矿用WC3J（D）型防爆柴油机无轨胶轮车制动系统分析

纪 宇

（大斗沟煤业公司， 山西 大同 037003）

引言

在地下煤矿的建设中，经常会用到的一种必不可少的装置就是WC3J（D）防爆柴油无轨胶轮车，这种无轨绞轮车可以得到广泛应用的原因主要是其具有安全、可靠和适应性强等多种特点。但是，地下煤矿的建设环境远远比想象中要更为复杂，长距离运输和上下运行是常有的事。在这样的环境中，对于车辆制动系统操作水平的要求也非常之高[1]。针对上述提到的这些问题，本文重点关注防爆柴油无轨胶轮车辆制动系统，并对其常见的故障类型进行分析，有针对性地提出解决方法。

1 工程概况

大斗沟煤业公司位于大同市西南21 km 处，大斗沟煤业有限公司属于产能置换矿井，目前为同煤国电同忻煤矿有限公司生产服务，在同煤国电同忻煤矿三盘区从事煤炭开采相关业务。设计年生产能力150 万t。同忻矿三盘区采用立井开拓方式。盘区现有3 条主要运输大巷，为3—5 号层辅运大巷，3—5 号层辅运暗斜井，山2 号层辅运大巷，其中辅运暗斜井全长600 m，坡度为6°，实行全封闭管理，行人步行出入由山2 号层行人暗斜井行走。该矿目前共有各类无轨胶轮车14 余辆，承担矿井的材料运输和人员运送任务。物料运输路线为：井口装料点—乘罐轮入井底车场—3—5 号层辅运大巷—3—5 号层辅运暗斜井—山2 号层辅运大巷—各个工作面系统巷到内。运人运输路线为：井底车场乘人乘车点—3—5号层辅运大巷—3—5 号层辅运暗斜井—山2 号层辅运大巷—各个工作面下车点[2-3]。该矿根据实际需要，定制了符合该矿罐轮尺寸的车辆，有4 辆运人车5 辆运料车。其中WC3（D）型无轨胶轮车承担主要物料的运输任务，共有5 辆。所以WC3（D）型防爆柴油机无轨胶轮车在该矿辅运工作中承担着极为重要的作用。

2 液压制动系统的工作原理

WC3J（D）防爆柴油无轨橡胶轮胎车在实际作业现场主要是起到运输材料的作用。它配备了全液压反向湿式制动器，就整个制动系统而言，这是最核心的部分。它还由一个蓄能器、手动制动阀、脚制动阀和溢流阀和其他相关设备等组成，实际构造见图1。

图1 液压制图系统原理图

油泵主要是服务于压力油部分。压力油的活动路径主要是：先通过充气阀的R 口→蓄能器端→制动器推动活塞。在这一过程中压力油在活塞上施加的力比弹簧的弹力还要大。在这种情况下，刹车片处于松弛状态，车辆从刹车中释放出来，正式开始行驶。制动系统主要是依赖于摩擦片产生的摩擦力来发挥制动功能，也就是由制动器提供制动的力。当液压降低时，制动力将增加。当接近零时，制动力将会达到极大值状态。具体的原理是：阀踏板被下压后，内阀芯会向下移动，然后脚制动阀就会随之改变方向。同时，液压油又会顺着原路返回到油箱中。

3 故障分析

3.1 制动力时间延后

脚踏阀和手制动阀在制动过程中起到了不可忽视的作用。为了满足实际效果，这两个部件都要设置在驾驶室中，高压软管是闸阀与制动器的连接装置。由于车辆空间较小，高压软管从脚制动阀拉到驾驶室底部。在严密的接线条件下，前制动器的布置最小可以达到3.5 m。制动踏板被按压后，制动器中的压力油位置会发生转变，流入到燃油箱中。软管的内壁有一定的摩擦性，让压力油的流动会稍微慢一些。当驾驶员踩踏板时，压降将在约半秒后发生，同时这将使弹簧提供的制动力延迟0.5 s。冬季的低温使液压油的黏度与正常情况相比大大增加，因此流动性就不会太好，制动时间会有很大程度上的延后，甚至会长达1 s。制动延迟现象导致的后果就是制动力检测与踏板角度之间无法满足之前的线性关系。尽管驾驶员踩下了制动踏板，但制动效果很难立刻体现，因此驾驶员会习惯性地再次踩下踏板。当踏板角度增加时，由踏板产生的制动力将相应地增加，然后车辆就会处于非正常行驶状态。这样会导致运行过程非常危险。因此，制动延迟问题亟待进行研究与解决。

3.2 液压油清洁度不达标

制动系统的性能不可能永远都保持在良好的状态。这主要是因为制动系统的制动阀和充气阀的精密度是非常高的。一旦受到外界环境的影响，有一点点异物进入内部，部件就会产生一些或多或少的故障，于是保持内部环境的清洁尤为重要。但是，矿山生产环境恶劣，粉尘量大，空气湿度也非常高。液压系统中容易积聚各种杂质或水分，导致部件堵塞。另外，如果缺乏常规维护方法，很容易造成液压阀和其他相关组件产生故障或性能下降。如果将液压油与水或杂质混合，则其清洁度将大大降低，制动阀和充气阀的故障风险会更高，整个制动系统的制动能力将会减弱。

4 解决措施

尽管无轨橡胶轮胎车辆在部件上面配置都非常高，但是通过增加软管的内径来解决制动故障问题是不可行的。原因是车辆内部空间非常狭窄，容纳不下大型软管，因此本研究只能从液压系统的工作原理和控制方法上面入手来寻求解决的方式，如图2所示。

1）油路液压系统仍保持原来状态。脚制动阀由脚制动踏板代替。该设备控制4 个电缆制动阀，配置的电缆制动阀与制动器直接连接。通过调整制动阀和制动器之间的距离，即调整用于连接的高压软管的长度，最好是不超过0.5 m。

图2 改进后的制动系统示意图

2）对电缆制动器的N 端口进行优化设计，并更换了原来的软管以直接安装油罐。增设呼吸孔，可以实现设备内部与大气之间的完美连接。每个油罐内部都会通过直径为6 mm 的低压软管来连接到油泵主油箱。在行驶过程中制动踏板被按压时，4 条软电缆将被同步驱动。随着电缆状态的改变，制动阀阀芯将改变方向以实现制动效果。由于电缆的刚度很好，所以踩下之后就可以立马作出反应。它可以迅速带动电缆制动器的线轴移动，并且原先存储在制动器中的液压油将进入油罐。通过合理设计软管长度和直径可以达到理想的效果。

3）空气压缩泵1 的作用在于提供压缩空气。压力调节阀2 进行调节后，气管和气缸止回阀5 后直达气缸7。该设备装有止回阀，可有效避免两个气缸的压缩。当空气彼此混合时，会形成两个单独的压缩空气，因此两个管路都可以实现制动的效果。车辆在正常运行状态下，一旦储气罐压力非常大，系统将在检测到风险后提示卸荷阀打开以减小压力。制动踏板状态改变时，阀4 开始工作，原先存在于储气罐中的压缩空气会开始进入加力燃烧器9 的气室，从而在推动下使活塞向前移动压缩空气，高压油流向部件10，来完成这一制动过程。一旦松开，则系统又会再次恢复到原始状态。

5 试验验证

如果遇到低温或者是恶劣天气时，制动系统的延迟会更加严重。通过对不同环境进行试验，-10 ℃时，制动延迟时间为0.1 s，由于时间很短驾驶员几乎感觉不到这种延迟，踩下脚踏板之后制动系统可以很快作出反应，操作也更准确。将制动踏板提升到特定位置，电缆制动阀中的弹簧将在很短的时间内快速推动阀芯并准确地回到原始的位置。通过增加油压，可以有效减轻弹簧对活塞的冲击。在这种情况之下，虽然摩擦板还在起作用，但它不是很明显，因此可以减小制动力。