礦用無軌膠輪車全自動防爆緊急制動系統

孫林帥

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礦用無軌膠輪車全自動防爆緊急制動系統

孫林帥

（武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

針對礦產開采常用的無軌膠輪車等運輸工具的制動系統所存在的問題，提出了一種全自動防爆緊急制動系統。本系統采用核心部件——泄壓閥，利用其“壓力過低時泄壓”的全新特性，達到全自動緊急制動的目的。此外該系統采用液壓濕式制動，不會產生火花，從而達到防爆的要求。試驗表明，全自動防爆緊急制動系統與傳統的緊急制動系統相比具有明顯優勢，在緊急情況下能夠很好地避免事故的發生，同時安裝簡易、實用性強，具有很好的市場應用前景。

礦用無軌膠輪車；緊急制動；安全生產；液壓濕式制動

近幾十年來，無軌膠輪車作為礦用運輸領域的主要設備，其正常運行將直接影響煤礦的生產安全和效率。制動系統作為膠輪車安全運行的核心系統，確保制動系統性能安全、可靠是無軌膠輪車正常運行的必要條件，也是駕駛人員和其他人員生命安全的必要保障。

1 設計思路來源

隨著我國對礦產開采的要求越來越嚴格，環保和安全是礦產產業的最重要環節，其中安全生產則是重中之重，它是產業利潤的基本保證，所以，國家對礦產開采的安全生產的要求及法規越來越完備，首先表現在所有機械設備都必須是防爆產品。礦產開采常用的運輸工具，如無軌膠輪車，對于制動系統，國家已明文規定要采用液壓濕式制動，其目的就是避免在制動過程中，因摩擦產生高溫進而出現火花引發瓦斯爆炸。由于液壓系統存在一個弊端，就是在液壓系統突然產生故障時，會使車輛完全喪失制動能力，引發安全事故。為此，國家要求無軌膠輪車最低要有兩套制動系統，即常規用液壓制動系統（腳制動）和機械制動系統（手制動）。但液壓系統故障往往會是瞬間爆發的，特別是在礦井下，由于光線暗，駕駛員不能及早發現，無法及時采取措施，即便有手制動，也會因人的反應慢來不及操作，進而導致事故發生。

鑒于此，有的車輛廠家加裝了一套緊急制動，即多裝一套液壓蓄能系統，作為常規用的液壓系統出現故障時，可以用備用液壓系統使車輛安全停下，但仍需手動操作，無法在液壓系統突發故障時使車輛立即安全停下。為了解決系統發生故障時無法緊急制動的問題，我們設計了這款全自動防爆緊急制動系統以及緊急制動泄壓閥（以下簡稱“泄壓閥”）。該泄壓閥是整個全自動緊急制動系統的核心部分。

2 全自動緊急制動系統的創新之處

市面上常見的泄壓閥，即壓力控制閥是在壓力超高時泄壓，從而起到安全保護的作用。我們這里設計的是壓力正常或超高時不工作，壓力過低時進行泄壓，使制動系統工作，從而起到保護的功用，特點如下：①自動感應液壓系統的壓力，不需要人為操作檢測系統壓力值，減少了人力、物力的支出；②反應迅速，可安全停車，避免因制動壓力的喪失導致事故的發生；③防爆，不產生火花，滿足煤安、礦安的生產要求。

緊急制動泄壓閥的結構示意圖如圖1所示。

1—前螺塞；2—前閥芯；3—閥體；4—后閥芯；5—墊片； 6—壓力彈簧；7—彈簧座；8—閥座；9—后螺塞。

3 設計的內容和研究目標

3.1 主要設計內容

該項目主要設計內容包括以下幾點：①無軌膠輪車液壓系統的設計。包括系統原件的選擇及其匹配、系統工作壓力及最高壓力、腳制動液壓壓力，手制動液壓壓力等。②泄壓閥的原理及加工圖紙的設計。主要突出小型化、反應快、安裝簡單、調整方便、安全可靠的特點。③泄壓閥在液壓系統中的安裝狀態。與手制動連接，在系統壓力降低時，使手制動自動反應并進行制動工作。

3.2 項目研究目標

該項目的研究目標為：解決無軌膠輪車液壓制動系統發生故障時無制動，駕駛員反應不及時，進而不能有效地控制車輛導致事故發生的問題。通過在液壓系統中加裝泄壓閥，自動感知液壓系統的壓力，當壓力過低無法進行腳制動和來不及操作手制動時，立即進行泄壓工作并啟動中央制動器，從而在幾秒鐘之內就可以自動控制中央制動器工作，使車輛安全停下，避免事故發生。

3.3 自動緊急制動原理分析

3.3.1 系統工作原理分析

發動機作為動力源，帶動齒輪泵工作，液壓油從液壓油箱進入齒輪泵，通過濾油器進入充液閥，最終達到蓄能器。當濾油器進油口壓力過高時，溢流閥工作，高壓油通過溢流閥回油箱，起到保護系統的作用。

行車過程中需要制動時，踩下腳踏閥，液壓油從蓄能器經過腳踏閥，再到四輪制動器，起到制動作用。松開腳踏閥，液壓油原路返回液壓油箱，解除制動。

駐車需要制動時，拉動手柄閥，液壓油從中央制動器經過手柄閥回到液壓油箱，中央制動器工作，起到制動作用。行車時，打開手柄閥，液壓油從蓄能器通過手柄閥進入中央制動器，解除制動。

液壓系統發生故障，系統壓力降低時，泄壓閥開始工作。中央制動器制動方式：卸除中央制動器內液壓壓力，使其開始制動。制動系統原理如圖2所示。

1—蓄能器；2—備用蓄能器；3—壓力表1；4—壓力表2；5—腳踏閥；6—行車制動1；7—行車制動2；8—單向閥； 9—解鎖泵；10—充液閥；11—泄壓閥；12—溢流閥； 13—手控閥；14—液壓泵；15—過濾器；16—中央制動器。

液壓系統參數要求具體如下：①系統工作壓力為10～12 MPa；②中央制動器解除壓力為3～5 MPa；③四輪制動壓力為5 MPa。

3.3.2 主要構件的工作原理

中央制動器工作原理：制動方式采用機械彈簧壓力制動，使傳動軸停滯轉動。制動解除方式采用液壓壓力，使機械彈簧壓縮，制動片分離。

泄壓閥的工作原理：根據中央制動器制動方式，應將泄壓閥的工作壓力值調整設定在四輪制動工作壓力正常值的偏上10%左右，當系統壓力降至該壓力值時，泄壓閥工作，卸除中央制動器內液壓壓力，使其開始制動。

解除制動：系統恢復正常壓力后，泄壓閥自動關閉，此時，打開手控閥對中央制動器進行加壓至3～5 MPa，以解除制動。

4 可行性分析

全自動緊急制動系統的技術可行性從以下四個方面進行具體分析。

4.1 科學性

液控閥在液壓系統中是廣泛應用的部件，根據液壓壓力的高低，相應的控制彈簧會進行壓縮或釋放，使閥芯關閉或打開，起到控制中央制動器的作用，從而能在車輛液壓系統出現故障時使車輛及時停下，避免事故的發生。

4.2 先進性

目前，礦區使用的無軌膠輪車，一般沒有安裝緊急制動系統，或者安裝了一個和駐車制動效果幾乎一樣的緊急制動系統（手動控制），起不到突發故障出現時緊急制動的作用。該項目的設計使緊急制動在幾秒鐘之內就可以工作，遠短于人的反應時間。另外，本項目系統不會產生火花，滿足國家防爆要求，安全可靠。

4.3 實用性

目前，煤安、礦安廣泛使用的無軌膠輪車、挖掘機、鏟車、鉸接式膠輪車等，制動系統都采用液壓制動，本緊急制動系統可適用于所有這些車輛，系統中閥體除開泄壓閥都有成品件，且泄壓閥具有結構簡單、制造方便、成本低、安裝簡便、安全可靠等優點。該系統今后將是礦區采購車輛的必要條件之一。

5 結束語

礦產開采產業還會長時間持續下去，且國家對礦產開采的環保、安全要求非常嚴格，全國每年都有數千臺防爆車輛的需求。本系統相對于傳統制動系統而言具有很強的安全性能，且成本低廉、安裝便捷、操作簡單，應用前景應該十分可觀。

［1］河北煤炭科學研究院，常州科研試制中心有限公司.MT/T 989—2006礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件［S］.出版社不詳，2006.

［2］中國煤炭工業協會設備管理分會，中國平煤神馬集團，徐州礦物集團，等.MT/T 1097—2008煤礦機電設備檢修技術規范［S］.北京：煤炭工業出版社，2008.

2095－6835（2019）03－0049－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.049

〔編輯：張思楠〕