雙向駕駛防爆膠輪車的液壓系統設計

蘇娟

（運城制版印刷機械制造有限公司，山西運城044000）

雙向駕駛防爆膠輪車的液壓系統設計

蘇娟

（運城制版印刷機械制造有限公司，山西運城044000）

WC1.8J型防爆柴油機無軌膠輪車在礦井下巷道內運行時，不利于車輛掉頭，需設計雙向駕駛車型，重點要解決操縱裝置的切換問題。文中采用獨創的液壓組合閥塊，實現了主副駕駛室單獨操作的轉換功能。按照企業標準要求在礦下進行了可靠性試驗，得到了用戶的認可，達到了該機型操縱系統的性能要求。

防爆；液壓；組合閥塊；蓄能器

0 引言

液壓傳動與機械傳動在礦井下運輸車輛上應用，有其獨特的優點。在相同功率條件下，由于其體積小、重量輕、結構緊湊、各個元件之間連接方式多樣，使布局和安裝十分靈活，因此在工程機械中的應用越來越廣泛。

礦用防爆柴油機無軌膠輪車是在爆炸性氣體環境中運行的無軌膠輪車，鑒于使用環境的特殊性，合理利用液壓傳動在礦用防爆車行業顯得尤其重要。

由河南平頂山中平能化集團機械制造有限公司研發的 WC1.8J型防爆柴油機無軌膠輪車歷經7個月時間，順利完成了樣機的試制及試驗，如圖1所示。

圖1 WC1.8J防爆無軌膠輪車實拍照片

根據礦用防爆雙向駕駛車輛對液壓系統的功能要求，依據MT/T 989-2006礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件4.3.4.2的規定，無軌膠輪車設有兩個駕駛室（雙向駕駛）及雙套控制裝置時，兩套控制裝置應為互鎖［1］。綜合以上規定與實地考察，筆者承擔了該車輛液壓系統的設計，并參與了樣機試制。總結了初次方案失敗的原因，對造成轉換裝置失靈進行了分析，確定變速油缸和換向閥的內泄漏是主要攻克對象。通過試驗測出了泄漏量，并在系統中增加了液控單向閥和囊式蓄能器，解決了雙向駕駛的變速性能，最終達到了主副駕駛室的獨立操作性和安全可靠性。

1 液壓系統特點

1）該系統為全液壓轉向、舉升、變速等多功能開式常回油系統，并能保證轉向優先功能。

2）應用機液一體化設計思路，實現了無電、防爆、雙向駕駛變速轉換功能。

3）采用國產優質液壓通用元件，保證性能可靠，且成本低廉。

4）設置了雙向液控單向閥及蓄能器，保證了變速轉換機構的穩定。

2 液壓系統的組成

主回路為：共用齒輪泵→分流閥優先口→全液壓轉向器→功能換向閥→轉向油缸→回油箱；副回路為共用齒輪泵→分流閥旁通口→舉升換向閥→變速換向閥→功能換向閥→變速油缸→囊式蓄能器→回油箱。該系統為開式常回油系統，確保了油泵的使用壽命，抑制了油溫的升高，其原理見圖2。

圖2 WC1.8J型無軌膠輪車液壓系統原理圖

當駕駛員轉動方向盤時，由分流閥2內的優先閥將液壓油主動全流量切換至全液壓轉向器3，保證安全轉向。扳動變速轉換閥10，可使變速油缸6動作，拉動或推動變速裝置轉換，同時將工作蓄能器充足油液，滿足了變速油缸的保壓時間。扳動舉升閥11，可使舉升油缸9推動貨廂即時舉升、中停或下降。當需要在副駕駛室操作時，只需扳動功能轉換同步閥4，即可實現轉換功能。為了實現4個10通徑手動換向閥的同步功能，用一個組合閥塊將其安裝在一起，實現了該系統的核心作用，其閥塊結構見圖3。

圖3 液壓系統功能轉換組合閥塊圖

3 齒輪泵的選型

依據MT/T 989-2006礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件4.3.1.3的規定，無軌膠輪車運載松散裝備或材料，運載工具上應加裝固定裝置。車輛采用自卸式時，貨箱舉升和回落時間不得超過30 s［1］。

2）油缸行程S的確定。

根據設計要求車廂側翻角度為45°，可由作圖得到油缸行程為400 mm。

選用兩級套筒油缸為宜：一級直徑D1=50 mm；二級直徑D2=70 mm；總行程S=200+200=400 mm。

3）齒輪泵流量的計算。

齒輪泵轉速n=1 000 r/min；車廂舉升時間h=15 s，流量公式為

將已知條件代入式（3），可得油缸流量：QJ=［（52+72）π× 40/4］/15=155 mL/s=9.3 L/min。

液壓泵的供油量公式為Q≥K∑qmax，取K=1.2，可得

取效率ηv=0.8，將式（4）和已知條件代入式（5），得q= 11.16/（1 000×0.85）=0.013 1 L/r=13.1 mL/r。故選擇公稱排量為16mL/r的齒輪泵。

4 囊式蓄能器的確定［2］

首先對2臺樣機變速油缸及其控制閥進行了綜合密封性實驗，其測試數據見表1。

表1 變速油缸綜合密封性實驗結果

1）狀態參數的定義與計算。

P0為預充壓力；V0為有效氣體容量；P1為最低工作壓力；V1為壓力P1下的氣體容量；P2為最高工作壓力；V2為壓力P2下的氣體容量。

已知變速油缸不低于8 MPa時，變速機構能夠克服彈簧回彈穩定工作，即最低工作壓力

2）蓄能器有效容積變化量的確定。

根據表1查得的變速油缸240 min綜合泄漏量為141 mL，可得

3）蓄能器有效氣體容量的計算。

蓄能器內的壓縮和膨脹過程應遵循氣體狀態的規律。

蓄能器有效氣體容量的計算公式

4）蓄能器的選型及注意事項。

國際專業組織已對蓄能器的容量規格及尺寸范圍作了統一規定。故變速油缸各腔選配同規格蓄能器，公稱容量為0.6L;工作壓力為20MPa為宜，其型號為NXQA-0.6/ 20-L-A.

選擇時應注意，蓄能器是一種壓力容器，所以必須選用專業生產廠家的產品，并應有國家質量監督檢驗部門頒發的特種設備許可證［3］。

5 結語

1）雙向駕駛防爆柴油機無軌腳輪車具有防爆可靠、運輸效率高、使用范圍廣、機動靈活、牽引力大、應用性強、安全性好以及可完成直達運輸的特點，必將成為各大煤礦青睞和必不可少的地下運輸設備［4］。

2）煤礦產品選用電氣控制時，需執行MT/T 989規定,無軌膠輪車所配套的電器部分應符合相關規定，并應取得防爆合格證和煤礦礦用產品安全標志證［5］。因此機、液一體化是該類產品首選的結構型式。

3）設計液壓系統時要充分考慮泄漏問題，利用蓄能器可彌補液壓系統中泄漏的缺陷，保證其系統性能穩定，整機運行安全。

4）液壓系統是液壓設備的一個組成部分，其設計要求一般是必須從實際出發，重視調查研究，注意吸取國內外先進技術，力求做到設計出的系統重量輕、體積小、效率高、工作可靠、結構簡單、操作和維護保養方便、經濟性好［6］。

［1］ 煤炭行業煤礦專用設備標準化技術委員會.MT/T 989-2006礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件［S］.北京：煤炭工業出版社，2007.

［2］ 丹陽市宏達蓄能器有限公司.蓄能器容量選擇［M］.丹陽：丹陽市宏達蓄能器有限公司，2009.

［3］ 李俊仁.油氣懸掛技術在礦用膠輪車上的應用［J］.汽車實用技術，2012（2）：8.

［4］ 張彥祿.我國防爆無軌膠輪車輔助運輸的應用與啟示［J］.煤炭工程，2006（6）：43.

［5］ 李俊仁.雙向駕駛型防爆膠輪車變速轉換裝置研究［J］.機械工程師，2012（5）：44.

［6］ 成大先.機械設計手冊：液壓傳動［M］.北京：化學工業出版社，2004：22-23.

（編輯：昊 天）

TD 525;TH 137

B

1002－2333（2014）04－0207－03

蘇娟（1982—），女，助理工程師，從事凹版印刷機設計工作。

2014-01-23