2m3柴油鏟運機停車制動改造

黃志友

北方銅業股份有限公司銅礦峪礦 山西垣曲 043700

鏟運機制動系統主要由供能裝置、控制裝置、液壓系統和制動器組成，具有行車制動、停車制動和緊急制動功能。隨著技術的不斷進步，制動器逐步從蹄式制動器、鉗盤式制動器發展到封閉濕式多盤式制動器[1]。封閉濕式多盤式制動器具有全封閉防水防塵、制動性能穩定、散熱效果好、耐磨損、使用壽命長、故障率低等優點，解決了蹄式制動器和鉗盤式制動器受環境影響大、制動性能下降快、故障率高等缺點，廣泛應用于鏟運機及其他工程機械。

1 國產 2 m3 柴油鏟運機制動系統

地下鏟運機主要制動器有蹄式制動器、鉗盤式制動器和封閉多盤濕式制動器 3 種。蹄式制動器和鉗盤式制動器因維護頻繁、制動性能下降快等缺點，現已很少應用。封閉多盤濕式制動器設置在驅動橋內部，不受外界環境的影響，運行穩定可靠，應用廣泛[2]。

封閉濕式多盤式制動器又分為 LCB 制動器和Posi-Stop 制動器 2 種。Posi-Stop 制動器具有行車制動、停車制動和緊急制動 3 項功能，無需再設置輔助制動回路，但造價較高。國產 2 m3柴油鏟運機制動系統采用 LCB 制動器和鉗盤式制動器組合，如圖 1所示。

圖1 2 m3 柴油鏟運機制動液壓系統簡圖

LCB 制動器安裝在 4 個車輪上，執行行車制動功能；鉗盤式制動器安裝在前橋輸入軸上，執行停車制動和緊急制動功能。制動液壓系統中配置了 1個 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器、2 個 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器和 1 套充液閥儲能裝置作為動力源。其中 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器為鉗盤式制動器提供動力，通過停車電磁閥和停車制動液壓缸控制鉗盤式制動器的并攏和打開；2 個 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器分別為前、后橋的 LCB 制動器提供動力，通過制動踏板控制 LCB 制動器的制動和釋放。

鉗盤式制動器安裝在傳動軸上，為彈簧制動、液壓釋放形式。鏟運車啟動后，充液閥給蓄能器充液儲能，制動壓力達到 15 MPa 后，停車電磁閥得電動作，連通蓄能器和停車制動液壓缸油路，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的液壓油頂開停車制動液壓缸，鉗盤式制動器打開，解除停車制動；停車時，停車電磁閥失電回位，停車制動液壓缸的彈簧推動活塞桿，鉗盤式制動器并攏，施以停車制動。

2 現狀調查

鉗盤式制動器在運行過程中，因其開放式結構，泥沙、碎石易進入，泥水黏結造成鉗盤變形損壞，導致鉗盤式制動器釋放不完全，損壞停車制動液壓缸和傳動軸，引發設備事故，如圖 2 所示。

圖2 鉗盤式制動器安裝位置和損壞情況

該類型鏟運機的停車制動和緊急制動裝置可靠性較低，且故障率高，存在較大安全隱患。某礦現有國產 2 m3柴油鏟運機 10 臺，主要擔負著井下掘進出渣和采場清理工作，為確保行車安全，急需對 2 m3柴油鏟運機停車制動和緊急制動裝置進行改進。

3 對策研究與制定

按前述，改用 Posi-Stop 制動器可消除該類型鏟運機停車制動和緊急制動可靠性低的安全隱患，需更換前、后驅動橋總成，并對液壓系統和控制裝置進行系統改造，改造費用約 13 萬元。因此，通過對制動系統的控制油路進行改造，利用原車 LCB 制動器來實現停車制動和緊急制動功能的對策更加可行。

利用梭閥將停車制動管路與前橋 LCB 制動器管路連接在一起，通過梭閥實現行車制動油路和停車制動油路的快速轉換，利用前橋 LCB 制動器實現停車制動和緊急制動的功能。

梭閥結構如圖 3 所示。梭閥相當于 2 個單向閥組合的閥，是閥體與執行器合二為一的閥門，梭閥動作簡單可靠，可以實現快速開關。梭閥有 2 個進口 P1和P2，1 個出口 A，P1和 P2都與出口 A 相通、但 P1和P2不相通。其工作原理是 P1和 P2中的任一個有壓力輸入，出口 A 都有輸出。

圖3 梭閥結構原理圖和符號

4 改造實施方案

改造后的制動液壓系統如圖 4 所示。

圖4 改造后的制動液壓系統

拆除鉗盤式制動器和停車制動液壓缸，加裝 1 個梭閥，將停車電磁閥的出油管連接到梭閥進口 P1，制動踏板通往前橋的油管連接到梭閥進口 P2，前橋 LCB制動器油管連接到梭閥出口 A，停車電磁閥由常閉型改為常開型，保證斷電狀態下停車制動蓄能器與前橋LCB 制動器油路是連通的。

正常運行時，啟動鏟運機，剎車壓力達到 15 MPa 后，停車制動電磁閥得電動作，斷開停車制動油路，解除停車制動。行車制動時，踏下制動踏板，梭閥進口 P2與出口 A 相通，NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器的制動液進入前橋和后橋，LCB 制動器動作，實現行車制動。停車制動或緊急制動時，停車制動電磁閥失電回位，梭閥進口 P1與出口 A 相通，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的制動液進入前橋，前橋 LCB制動器動作，執行停車制動或緊急制動。

注意事項：后橋制動油路未進行改造，后橋LCB 制動器只執行行車制動功能；因隔膜式蓄能器長時間停用會出現泄壓現象，因此，正常停車后應用三角掩木將車輪掩住，確保安全。

5 可行性驗算

此次改造只在油路和電磁閥上進行，供能裝置和液壓系統沒有變化。每制動一次，蓄能器釋放一定的油量，停車制動蓄能器能否滿足 2 次以上停車制動需要的油液量是此次改造的關鍵。

隔膜式蓄能器內部油壓發生變化，氣體質量不變，溫度不變，氣囊內氣體可以看成理想氣體，符合定量等溫的氣態方程核算前提。由定量等溫的氣態方程得出[3]，當充入油量V1時，

當充入油量V2時，

全部制動油液量

式中：Vx為全部制動油液量，L；V1、V2分別為最低、最高工作壓力時進入蓄能器的油液量，L；p0為蓄能器充氣壓力，MPa；p1、p2分別為最低、最高工作壓力，MPa；V0為蓄能器容積，L。

已知 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1.6 L、NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器容積V0為 1 L、充氣壓力p0為 7 MPa、最低工作壓力p1為 12 MPa、最高工作壓力p2為 15 MPa。

由式 (3) 求出 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器全部制動油液量為 116 mL。

該型號 LCB 制動器的排量為 27.2 mL，每個驅動橋有 2 個 LCB 制動器，1 次有效制動所需油液量為54.4 mL。

NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的容量可提供 116÷54.4 mL≈2.13 次有效制動的油液。因此，該型號LCB 制動器作為停車制動或緊急制動時，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器滿足油液量要求。相對行車制動，停車制動動作次數較少，不會引起充液閥頻繁動作，無需增大停車制動蓄能器容積。

6 結語

拆除傳動軸上的鉗盤干式制動器，由車橋上的封閉多盤濕式制動器來執行鏟運機的停車制動和緊急制動均，制動效果穩定可靠。改造后，消除了鉗盤干式制動器在井下工況下易變形損壞、制動失效導致的設備事故，可有效地保證機車運行安全。