2m3柴油铲运机停车制动改造

黄志友

北方铜业股份有限公司铜矿峪矿 山西垣曲 043700

铲运机制动系统主要由供能装置、控制装置、液压系统和制动器组成，具有行车制动、停车制动和紧急制动功能。随着技术的不断进步，制动器逐步从蹄式制动器、钳盘式制动器发展到封闭湿式多盘式制动器[1]。封闭湿式多盘式制动器具有全封闭防水防尘、制动性能稳定、散热效果好、耐磨损、使用寿命长、故障率低等优点，解决了蹄式制动器和钳盘式制动器受环境影响大、制动性能下降快、故障率高等缺点，广泛应用于铲运机及其他工程机械。

1 国产 2 m3 柴油铲运机制动系统

地下铲运机主要制动器有蹄式制动器、钳盘式制动器和封闭多盘湿式制动器 3 种。蹄式制动器和钳盘式制动器因维护频繁、制动性能下降快等缺点，现已很少应用。封闭多盘湿式制动器设置在驱动桥内部，不受外界环境的影响，运行稳定可靠，应用广泛[2]。

封闭湿式多盘式制动器又分为 LCB 制动器和Posi-Stop 制动器 2 种。Posi-Stop 制动器具有行车制动、停车制动和紧急制动 3 项功能，无需再设置辅助制动回路，但造价较高。国产 2 m3柴油铲运机制动系统采用 LCB 制动器和钳盘式制动器组合，如图 1所示。

图1 2 m3 柴油铲运机制动液压系统简图

LCB 制动器安装在 4 个车轮上，执行行车制动功能；钳盘式制动器安装在前桥输入轴上，执行停车制动和紧急制动功能。制动液压系统中配置了 1个 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器、2 个 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器和 1 套充液阀储能装置作为动力源。其中 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器为钳盘式制动器提供动力，通过停车电磁阀和停车制动液压缸控制钳盘式制动器的并拢和打开；2 个 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器分别为前、后桥的 LCB 制动器提供动力，通过制动踏板控制 LCB 制动器的制动和释放。

钳盘式制动器安装在传动轴上，为弹簧制动、液压释放形式。铲运车启动后，充液阀给蓄能器充液储能，制动压力达到 15 MPa 后，停车电磁阀得电动作，连通蓄能器和停车制动液压缸油路，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的液压油顶开停车制动液压缸，钳盘式制动器打开，解除停车制动；停车时，停车电磁阀失电回位，停车制动液压缸的弹簧推动活塞杆，钳盘式制动器并拢，施以停车制动。

2 现状调查

钳盘式制动器在运行过程中，因其开放式结构，泥沙、碎石易进入，泥水黏结造成钳盘变形损坏，导致钳盘式制动器释放不完全，损坏停车制动液压缸和传动轴，引发设备事故，如图 2 所示。

图2 钳盘式制动器安装位置和损坏情况

该类型铲运机的停车制动和紧急制动装置可靠性较低，且故障率高，存在较大安全隐患。某矿现有国产 2 m3柴油铲运机 10 台，主要担负着井下掘进出渣和采场清理工作，为确保行车安全，急需对 2 m3柴油铲运机停车制动和紧急制动装置进行改进。

3 对策研究与制定

按前述，改用 Posi-Stop 制动器可消除该类型铲运机停车制动和紧急制动可靠性低的安全隐患，需更换前、后驱动桥总成，并对液压系统和控制装置进行系统改造，改造费用约 13 万元。因此，通过对制动系统的控制油路进行改造，利用原车 LCB 制动器来实现停车制动和紧急制动功能的对策更加可行。

利用梭阀将停车制动管路与前桥 LCB 制动器管路连接在一起，通过梭阀实现行车制动油路和停车制动油路的快速转换，利用前桥 LCB 制动器实现停车制动和紧急制动的功能。

梭阀结构如图 3 所示。梭阀相当于 2 个单向阀组合的阀，是阀体与执行器合二为一的阀门，梭阀动作简单可靠，可以实现快速开关。梭阀有 2 个进口 P1和P2，1 个出口 A，P1和 P2都与出口 A 相通、但 P1和P2不相通。其工作原理是 P1和 P2中的任一个有压力输入，出口 A 都有输出。

图3 梭阀结构原理图和符号

4 改造实施方案

改造后的制动液压系统如图 4 所示。

图4 改造后的制动液压系统

拆除钳盘式制动器和停车制动液压缸，加装 1 个梭阀，将停车电磁阀的出油管连接到梭阀进口 P1，制动踏板通往前桥的油管连接到梭阀进口 P2，前桥 LCB制动器油管连接到梭阀出口 A，停车电磁阀由常闭型改为常开型，保证断电状态下停车制动蓄能器与前桥LCB 制动器油路是连通的。

正常运行时，启动铲运机，刹车压力达到 15 MPa 后，停车制动电磁阀得电动作，断开停车制动油路，解除停车制动。行车制动时，踏下制动踏板，梭阀进口 P2与出口 A 相通，NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器的制动液进入前桥和后桥，LCB 制动器动作，实现行车制动。停车制动或紧急制动时，停车制动电磁阀失电回位，梭阀进口 P1与出口 A 相通，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器的制动液进入前桥，前桥 LCB制动器动作，执行停车制动或紧急制动。

注意事项：后桥制动油路未进行改造，后桥LCB 制动器只执行行车制动功能；因隔膜式蓄能器长时间停用会出现泄压现象，因此，正常停车后应用三角掩木将车轮掩住，确保安全。

5 可行性验算

此次改造只在油路和电磁阀上进行，供能装置和液压系统没有变化。每制动一次，蓄能器释放一定的油量，停车制动蓄能器能否满足 2 次以上停车制动需要的油液量是此次改造的关键。

隔膜式蓄能器内部油压发生变化，气体质量不变，温度不变，气囊内气体可以看成理想气体，符合定量等温的气态方程核算前提。由定量等温的气态方程得出[3]，当充入油量V1时，

当充入油量V2时，

全部制动油液量

式中：Vx为全部制动油液量，L；V1、V2分别为最低、最高工作压力时进入蓄能器的油液量，L；p0为蓄能器充气压力，MPa；p1、p2分别为最低、最高工作压力，MPa；V0为蓄能器容积，L。

已知 NXQ 1-1.6/20-L-Y 蓄能器容积V0为 1.6 L、NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器容积V0为 1 L、充气压力p0为 7 MPa、最低工作压力p1为 12 MPa、最高工作压力p2为 15 MPa。

由式 (3) 求出 NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器全部制动油液量为 116 mL。

该型号 LCB 制动器的排量为 27.2 mL，每个驱动桥有 2 个 LCB 制动器，1 次有效制动所需油液量为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 次有效制动的油液。因此，该型号LCB 制动器作为停车制动或紧急制动时，NXQ 1-1.0/20-L-Y 蓄能器满足油液量要求。相对行车制动，停车制动动作次数较少，不会引起充液阀频繁动作，无需增大停车制动蓄能器容积。

6 结语

拆除传动轴上的钳盘干式制动器，由车桥上的封闭多盘湿式制动器来执行铲运机的停车制动和紧急制动均，制动效果稳定可靠。改造后，消除了钳盘干式制动器在井下工况下易变形损坏、制动失效导致的设备事故，可有效地保证机车运行安全。