煤礦井下車輛驅動橋冷卻系統設計及應用

馬艷衛

(山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤礦井下特種車輛具有載重能力大、行駛速度快、機動靈活、爬坡度大、裝卸物料方便省力等特點，可以實現不轉載運輸，節約大量輔助運輸人員，極大地提高運輸效率，在煤礦井下生產中的作用越來越重要。由于煤礦井下特殊的工作環境，其車輛一般選用了全液壓動力制動系統，制動器采用濕式多盤制動器。對于一些地質條件較差(主要為巷道的坡度大，距離長)的煤礦，經發現車輛在使用中出現制動不靈敏，甚至有失效的情況，通過對故障原因的調查分析，決定對車輛的液壓系統進行了技術改進。

1 驅動橋故障與分析

煤礦井下特種車輛在使用中，有些煤礦用戶經常反應車輛在使用中出現制動不靈敏，甚至有失效的情況,同時驅動橋還有漏油現象，對行車安全造成很大的隱患，為此對車輛的制動系統進行分析研究，主要存在問題為:

1) 一般情況下橋的制動器摩擦片間始終有油膜存在，防止動片與靜片直接接觸，減小摩擦片間的磨損消耗，延長其使用壽命。而通過對驅動橋的拆解發現，橋內的齒輪油顏色發黑，且有大量雜質，密封嚴重老化;橋的制動器摩擦片磨損嚴重，齒輪油內

的雜質多數為摩擦片磨損后的顆粒物。

2) 車輛的使用范圍非常廣泛，分布在內蒙、山西、陜西、山東等地的煤礦，經調查發現,有些煤礦在使用2～3月后就會出現剎車距離變長，甚至失效的情況,同時還反應車輛出現制動問題的礦井，巷道內的坡度大。

由上述情況經分析,考慮到煤礦的地質條件不同，車輛的使用工況差別較大，導致了車輛頻繁制動，出現制動器故障。有些煤礦井下的巷道存在8°～12°的大角度的長距離坡道，當車輛駕駛員在下坡時，頻繁制動甚至采取半制動狀態行車，導致制動器發熱情況嚴重，齒輪油溫度超出正常使用的范圍。齒輪油高溫會降低其黏度，加速橡膠密封件的老化，同時驅動橋內的減速齒輪因熱脹冷縮而膨脹，導致機械磨損增加，最終導致制動器故障。因此,對車輛的制動系統進行技術改造是必要的[1]。

2 冷卻系統設計

由上述調研表明,制動器產生高溫是導致制動器故障的主要原因。制動器產生的熱量主要是由固定盤與摩擦盤之間的摩擦力矩所消耗的能量,即車輛的制動能量E等于車輛動能E1與勢能E2之和，即

(1)

式中:E為制動的總能量；E1為制動的動能；E2為制動的勢能；v為制動前的速度；g為重力加速度；h為路面斜坡高度；m為車輛的平均質量。

由上式可知，制動器產生的熱量不僅與高速運行時的制動次數有關，還與坡道上運行時的制動次數有關。通過實際使用情況發現，當車輛多數時間在坡道低速運行時，其制動器發熱情況嚴重，影響其正常使用。為改變這一情況，需要在制動器增加一套強制冷卻系統，以降低車輛制動器的溫度[2-3]。

1) 圖1為井下車輛增加驅動橋冷卻系統后的液壓原理圖，此系統主要由橋冷油箱、冷卻泵、橋冷單向閥、驅動橋、溫度控制閥、氣控換向閥、散熱器組成。當車輛運行時，冷卻泵將橋冷油箱的液壓油提供給橋的各個制動器，為了限定橋內冷卻腔的最大油壓，設置了橋冷單向閥，此閥的開啟壓力為0.7 MPa，避免因冷卻油壓力過大而損壞密封。當冷卻系統設計時，考慮到車輛使用的工況不同，外部環境不同，制動器的發熱情況也不同，進而增加了溫度控制閥，當制動器溫度不高時，溫度控制閥及氣控換向閥不動作，驅動橋制動器出口的油液經氣控換向閥直接流回油箱；當制動器的溫度升高到設定溫度時，溫度控制閥動作，高壓氣源進入氣控換向閥的控制腔，使其換向，此時驅動橋制動器出口的油液經氣控換向閥后，通過散熱器散熱后，回油箱，達到冷卻制動器的目的，這樣便實現了冷卻系統根據使用工況、環境及車輛運行時間，自動對制動器進行冷卻[4-5]。

1-橋冷油箱;2-冷卻泵;3-橋冷單向閥;4-驅動橋;5-溫度控制閥;6-氣控換向閥;7-散熱器。

2) 圖2為制動器增加冷卻腔后的結構圖。由于液壓油主要冷卻制動器的制動靜摩擦片與制動摩擦片相互摩擦產生的熱量,故改進后對制動腔密封改進,使之將液壓油直接引入制動腔,對其進行了冷卻[6]。

1-制動進油口;2-解制動容腔;3-制動活塞;4-制動彈簧;5-制動靜摩擦片;6-制動動摩擦片;7-冷卻進油口。

3 結論

煤礦井下車輛增加了驅動橋制動器的強制冷卻系統后，經過在大坡度煤礦井下試用，使車輛的制動性能得到了改善，既延長了制動器的使用壽命，又保證了車輛行駛的安全性，得到了用戶認可。