；p1、p2分別為最低、最高工作壓力，MPa；V0為蓄能器容積，L。

已知 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1.6 L、NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1 L、充氣壓力p0為 7 MPa、最低工作壓力p1為 12 MPa、最高工作壓力p2為 15 MPa。

由式 (3) 求出 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器全部制動油液量為 116 mL。

該型號 LCB 制動器的排量為 27.2 mL，每個驅(qū)動橋有 2 個 LCB 制動器，1 次有效制動所需油液量為54.4 mL。

NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的容量可提供 116÷54.4 mL≈2.13 次有效制動的油液。因此，該型號LCB 制動器作為停車制動或緊急制動時，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器滿足油液量要求。相對行車制動，停車制動動作次數(shù)較少，不會引起充液閥頻繁動作，無需增大停車制動蓄能器容積。

6 結(jié)語

拆除傳動軸上的鉗盤干式制動器，由車橋上的封閉多盤濕式制動器來執(zhí)行鏟運(yùn)機(jī)的停車制動和緊急制動均，制動效果穩(wěn)定可靠。改造后，消除了鉗盤干式制動器在井下工況下易變形損壞、制動失效導(dǎo)致的設(shè)備事故，可有效地保證機(jī)車運(yùn)行安全。