CQ-160高气压环形潜孔钻车液压制动系统设计

范湘生， 卓 义， 张学稳

(安徽铜冠机械股份有限公司 技术中心，安徽 铜陵 244000)

CQ-160高气压环形潜孔钻车液压制动系统设计

范湘生， 卓 义， 张学稳

(安徽铜冠机械股份有限公司 技术中心，安徽 铜陵 244000)

CQ-160高气压环形潜孔钻车是井下新型潜孔凿岩设备，主要用于非煤地下矿山及隧道、水利等岩土工程中进行全方位大直径深孔凿岩。本文详细阐述其制动液压系统工作原理及主要元件的参数计算方法。

潜孔钻车； 液压制动系统； 蓄能器； 湿式多盘制动器

0 引言

CQ-160高气压环形潜孔钻车是安徽铜冠机械股份有限公司跟踪国外先进技术，并根据我国矿山实际应用环境和现场条件而研制的新型潜孔凿岩设备。外形尺寸见图1。

1 系统组成及结构特点

CQ-160高气压环形潜孔钻车是井下新型潜孔凿岩设备，在原T-150高气压环形潜孔钻机的基础上开发的新产品，底盘为液压传动，发动机带动变量泵，变量泵与变量马达组成闭式回路，马达输出轴连接前桥分动箱，分动箱将动力输出给前、后桥带动车辆行驶。前机架安装工作机构及其液压系统的工作阀块，后车架与副车架通过螺栓连接，副车架安装发动机、风水系统及卷缆装置，后车架安装驾驶室及电机等，后车架的桥带摆动架以适应凹凸不平的路面，前后机架通过铰接方式连接[1]；工作机构主要负责凿岩，动力源为电动机；该设备是T-150高气压环形潜孔钻机的升级版，根据近几年现场使用情况对工作机构液压系统进行优化，底盘液压系统动力源由原来的电动机改为柴油机驱动，机动性更强。本文介绍了整体式液压外力制动阀的工作原理及蓄能器、制动泵的选型。

图1 CQ-160高气压环形潜孔钻车外形图 单位：mm

2 液压制动系统介绍

底盘液压制动系统原理图如图2所示：

1.停车制动油缸 2.手制动阀(停车制动阀) 3.整体式液压外力制动阀 4.制动泵 5.吸油过滤器 6.行车制动器 7.蓄能器 8.压力继电器图2 底盘制动液压系统原理图

CQ160钻车选用美国德纳公司5吨111刚性桥，该桥制动器为摩擦片为6片的湿式多盘制动器，该制动器制动方式有液压制动和弹簧制动两种制动方式，液压制动为行车制动，弹簧制动为停车、紧急制动，前、后桥采用双回路制动，双回路系统更可靠，即使一个回路出现故障另一回路可以继续工作，保证井下车辆行驶安全，其工作原理见图2。液压制动主要通过整体式液压外力制动阀实现制动，整体式液压外力制动阀共计8个外接油口，4个备选油口，其中P口接制动泵，3个S口给行车制动、停车、紧急制动蓄能器供油，该阀通过节流口以5 L/min的流量向蓄能器充液，蓄能器压力一旦达到140 bar充液结束，通过N口到其它执行器(如：转向器等)或回油箱，当蓄能器压力比切断压力低18%时，蓄能器再次被充液，此阀采用单向阀可避免其它油路干扰，3个S口其中一个接手制动阀，实现恒定压力制动，2个BR口接前、后桥液压制动油口实现行车制动，行车过程中按照操作力的大小比例地调节制动压力实现制动，制动结束后桥内液压油回油箱，2个DS口接停车、紧急制动压力开关和液压制动蓄能器压力开关，随时监测系统压力是否正常，一旦不正常报警灯亮，保证行车安全。根据桥制动压力和紧急情况行车制动次数要求，蓄能器压力保持在12～14 MPa之间，桥单次制动需要的排量q=8 mL，紧急情况下蓄能器供油量保证N=7次的有效行车制动。所以蓄能器的有效容积是重要参数，在设计中必须选择正确[2]。

3 制动液压系统的设计计算

3.1 蓄能器容积的确定

在制动过程中，车辆每制动一次，蓄能器释放一定的油量，其内部的油压发生变化，气体质量不变，温度不变，所以可用定量等温气体方程描述。由定量等温方程得出[2]：

当充入油量V1时：

P0V0=P1(V0-V1)，V1=V0-P0V0/P1

(1)

当充入油量V2时：

P0V0=P2(V0-V2)，V2=V0-P0V0/P2

(2)

全部制动油液量：

Vx=V2-V1=(V0-P0V0/P2)-(V0-P0V0/P1)=(P0/P1-P0/P2)V0，得：

V0=P1P2Vx/{P0(P2-P1)}=
P1Vx/{P0(1-P1/P2)}

(3)

式中V0—蓄能器的容积，L；V1—最低压力时充入蓄能器的油液量，L；V2—最高压力时充入蓄能器的油液量，L；PO—充气压力，MPa；P1—最低工作压力，MPa；P2—最高工作压力，MPa；Vx—全部制动油液量，L，Vx=V2—V1；

工作压力范围12～14 MPa，即P1=12 MPa，P2=14 MPa，制动次数按N=7次计算，每个制动器的排量q=8 mL，充气压力P0=8 MPa；

计算得：Vx=0.224 L，V0=2.3 L，结合蓄能器的选型标准，该制动系统选用3个1 L或2个1.6 L的蓄能器方可满足要求。

3.2 制动泵排量的确定

制动泵的排量根据蓄能器的充液时间来确定。为安全起见，蓄能器的充液时间最长不得超过20s。蓄能器从无油到完全充满油液所需的油液体积(蓄能器的工作过程为绝热过程)按选用3个1L的蓄能器计算得Vx=1.7L，则系统制动泵流量为5.1L/min，考虑到发动机怠速900r/min，泵的容积效率为85%，故泵的排量为qb=5100/(0.85×900)=6.7mL/r，所以选择齿轮泵的排量为10mL/r。

4 结论

在工业试验中，CQ-160高气压环形潜孔钻车的各项指标均能达到或超过行业标准YS/T 460—2003《高气压环形潜孔钻机》的要求，现在已经投入批量生产。

[1] 张光裕.工程机械底盘构造与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.

[2] 雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1990.

Hydraulic Braking System Design of CQ-160 High Pressure Annular Hole Drill

FAN Xiang-sheng， ZHUO Yi， ZHANG Xue-wen

(Technology Center, Anhui Tong Guan Machinery Co., Ltd. Tongling 244000, China)

CQ-160 high pressure annular hole drill is a new DTH downhole drilling equipment, mainly used for non-coal underground mines and tunnels, water conservancy and other geotechnical engineering for a full range of large diameter deep hole drilling. This paper describes the working principle of its hydraulic braking system and parameters calculated of major component.

DTH Drill； hydraulic braking system； accumulators； wet multi-disc brakes

2013-07-09

范湘生(1962-)，男，四川西充人，高级工程师，大学本科，主要从事矿山机械设计及制造的研究工作，现任安徽铜冠机械股份有限公司副总经理。

卓义(1982-)，男，安徽泗县人，工程师，大学本科，主要从事技术管理工作，现任安徽铜冠机械股份有限公司无轨研发室主任。

TD41

B

1003-8884(2014)01-0051-03

张学稳(1986-)，男，安徽灵璧人，助理工程师，大学本科，主要从事机械设计工作，现任安徽铜冠机械股份有限公司无轨研发室技术员。