双向驾驶防爆胶轮车的液压系统设计

苏娟

（运城制版印刷机械制造有限公司，山西运城044000）

双向驾驶防爆胶轮车的液压系统设计

苏娟

（运城制版印刷机械制造有限公司，山西运城044000）

WC1.8J型防爆柴油机无轨胶轮车在矿井下巷道内运行时，不利于车辆掉头，需设计双向驾驶车型，重点要解决操纵装置的切换问题。文中采用独创的液压组合阀块，实现了主副驾驶室单独操作的转换功能。按照企业标准要求在矿下进行了可靠性试验，得到了用户的认可，达到了该机型操纵系统的性能要求。

防爆；液压；组合阀块；蓄能器

0 引言

液压传动与机械传动在矿井下运输车辆上应用，有其独特的优点。在相同功率条件下，由于其体积小、重量轻、结构紧凑、各个元件之间连接方式多样，使布局和安装十分灵活，因此在工程机械中的应用越来越广泛。

矿用防爆柴油机无轨胶轮车是在爆炸性气体环境中运行的无轨胶轮车，鉴于使用环境的特殊性，合理利用液压传动在矿用防爆车行业显得尤其重要。

由河南平顶山中平能化集团机械制造有限公司研发的 WC1.8J型防爆柴油机无轨胶轮车历经7个月时间，顺利完成了样机的试制及试验，如图1所示。

图1 WC1.8J防爆无轨胶轮车实拍照片

根据矿用防爆双向驾驶车辆对液压系统的功能要求，依据MT/T 989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件4.3.4.2的规定，无轨胶轮车设有两个驾驶室（双向驾驶）及双套控制装置时，两套控制装置应为互锁［1］。综合以上规定与实地考察，笔者承担了该车辆液压系统的设计，并参与了样机试制。总结了初次方案失败的原因，对造成转换装置失灵进行了分析，确定变速油缸和换向阀的内泄漏是主要攻克对象。通过试验测出了泄漏量，并在系统中增加了液控单向阀和囊式蓄能器，解决了双向驾驶的变速性能，最终达到了主副驾驶室的独立操作性和安全可靠性。

1 液压系统特点

1）该系统为全液压转向、举升、变速等多功能开式常回油系统，并能保证转向优先功能。

2）应用机液一体化设计思路，实现了无电、防爆、双向驾驶变速转换功能。

3）采用国产优质液压通用元件，保证性能可靠，且成本低廉。

4）设置了双向液控单向阀及蓄能器，保证了变速转换机构的稳定。

2 液压系统的组成

主回路为：共用齿轮泵→分流阀优先口→全液压转向器→功能换向阀→转向油缸→回油箱；副回路为共用齿轮泵→分流阀旁通口→举升换向阀→变速换向阀→功能换向阀→变速油缸→囊式蓄能器→回油箱。该系统为开式常回油系统，确保了油泵的使用寿命，抑制了油温的升高，其原理见图2。

图2 WC1.8J型无轨胶轮车液压系统原理图

当驾驶员转动方向盘时，由分流阀2内的优先阀将液压油主动全流量切换至全液压转向器3，保证安全转向。扳动变速转换阀10，可使变速油缸6动作，拉动或推动变速装置转换，同时将工作蓄能器充足油液，满足了变速油缸的保压时间。扳动举升阀11，可使举升油缸9推动货厢即时举升、中停或下降。当需要在副驾驶室操作时，只需扳动功能转换同步阀4，即可实现转换功能。为了实现4个10通径手动换向阀的同步功能，用一个组合阀块将其安装在一起，实现了该系统的核心作用，其阀块结构见图3。

图3 液压系统功能转换组合阀块图

3 齿轮泵的选型

依据MT/T 989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件4.3.1.3的规定，无轨胶轮车运载松散装备或材料，运载工具上应加装固定装置。车辆采用自卸式时，货箱举升和回落时间不得超过30 s［1］。

2）油缸行程S的确定。

根据设计要求车厢侧翻角度为45°，可由作图得到油缸行程为400 mm。

选用两级套筒油缸为宜：一级直径D1=50 mm；二级直径D2=70 mm；总行程S=200+200=400 mm。

3）齿轮泵流量的计算。

齿轮泵转速n=1 000 r/min；车厢举升时间h=15 s，流量公式为

将已知条件代入式（3），可得油缸流量：QJ=［（52+72）π× 40/4］/15=155 mL/s=9.3 L/min。

液压泵的供油量公式为Q≥K∑qmax，取K=1.2，可得

取效率ηv=0.8，将式（4）和已知条件代入式（5），得q= 11.16/（1 000×0.85）=0.013 1 L/r=13.1 mL/r。故选择公称排量为16mL/r的齿轮泵。

4 囊式蓄能器的确定［2］

首先对2台样机变速油缸及其控制阀进行了综合密封性实验，其测试数据见表1。

表1 变速油缸综合密封性实验结果

1）状态参数的定义与计算。

P0为预充压力；V0为有效气体容量；P1为最低工作压力；V1为压力P1下的气体容量；P2为最高工作压力；V2为压力P2下的气体容量。

已知变速油缸不低于8 MPa时，变速机构能够克服弹簧回弹稳定工作，即最低工作压力

2）蓄能器有效容积变化量的确定。

根据表1查得的变速油缸240 min综合泄漏量为141 mL，可得

3）蓄能器有效气体容量的计算。

蓄能器内的压缩和膨胀过程应遵循气体状态的规律。

蓄能器有效气体容量的计算公式

4）蓄能器的选型及注意事项。

国际专业组织已对蓄能器的容量规格及尺寸范围作了统一规定。故变速油缸各腔选配同规格蓄能器，公称容量为0.6L;工作压力为20MPa为宜，其型号为NXQA-0.6/ 20-L-A.

选择时应注意，蓄能器是一种压力容器，所以必须选用专业生产厂家的产品，并应有国家质量监督检验部门颁发的特种设备许可证［3］。

5 结语

1）双向驾驶防爆柴油机无轨脚轮车具有防爆可靠、运输效率高、使用范围广、机动灵活、牵引力大、应用性强、安全性好以及可完成直达运输的特点，必将成为各大煤矿青睐和必不可少的地下运输设备［4］。

2）煤矿产品选用电气控制时，需执行MT/T 989规定,无轨胶轮车所配套的电器部分应符合相关规定，并应取得防爆合格证和煤矿矿用产品安全标志证［5］。因此机、液一体化是该类产品首选的结构型式。

3）设计液压系统时要充分考虑泄漏问题，利用蓄能器可弥补液压系统中泄漏的缺陷，保证其系统性能稳定，整机运行安全。

4）液压系统是液压设备的一个组成部分，其设计要求一般是必须从实际出发，重视调查研究，注意吸取国内外先进技术，力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好［6］。

［1］ 煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会.MT/T 989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件［S］.北京：煤炭工业出版社，2007.

［2］ 丹阳市宏达蓄能器有限公司.蓄能器容量选择［M］.丹阳：丹阳市宏达蓄能器有限公司，2009.

［3］ 李俊仁.油气悬挂技术在矿用胶轮车上的应用［J］.汽车实用技术，2012（2）：8.

［4］ 张彦禄.我国防爆无轨胶轮车辅助运输的应用与启示［J］.煤炭工程，2006（6）：43.

［5］ 李俊仁.双向驾驶型防爆胶轮车变速转换装置研究［J］.机械工程师，2012（5）：44.

［6］ 成大先.机械设计手册：液压传动［M］.北京：化学工业出版社，2004：22-23.

（编辑：昊 天）

TD 525;TH 137

B

1002－2333（2014）04－0207－03

苏娟（1982—），女，助理工程师，从事凹版印刷机设计工作。

2014-01-23