礦用膠輪車全液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的模擬分析

祁 冀

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037001）

引言

礦用膠輪車屬于井下煤礦運(yùn)輸中較重要的一種輔助運(yùn)輸設(shè)備，其他設(shè)備與相比，具有運(yùn)輸效率高、機(jī)動(dòng)性能好、安全可靠等特點(diǎn)，有載人、工程類和運(yùn)輸三類膠輪車。膠輪車車輛制動(dòng)的好壞主要依靠于制動(dòng)器，而制動(dòng)器是讓車輛停止運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的配置，是保證車輛安全行駛的重要來(lái)源。濕式制動(dòng)器含有壓縮彈簧、壓盤、動(dòng)靜摩擦片、制動(dòng)活塞及殼體等組成零件，在車輛制動(dòng)進(jìn)程中，以及油液的壓力作用下，活塞被推向壓盤，將產(chǎn)生的制動(dòng)力借助于壓盤傳遞給動(dòng)靜摩擦片，在許多動(dòng)靜摩擦片的相互摩擦作用下，快速降低車輪的速度，完成制動(dòng)動(dòng)作。與傳統(tǒng)的干式制動(dòng)器相比，濕式制動(dòng)器在制動(dòng)安全、制動(dòng)效能及使用壽命上，都顯示出明顯的使用優(yōu)勢(shì),可以保證膠輪車在惡劣的井下環(huán)境中行駛安全，從而減少安全事故的發(fā)生[1-4]。因此，本文主要對(duì)礦用膠輪車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、行車制動(dòng)過程中的充液動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究分析，進(jìn)而提高膠輪車整個(gè)液壓控制系統(tǒng)的工作性能。

1 膠輪車全液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

對(duì)于膠輪車全液壓控制系統(tǒng)，其工作流程是：依靠液壓泵為整個(gè)系統(tǒng)提供液壓油，經(jīng)過液壓泵加壓的液壓油，通過過濾器，傳輸給雙路充液閥，并將液壓油分為三路，一路向駐車制動(dòng)蓄能器充液；另兩路向行車制動(dòng)蓄能器充液，如果出現(xiàn)三個(gè)管路中有一個(gè)管路的油壓小于雙路充液閥額定下限充液壓力，將重新對(duì)其執(zhí)行充液動(dòng)作，而當(dāng)上升至額定上限充液壓力時(shí)，停止執(zhí)行充液動(dòng)作。因此，蓄能器是整個(gè)控制系統(tǒng)較關(guān)鍵的一個(gè)安全元件，其中行車制動(dòng)蓄能器含前橋和后橋制動(dòng)器，對(duì)于前、后橋制動(dòng)蓄能器都擁有獨(dú)立的制動(dòng)回路，且每個(gè)回路依靠各自獨(dú)立的蓄能器為其提供液壓油；而雙路充液閥不僅可以向蓄能器充液，也可以保持蓄能器的壓力恒定，即保證在雙路充液閥額定上限和下限中充液壓力恒定。

本文設(shè)定系統(tǒng)充液前，駐車、前后橋行車三個(gè)蓄能器的壓力分別是5 MPa、6.5 MPa 和7.5 MPa；雙路充液閥額定上限、下限充液壓力分別為8.3 MPa 和6.4 MPa，對(duì)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、行車制動(dòng)過程中蓄能器的充液過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)充液動(dòng)作模擬分析

在充液過程中，對(duì)駐車制動(dòng)、前后橋行車制動(dòng)三個(gè)蓄能器的壓力變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析，得到如圖1所示的曲線圖。

圖1 三個(gè)制動(dòng)蓄能器的壓力動(dòng)態(tài)變化曲線

從圖1 可以看出，在膠輪車發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，雙路充液閥只向駐車蓄能器執(zhí)行充液動(dòng)作，在駐車蓄能器達(dá)到6.5 MPa 的壓力前提下，前橋行車蓄能器在充液閥模塊作用下開始也執(zhí)行充液動(dòng)作；緊接著，在駐車制動(dòng)和前橋行車制動(dòng)蓄能器同時(shí)達(dá)到7.5 MPa的壓力前提下，后橋行車蓄能器也開始執(zhí)行充液動(dòng)作，等到這三個(gè)制動(dòng)蓄能器都達(dá)到8.3 MPa 的壓力時(shí)，膠輪車液壓控制系統(tǒng)停止充液動(dòng)作，可滿足設(shè)計(jì)使用要求。

1.2 行車制動(dòng)蓄能器模擬分析

礦用膠輪車在正常行使時(shí)，其制動(dòng)主要是依靠行車制動(dòng)，且在實(shí)施制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)蓄能器的壓力不斷變化，當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)蓄能器的壓力小于雙路充液閥額定下限充液壓力的現(xiàn)象時(shí)，液壓控制系統(tǒng)還存在充液動(dòng)作，因此，對(duì)膠輪車行車制動(dòng)中的蓄能器壓力分析研究是很有必要的。

本研究是在兩個(gè)行車制動(dòng)蓄能器的初始?jí)毫Χ歼_(dá)到8.3 MPa，且在兩個(gè)蓄能器都充滿液壓油的前提下，對(duì)膠輪車每5 s 進(jìn)行踩雙路制動(dòng)閥踏板，連續(xù)三次執(zhí)行行車制動(dòng)，其過程壓力變化曲線如圖2 所示。同時(shí)，監(jiān)測(cè)制動(dòng)蓄能器的壓力變化情況，得到如圖3所示的曲線圖。

圖2 雙路制動(dòng)閥腳踏板壓力變化曲線

圖3 行車制動(dòng)動(dòng)作下兩個(gè)蓄能器的壓力動(dòng)態(tài)變化曲線

從圖2 和圖3 可以看出，在膠輪車實(shí)施制動(dòng)前，前橋行車和后橋行車兩個(gè)蓄能器的壓力都是8.3 MPa，通過兩次踩雙路制動(dòng)閥腳踏板動(dòng)作后，兩個(gè)蓄能器的壓力均減小約0.8 MPa，第三次實(shí)施動(dòng)作后，壓力減小至6.4 MPa，此種情況下，雙路制動(dòng)充液閥對(duì)這兩個(gè)蓄能器又開始執(zhí)行充液動(dòng)作，其壓力逐漸上升，達(dá)到壓力為8.3 MPa 的穩(wěn)定狀態(tài)。在整個(gè)實(shí)施制動(dòng)的過程中，兩個(gè)蓄能器的壓力大致同步變化，僅在剛開始踩下雙路充液閥腳踏板時(shí)，后橋制動(dòng)蓄能器相比于前橋蓄能器存在一個(gè)微小的波動(dòng)變化，這是因?yàn)樵陔p路制動(dòng)閥的液壓油推力作用下，前橋制動(dòng)比后橋存在一個(gè)微小的延遲制動(dòng)，這也滿足雙路制動(dòng)閥的理論特征，符合要求。

1.3 充液過程中雙路充液閥進(jìn)出口壓力分析

依據(jù)圖3 可知，當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)蓄能器的壓力小于雙路充液閥額定下限充液壓力的情況時(shí)，液壓控制系統(tǒng)還伴隨有充液動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到雙路充液閥額定上限充液壓力的現(xiàn)象時(shí)，停止充液動(dòng)作。為了更加深入地分析雙路充液閥的性能，設(shè)定通過多次行車制動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，將雙路充液閥的壓力降為3MPa，開始啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并保證以勻速轉(zhuǎn)速動(dòng)作，得到充液動(dòng)作中雙路充液閥的進(jìn)出油口壓力變化情況，如圖4 所示。

圖4 雙路充液閥充液時(shí)進(jìn)出油口壓力變化曲線

由圖4 可以看出，當(dāng)進(jìn)油口、出油口的壓力達(dá)到雙路充液閥額定上限充液壓力的現(xiàn)象時(shí)，液壓系統(tǒng)停止充液，且在整個(gè)充液動(dòng)作過程中，進(jìn)油口、出油口壓力相差約0.2 MPa，在雙路充液閥的允許范圍內(nèi)，滿足使用要求。

2 結(jié)論

為提高膠輪車整個(gè)液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)的工作性能，本文主要對(duì)礦用膠輪車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、行車制動(dòng)過程中充液動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究分析，結(jié)論如下：膠輪車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，雙路充液閥最先對(duì)駐車制動(dòng)蓄能器執(zhí)行充夜動(dòng)作，再對(duì)行車制動(dòng)蓄能器執(zhí)行充液動(dòng)作，直至三個(gè)蓄能器的壓力達(dá)到雙路充液閥額定下限充液壓力，停止執(zhí)行充液動(dòng)作。當(dāng)膠輪車正行使時(shí)，雙路充液閥主要是對(duì)行車制動(dòng)蓄能器執(zhí)行充液動(dòng)作，而駐車制動(dòng)蓄能器對(duì)行車制動(dòng)的充液性能影響較小。