930E-4 型礦用重型卡車制動系統(tǒng)智能化改造

李 鍵

（國能準能集團有限責任公司 哈爾烏素露天煤礦,內蒙古 鄂爾多斯 010300）

為進一步提升設備作業(yè)效率降低作業(yè)人員安全風險，在國家鼓勵煤礦智能化生產的大背景下，根據(jù)實際生產狀況對卡車進行了智能化改造，優(yōu)化卡車制動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對危險狀態(tài)的預控，減少操作人員對卡車盲區(qū)不明危險的誤操作，避免造成重大事故。通過對卡車制動系統(tǒng)智能化改造，縮短了制動距離，制動效果更加快速穩(wěn)定，障礙物的識別比操作人員更加準確，減少了駕駛人員作業(yè)強度，避免駕駛人員疲勞駕駛產生誤操作。

1 卡車制動系統(tǒng)的構造及工作原理

1.1 卡車制動系統(tǒng)構成

卡車制動系統(tǒng)主要由4 部分構成[1]，分別為制動系統(tǒng)動力源、制動系統(tǒng)控制裝置、制動系統(tǒng)執(zhí)行裝置、制動系統(tǒng)輔助裝置。

卡車制動系統(tǒng)的動力源由2 個主要動力源與1個輔助動力源并聯(lián)構成，2 個主要動力源中的1 個是給制動系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定高壓動力液壓油的制動/轉向泵，另1 個是給制動系統(tǒng)提供冷卻油液的舉升泵。輔助動力源為制動蓄能器，此裝置在使用過程中可實現(xiàn)2 個功能：①為泵的動力不足時給制動提供能量；②是能夠存儲液壓系統(tǒng)產生的多余能量。

制動系統(tǒng)多種控制方式的實現(xiàn)主要是利用不同類別的執(zhí)行閥完成制動控制，制動方式分為制動踏板總成與行駛制動2 種制動控制，前段行程施加電制動，后半行程施加工作制動。雙油路踏板閥是控制雙繼動閥動作的先導閥。制動雙繼動閥有2 個，1 個在前制動控制柜控制前輪制動，另1 個在后橋內控制后輪制動。制動分油器是安裝雙油路隔離單向閥、蓄能器排放閥、壓力開關、和用于制動鎖定電磁閥、停車制動電磁閥、緊急制動自動施加電磁閥等配件的基礎。裝載制動為電控開關車輛在卸貨時解除或施加裝載制動。停車制動開關集成在換向桿內是電控開關，當換向桿在P 檔位置其他條件滿足時系統(tǒng)自動施加停車制動。

制動系統(tǒng)執(zhí)行裝置通過2 種方式實現(xiàn)執(zhí)行命令，安裝與前輪總合成和電動輪總成內的濕盤式制動器總成，是執(zhí)行工作制動、緊急制動、和僅施加于后輪的制動鎖定的執(zhí)行器。安裝于后橋內電動輪電樞軸外側的停車制動器為多盤式干式制動器，是施加停車制動的執(zhí)行器，該制動器為彈簧施加油壓解除的工作方式。

輔助裝置有液壓油箱、制動連接油管、制動冷卻油管。液壓油箱能夠容納液壓系統(tǒng)所需液壓油，對運行的油液進行散熱。制動連接油管能夠給制動系統(tǒng)傳遞油夜。制動冷卻油管，傳送制動冷卻油，進行制動散熱。

1.2 卡車制動實施方式

1）工作制動。車輛正常運行時在電制動減速后使用工作制動，實現(xiàn)車輛減速或停車的制動方式，通過駕駛員踩踏工作制動踏板控制雙繼動閥進行，前輪/后輪制動器一起作用。

2）制動鎖定。在卡車進行卸載或裝載時，操作人員松開制動踏板，利用駕駛室內的輪制動鎖開關控制制動組合閥上的制動鎖定電磁閥實施制動，此項制動方式主要用于輪制動器作業(yè)時應用。

3）緊急制動。當制動系統(tǒng)壓力低于設定的規(guī)定值時投入全部制動，使運行的卡車減速直至停車避免失速造成事故，實施方式是利用制動分油器上安裝的壓力開關進行監(jiān)測控制，在壓力低于規(guī)定值時緊急制動電磁閥電路自動導通，雙繼動閥同時作用對卡車進行制動。

4）停車制動。用于在非裝載或卸載時保持住卡車或者長時間停車時使用，而不是用于停車。是通過駕駛室內的方向控制桿控制停車制動電磁閥實現(xiàn)的，當卡車運行時方向桿推入F、R 或N 檔停車制動電磁閥通電油路導通制動解除，方向桿推入P 檔是電磁閥斷電油路截止，制動器在彈簧作用下施加制動。

1.3 卡車制動油路工作原理

1）工作制動油路。司機在駕駛室內利用腳動雙油路踏板閥，來對卡車進行工作制動壓力調整，可以緩慢將卡車停止或迅速產出最大制動力以最快的速度在最短的時間讓卡車停止，使用腳動雙油路踏板閥可對制動壓力實現(xiàn)精確控制。使用此閥讓操作人員可以合理控制制動蓄能器內供給制動器的存儲的高壓能量。雙制動閥有2 個閥組成：其中1 個閥將壓力供至前制動柜內雙繼動閥，向前橋制動器提供施加壓力；另1 個閥將壓力供至后橋內雙繼動閥，向后橋的制動器提供施加壓力。當操作人員踩下制動踏板時，雙油路制動閥內的各閥會同時從相應的蓄能器輸油至車輪制動器，壓力與2 個踏板的位置和力度成正比。踏板繼續(xù)向下踩時，制動力向上增加，操作人員的操控感覺明顯。踩下制動踏板時導通剎車燈壓力開關，該開關作用會使剎車和行駛制動指示燈推進互鎖。

2）制動鎖定油路。制動鎖定是為卡車在裝載或卸載時為操作人員固定住車輛提供的1 種制動形式。制動鎖定只應用于后部行駛制動。在主制動裝置失效時，可提供一種停住卡車輔助方式。制動運行時打開安裝在車輪制動鎖定開關上的儀表，制動鎖定電磁閥和減壓閥將施加壓力為13.79 MPa 的未經調整的壓力油全部供給給后制動器。后制動管路內的梭閥提供獨立于用于制動施加的制動踏板閥的功能。

3）停車制動油路。停車制動器為彈簧施加液壓解除。停車制動的運行方式為相關閥體內電磁線圈被斷電，制動電磁閥失去磁力內部閥體在內部彈簧作用下內部閥芯移動導通油路，油液產生的油壓由停車制動器轉向以油液形式導回液壓油箱。操作人員將方向操縱桿放置在停車檔位時，停車制動電磁線圈會自動斷電[2]。停車制動連接油管內的油液沿管路返回油箱泄壓，停車制動器內的彈簧將自動施加制動，壓力開關會自動閉合，導通接地點回路且點亮駕駛室控制面板上的停車制動燈。操作人員將方向控制桿放置在前進擋位、倒擋位或空擋位時，停車制動電磁線圈自動導通電路，油流經電磁閥管路傳送至停車制動活塞以解除制動。停車制動油路通過監(jiān)測車輪馬達速度傳感器確定卡車地面速度，防止意外施加。當方向控制桿在前進擋位、倒擋位或空擋位時如果出現(xiàn)液壓施加壓力損失，停車制動電磁線圈將通電。為防止停車制動壓力油流回供油油路，停車制動油路內的單向閥將存住油，保持停車制動器處于解除位置。電磁線圈內的彈簧將使其切換，打開1 個通道使卡車停車制動管路內的油液經相關油路返回油箱，使停車制動內的彈簧作用對卡車施加制動。

2 卡車制動系統(tǒng)智能改造

930E 原車液壓制動系統(tǒng)中只有工作制動、制動鎖定、停車制動3 種制動方式是需要操作人員操作才能實現(xiàn)的動作，其余制動方式無需操作人員操作是根據(jù)系統(tǒng)壓力或者其他條件自動施加的[3]。因此，卡車無人駕駛改造制動系統(tǒng)將主要圍繞工作制動、制動鎖定、停車制動3 種制動方式展開。

2.1 工作制動智能改造

工作制動是為了減慢車速或停止卡車的制動，需要操作人員踩踏制動踏板才能實現(xiàn)，因此，在工作制動油路中加入了2 個制動電比例閥，1 個控制前制動繼動閥、1 個控制后制動繼動閥，此閥是由控制器輸出的電信號控制的。制動電比例閥安裝在駕駛室后控制箱內。通過制動電比例閥與制動雙路制動閥并聯(lián)實現(xiàn)行車制動線控改造。當車輛有駕駛員時，踩下制動踏板，實現(xiàn)行車制動功能。當車輛處于無人駕駛模式時，根據(jù)控制器輸出信號，控制電比例制動輸出不同壓力信號用以模擬不同踏板角度的輸出壓力，實現(xiàn)行車制動功能。

930E 制動系統(tǒng)的線控化改造控制能夠根據(jù)不同的工況下采取不同的制動策略，在正常的無人駕駛停車過程中，其控制策略根據(jù)有人駕駛操作規(guī)程，合理控制電制動及液壓制動的投入比例，實現(xiàn)安全平穩(wěn)的停車動作；當出現(xiàn)斷通信等嚴重故障時，需要盡快控制車速至停車時，采取緊急制動策略，有效控制車輛停車，避免安全事故的發(fā)生。

當行駛中的卡車遇到障礙、前方有車輛或者跟車距離過近等情況時，卡車上安裝的前向激光雷達、左右側毫米波雷達、前視攝像頭會將實時信息傳送至中央處理器[4]，處理器分析后會對控制器發(fā)送指令，控制器將控制制動電比例閥通電導通雙繼動閥油路實施制動。工作制動的改造原理實際上就是用一系列的電子元件代替了操作人員的感官以及大腦分析并發(fā)出指令的過程，制動電比例閥代替了操作人員踩制動踏板的動作和雙油路踏板閥的功能。

2.2 制動鎖定智能改造

制動鎖定是司機在裝載或卸載時固定住車輛的制動。原車的制動鎖定控制方式為電控液壓，當需要施加制動鎖定時，操作人員通過駕駛室控制面板上的制動鎖定開關控制制動分油器上的制動鎖定電磁閥施加制動。因此在改造過程中無需改造液壓部件，只需要通過線控控制器控制原車制動鎖定電磁閥，即可實現(xiàn)制動鎖定功能。當中央處理器認定設備處于裝載或卸載狀態(tài)時，會向控制器發(fā)送指令[5]，控制器將導通制動鎖定電磁閥電路打開閥芯施加制動鎖定。當中央處理器認定已經裝載或者卸載處于完成狀態(tài)時，同樣向控制器發(fā)送指令，控制器將切斷制動鎖定電磁閥電路關閉閥芯解除制動鎖定。

2.3 停車制動智能改造

停車制動器為彈簧施加，液壓解除的制動，在卡車完全停止之前，停車制動不施加。原車的停車制動施加方式是當卡車需要投入/解除停車制動時，由操作人員將換向手柄至于停車檔位置，停車制動電磁線圈斷電。停車制動管線內的油壓將返回油箱，停車制動器內的彈簧將自動施加制動。換向手柄在前進擋位、倒擋位或空擋位位置，停車制動電磁線圈通電。油流從停車制動電磁線圈輸送至停車制動活塞以解除制動。改造后停車制動電磁閥將直接受控與控制器，檔中央處理器認定需要投入/解除停車制動時，會給控制器發(fā)送指令，控制器將不通過換向手柄，直接控制停車制動電磁閥電路實現(xiàn)閥芯的開通和關閉，進而實現(xiàn)停車制動的投入/解除功能。

3 制動系統(tǒng)預警應用

制動預警電路在駕駛室內顯示面板上裝有制動壓力低報警指示燈并在駕駛室內有音響報警裝置以提醒操作人員制動壓力低。制動預警主要有以下幾種方式。

1）制動報警繼電器。①當制動鎖定開關打開時，制動報警繼電器通電并將電氣連接從端子切換至低制動鎖定降級開關；②當制動鎖定開關關閉時，繼電器斷電并將電氣連接從低制動鎖定降級開關切換至端子。

2）系統(tǒng)供應壓力開關。位于泵壓力傳感分油器處。當系統(tǒng)供應壓力下降至15.86 MPa 以下時，低轉向壓力燈、低制動壓力報警燈和蜂鳴器將打開。

3）低制動壓力開關。位于制動分油器。當壓力降低的蓄能器降至12.76 MPa 以下時，低制動壓力報警燈和蜂鳴器將打開。

4）制動鎖定降級開關。位于液壓部件艙內的接合分油器處。當制動鎖定開關打開時，制動鎖定電磁線圈和制動報警繼電器將通電。制動報警繼電器將電氣連接從端子切換至制動鎖定降級開關。如果制動鎖定施加壓力低于6.89 MPa，將接通至接地的回路且低制動壓力報警燈和蜂鳴器將打開。

4 制動系統(tǒng)部件維護

4.1 制動閥維護

制動踏板總成結合了動力減速控制和行駛制動控制功能。當踩下踏板時，踏板行程的第1 部分啟動了向驅動系統(tǒng)提供電信號的內置電位計，發(fā)出操作人員要求減速的信號[6]。當操作人員繼續(xù)踩下踏板時，電信號經調制，將減速動力級別從最小升至最大。實現(xiàn)最大減速要求后進一步減下踏板，在踏板被完全踩下時將導致行駛制動的施加從最小變?yōu)樽畲?。當行駛制動啟動時可感到踏板阻力略微增加。當施加動力減速時，駕駛室內頂置面板上的指示燈也將點亮。當行駛制動施加時第2 個燈也將點亮。制動閥為壓力調節(jié)閥，通過操作人員駕駛室內的制動踏板進行機械啟動，也可通過液壓制動艙內的自動施加閥進行液壓啟動。制動閥控制輸送至前后行駛制動雙繼電器閥的壓力，雙繼電器閥向前輪和后輪盤式制動器總成提供施加壓力。使用踏板將施加壓力從零調節(jié)至最大制動力。制動閥維護標準：有以下任一條件存在，應拆卸并修理制動閥：踏板執(zhí)行機構內的凸輪搖動過度；任何外部漏油的跡象[7]；踏板不能返回完全松開位置；當在中位時閥保持住壓力；踏板完全踩下時改變輸出壓力。

4.2 停車制動器維護

停車制動器是用來防止在卡車已停住和發(fā)動機停機之后卡車移動的，不是用于卡車裝載或卸載操作期間的?？ㄜ嚺鋫溆醒b在各輪馬達轉子軸上的干盤式停車制動器總成，是1 個彈簧施加、液壓解除、通過將方向操縱桿置于“停車”而激活的多盤式制動器[8]。當方向操縱桿處于“停車”時，停車制動電磁閥被斷電，停車制動油路壓力釋放。制動器總成內部的盤形彈簧作用在活塞上，以壓縮盤組件，施加制動。當方向操縱桿被從“停車”處移開時，電磁閥通電油路導通。停車制動器活塞上的油壓壓縮盤形彈簧解除制動?？ㄜ囋谶\行過程中制動系統(tǒng)聯(lián)鎖裝置會阻止對卡車實施制動。

5 結語

卡車制動系統(tǒng)經過智能化改造，設備運行的安全風險與之前對比降低43.5%左右，依據(jù)卡車制動系統(tǒng)運行原理，在實際運行過程中，選擇對卡車制動系統(tǒng)中工作制動、停車制動、制動鎖定3 項制動方式進行改造，改造過程中添加多項預警裝置，提升了制動實施方式的精準度，遇見障礙物實現(xiàn)智能化捕捉與分辨。智能化設備在現(xiàn)在煤炭生產中使用已經越來越廣泛，在智能化設備不斷更新與實際使用中，作業(yè)人員安全得到保障，工作強度在合理范圍內，本質安全最終得以實現(xiàn)。