井下軌道牽引車制動系統(tǒng)的設計

王 濤

（山西焦煤西山煤電杜兒坪礦， 山西 太原 030053）

引言

目前，大多數(shù)煤礦所采用的井下軌道牽引車輛都是由車頭輸出牽引力，控制軌道牽引車輛的運行，并通過機械制動系統(tǒng)進行剎車和緊急制動等，這些機械制動系統(tǒng)主要包括閘瓦制動、制動操作機構等，但這些常用的制動方式在使用中卻普遍存在著制動性能差、制動時操作提前量大，一旦遇到需要緊急制動的情況，無法實現(xiàn)有效的制動，因此遠遠無法滿足井下緊急制動的要求，極易導致出現(xiàn)人員傷亡事故[1]。同時，煤礦井下巷道內工作環(huán)境極端惡劣、巷道內坡度大、工況復雜，對于軌道牽引車輛的制動提出了更高的要求，要求其不但要滿足各種情況下的制動性能還必須具備防爆等性能。

1 新型制動系統(tǒng)結構設計

在對現(xiàn)有井下軌道牽引車輛制動系統(tǒng)結構充分研究之后，結合井下制動的要求，并且綜合考慮井下巷道結構復雜、坡度起伏大、工作條件惡劣等情況，對現(xiàn)有的液壓制動、機械制動、氣源制動的方案進行了綜合對比分析。鑒于井下軌道牽引車輛使用條件惡劣、工作損耗大，并考慮井下維護等因素，我們最終選擇結構相對簡單的機械制動方案，在該制動系統(tǒng)中，采用不規(guī)則的凸輪結構，再輔以連桿機構，組成了新的凸輪連桿制動臂，利用鼓式制動裝置對軌道牽引車輛進行制動，其結構示意圖如圖1所示。

圖1 制動結構原理圖

在軌道牽引車輛運行的過程中，當駕駛員發(fā)出制動指令后，車輛的動力裝置脫開，車輛的制動力的輸入軸與動力系統(tǒng)的輸出軸脫開，根據(jù)駕駛員所發(fā)出的制動命令的不同等級選擇合適的減速比，使動力系統(tǒng)的輸入軸得到預設的轉速，此時凸輪結構和制動軸一起運動[2]，使從動件1開始在導槽內運動，從槽內的A點位置轉移到槽內的B點位置，同步帶動連桿4傳遞給制動連桿8，再由制動連桿帶動制動凸輪進行運動，從而控制制動器6進行制動，制動裝置的三維結構如圖2所示。

圖2 制動結構三維模型

由制動結構的三維模型可以看出，該制動結構采用了螺旋式的凸輪結構，在對凸輪結構進行設計時，可通過改變凸輪的輪廓參數(shù)，實現(xiàn)對從動件1運動規(guī)律的有效控制[3]，確保其在運行過程中的平穩(wěn)性和有效性，可有效降低機構在運行過程中的動載荷，增加制動機構的使用壽命。

制動器采用的是蹄形制動結構，對其中的制動凸輪的結構進行了優(yōu)化，使其能同時滿足制動時反應靈敏和輸出足夠大的制動力矩的要求，確保軌道牽引車能夠在最短的時間內進行有效的制動，縮小制動后的行進距離，提高軌道牽引車輛井下運行的可靠性和安全性。

2 新型制動系統(tǒng)結構仿真分析

ADAMS仿真軟件主要由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領域模塊及工具箱五類模塊組成，用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應用領域的問題進行快速有效的建模與仿真分析[4]。

我們將有三維軟件建立起的制動機構的三維模型導入到ADAMS仿真分析軟件中去，根據(jù)井下軌道牽引車的實際情況設置響應約束，然后對其進行仿真分析，其動態(tài)仿真圖像如圖3所示。

圖3 制動結構仿真分析動態(tài)圖

在分析時我們主要針對軌道牽引車在滿載情況下的制動情況進行分析，其仿真結果如圖4—圖8所示。

圖4 滿載情況下凸輪結構受力情況

圖5 滿載情況下領蹄的制動力矩

圖6 滿載情況下從蹄的制動力矩

圖7 滿載情況下鼓式制動器的角速度變化

圖8 滿載情況下制動總位移的變化

由圖4可知，在軌道牽引車制動時，凸輪結構3的受力并不會隨著軌道車載重情況的變化而變化，受力基本維持在1.2 kN。

由圖5、圖6可知，在軌道牽引車滿載的情況下，其制動時間約為4.9 s，其制動力矩也相應的增加。

由圖7可以看出，在軌道牽引車滿載制動時，鼓式制動器在制動過程中呈等減速運動，制動時間約4.9 s。

由圖8可以看出，在軌道牽引車滿載制動時，隨著載質量的增加其制動位移增加為9.5 m。

3 結論

根據(jù)仿真結果分析，在規(guī)定的運行速度下，軌道牽引車輛在滿載情況下的制動距離和時間均滿足煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，充分證明了該制動方案可靠。該方案很好地克服了現(xiàn)有軌道牽引車輛制動系統(tǒng)制動性能差，制動時操作提前量大的缺點，極大地提高了井下軌道牽引車輛井下運行的安全性。

[1]陳萬秀.煤礦井下防爆運輸車制動系統(tǒng)的研究[D].北京：北京科技大學，2007.

[2]鄭建榮.ADAMS虛擬樣機技術入門與提高[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3]楊國俊，李偉平.接觸分析在鼓式制動器設計中的應用[J].機械設計，2009（3）：69-71.

[4]茍志波.紙巾機凸輪連桿機構動態(tài)仿真研究[D].成都：西南交通大學，2010.