CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車液壓制動系統設計

范湘生， 卓 義， 張學穩

(安徽銅冠機械股份有限公司 技術中心，安徽 銅陵 244000)

CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車液壓制動系統設計

范湘生， 卓 義， 張學穩

(安徽銅冠機械股份有限公司 技術中心，安徽 銅陵 244000)

CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車是井下新型潛孔鑿巖設備，主要用于非煤地下礦山及隧道、水利等巖土工程中進行全方位大直徑深孔鑿巖。本文詳細闡述其制動液壓系統工作原理及主要元件的參數計算方法。

潛孔鉆車； 液壓制動系統； 蓄能器； 濕式多盤制動器

0 引言

CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車是安徽銅冠機械股份有限公司跟蹤國外先進技術，并根據我國礦山實際應用環境和現場條件而研制的新型潛孔鑿巖設備。外形尺寸見圖1。

1 系統組成及結構特點

CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車是井下新型潛孔鑿巖設備，在原T-150高氣壓環形潛孔鉆機的基礎上開發的新產品，底盤為液壓傳動，發動機帶動變量泵，變量泵與變量馬達組成閉式回路，馬達輸出軸連接前橋分動箱，分動箱將動力輸出給前、后橋帶動車輛行駛。前機架安裝工作機構及其液壓系統的工作閥塊，后車架與副車架通過螺栓連接，副車架安裝發動機、風水系統及卷纜裝置，后車架安裝駕駛室及電機等，后車架的橋帶擺動架以適應凹凸不平的路面，前后機架通過鉸接方式連接[1]；工作機構主要負責鑿巖，動力源為電動機；該設備是T-150高氣壓環形潛孔鉆機的升級版，根據近幾年現場使用情況對工作機構液壓系統進行優化，底盤液壓系統動力源由原來的電動機改為柴油機驅動，機動性更強。本文介紹了整體式液壓外力制動閥的工作原理及蓄能器、制動泵的選型。

圖1 CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車外形圖 單位：mm

2 液壓制動系統介紹

底盤液壓制動系統原理圖如圖2所示：

1.停車制動油缸 2.手制動閥(停車制動閥) 3.整體式液壓外力制動閥 4.制動泵 5.吸油過濾器 6.行車制動器 7.蓄能器 8.壓力繼電器圖2 底盤制動液壓系統原理圖

CQ160鉆車選用美國德納公司5噸111剛性橋，該橋制動器為摩擦片為6片的濕式多盤制動器，該制動器制動方式有液壓制動和彈簧制動兩種制動方式，液壓制動為行車制動，彈簧制動為停車、緊急制動，前、后橋采用雙回路制動，雙回路系統更可靠，即使一個回路出現故障另一回路可以繼續工作，保證井下車輛行駛安全，其工作原理見圖2。液壓制動主要通過整體式液壓外力制動閥實現制動，整體式液壓外力制動閥共計8個外接油口，4個備選油口，其中P口接制動泵，3個S口給行車制動、停車、緊急制動蓄能器供油，該閥通過節流口以5 L/min的流量向蓄能器充液，蓄能器壓力一旦達到140 bar充液結束，通過N口到其它執行器(如：轉向器等)或回油箱，當蓄能器壓力比切斷壓力低18%時，蓄能器再次被充液，此閥采用單向閥可避免其它油路干擾，3個S口其中一個接手制動閥，實現恒定壓力制動，2個BR口接前、后橋液壓制動油口實現行車制動，行車過程中按照操作力的大小比例地調節制動壓力實現制動，制動結束后橋內液壓油回油箱，2個DS口接停車、緊急制動壓力開關和液壓制動蓄能器壓力開關，隨時監測系統壓力是否正常，一旦不正常報警燈亮，保證行車安全。根據橋制動壓力和緊急情況行車制動次數要求，蓄能器壓力保持在12～14 MPa之間，橋單次制動需要的排量q=8 mL，緊急情況下蓄能器供油量保證N=7次的有效行車制動。所以蓄能器的有效容積是重要參數，在設計中必須選擇正確[2]。

3 制動液壓系統的設計計算

3.1 蓄能器容積的確定

在制動過程中，車輛每制動一次，蓄能器釋放一定的油量，其內部的油壓發生變化，氣體質量不變，溫度不變，所以可用定量等溫氣體方程描述。由定量等溫方程得出[2]：

當充入油量V1時：

P0V0=P1(V0-V1)，V1=V0-P0V0/P1

(1)

當充入油量V2時：

P0V0=P2(V0-V2)，V2=V0-P0V0/P2

(2)

全部制動油液量：

Vx=V2-V1=(V0-P0V0/P2)-(V0-P0V0/P1)=(P0/P1-P0/P2)V0，得：

V0=P1P2Vx/{P0(P2-P1)}=
P1Vx/{P0(1-P1/P2)}

(3)

式中V0—蓄能器的容積，L；V1—最低壓力時充入蓄能器的油液量，L；V2—最高壓力時充入蓄能器的油液量，L；PO—充氣壓力，MPa；P1—最低工作壓力，MPa；P2—最高工作壓力，MPa；Vx—全部制動油液量，L，Vx=V2—V1；

工作壓力范圍12～14 MPa，即P1=12 MPa，P2=14 MPa，制動次數按N=7次計算，每個制動器的排量q=8 mL，充氣壓力P0=8 MPa；

計算得：Vx=0.224 L，V0=2.3 L，結合蓄能器的選型標準，該制動系統選用3個1 L或2個1.6 L的蓄能器方可滿足要求。

3.2 制動泵排量的確定

制動泵的排量根據蓄能器的充液時間來確定。為安全起見，蓄能器的充液時間最長不得超過20s。蓄能器從無油到完全充滿油液所需的油液體積(蓄能器的工作過程為絕熱過程)按選用3個1L的蓄能器計算得Vx=1.7L，則系統制動泵流量為5.1L/min，考慮到發動機怠速900r/min，泵的容積效率為85%，故泵的排量為qb=5100/(0.85×900)=6.7mL/r，所以選擇齒輪泵的排量為10mL/r。

4 結論

在工業試驗中，CQ-160高氣壓環形潛孔鉆車的各項指標均能達到或超過行業標準YS/T 460—2003《高氣壓環形潛孔鉆機》的要求，現在已經投入批量生產。

[1] 張光裕.工程機械底盤構造與設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1986.

[2] 雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：機械工業出版社，1990.

Hydraulic Braking System Design of CQ-160 High Pressure Annular Hole Drill

FAN Xiang-sheng， ZHUO Yi， ZHANG Xue-wen

(Technology Center, Anhui Tong Guan Machinery Co., Ltd. Tongling 244000, China)

CQ-160 high pressure annular hole drill is a new DTH downhole drilling equipment, mainly used for non-coal underground mines and tunnels, water conservancy and other geotechnical engineering for a full range of large diameter deep hole drilling. This paper describes the working principle of its hydraulic braking system and parameters calculated of major component.

DTH Drill； hydraulic braking system； accumulators； wet multi-disc brakes

2013-07-09

范湘生(1962-)，男，四川西充人，高級工程師，大學本科，主要從事礦山機械設計及制造的研究工作，現任安徽銅冠機械股份有限公司副總經理。

卓義(1982-)，男，安徽泗縣人，工程師，大學本科，主要從事技術管理工作，現任安徽銅冠機械股份有限公司無軌研發室主任。

TD41

B

1003-8884(2014)01-0051-03

張學穩(1986-)，男，安徽靈璧人，助理工程師，大學本科，主要從事機械設計工作，現任安徽銅冠機械股份有限公司無軌研發室技術員。