矿用无轨胶轮车全自动防爆紧急制动系统

孙林帅



矿用无轨胶轮车全自动防爆紧急制动系统

孙林帅

（武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

针对矿产开采常用的无轨胶轮车等运输工具的制动系统所存在的问题，提出了一种全自动防爆紧急制动系统。本系统采用核心部件——泄压阀，利用其“压力过低时泄压”的全新特性，达到全自动紧急制动的目的。此外该系统采用液压湿式制动，不会产生火花，从而达到防爆的要求。试验表明，全自动防爆紧急制动系统与传统的紧急制动系统相比具有明显优势，在紧急情况下能够很好地避免事故的发生，同时安装简易、实用性强，具有很好的市场应用前景。

矿用无轨胶轮车；紧急制动；安全生产；液压湿式制动

近几十年来，无轨胶轮车作为矿用运输领域的主要设备，其正常运行将直接影响煤矿的生产安全和效率。制动系统作为胶轮车安全运行的核心系统，确保制动系统性能安全、可靠是无轨胶轮车正常运行的必要条件，也是驾驶人员和其他人员生命安全的必要保障。

1 设计思路来源

随着我国对矿产开采的要求越来越严格，环保和安全是矿产产业的最重要环节，其中安全生产则是重中之重，它是产业利润的基本保证，所以，国家对矿产开采的安全生产的要求及法规越来越完备，首先表现在所有机械设备都必须是防爆产品。矿产开采常用的运输工具，如无轨胶轮车，对于制动系统，国家已明文规定要采用液压湿式制动，其目的就是避免在制动过程中，因摩擦产生高温进而出现火花引发瓦斯爆炸。由于液压系统存在一个弊端，就是在液压系统突然产生故障时，会使车辆完全丧失制动能力，引发安全事故。为此，国家要求无轨胶轮车最低要有两套制动系统，即常规用液压制动系统（脚制动）和机械制动系统（手制动）。但液压系统故障往往会是瞬间爆发的，特别是在矿井下，由于光线暗，驾驶员不能及早发现，无法及时采取措施，即便有手制动，也会因人的反应慢来不及操作，进而导致事故发生。

鉴于此，有的车辆厂家加装了一套紧急制动，即多装一套液压蓄能系统，作为常规用的液压系统出现故障时，可以用备用液压系统使车辆安全停下，但仍需手动操作，无法在液压系统突发故障时使车辆立即安全停下。为了解决系统发生故障时无法紧急制动的问题，我们设计了这款全自动防爆紧急制动系统以及紧急制动泄压阀（以下简称“泄压阀”）。该泄压阀是整个全自动紧急制动系统的核心部分。

2 全自动紧急制动系统的创新之处

市面上常见的泄压阀，即压力控制阀是在压力超高时泄压，从而起到安全保护的作用。我们这里设计的是压力正常或超高时不工作，压力过低时进行泄压，使制动系统工作，从而起到保护的功用，特点如下：①自动感应液压系统的压力，不需要人为操作检测系统压力值，减少了人力、物力的支出；②反应迅速，可安全停车，避免因制动压力的丧失导致事故的发生；③防爆，不产生火花，满足煤安、矿安的生产要求。

紧急制动泄压阀的结构示意图如图1所示。

1—前螺塞；2—前阀芯；3—阀体；4—后阀芯；5—垫片； 6—压力弹簧；7—弹簧座；8—阀座；9—后螺塞。

3 设计的内容和研究目标

3.1 主要设计内容

该项目主要设计内容包括以下几点：①无轨胶轮车液压系统的设计。包括系统原件的选择及其匹配、系统工作压力及最高压力、脚制动液压压力，手制动液压压力等。②泄压阀的原理及加工图纸的设计。主要突出小型化、反应快、安装简单、调整方便、安全可靠的特点。③泄压阀在液压系统中的安装状态。与手制动连接，在系统压力降低时，使手制动自动反应并进行制动工作。

3.2 项目研究目标

该项目的研究目标为：解决无轨胶轮车液压制动系统发生故障时无制动，驾驶员反应不及时，进而不能有效地控制车辆导致事故发生的问题。通过在液压系统中加装泄压阀，自动感知液压系统的压力，当压力过低无法进行脚制动和来不及操作手制动时，立即进行泄压工作并启动中央制动器，从而在几秒钟之内就可以自动控制中央制动器工作，使车辆安全停下，避免事故发生。

3.3 自动紧急制动原理分析

3.3.1 系统工作原理分析

发动机作为动力源，带动齿轮泵工作，液压油从液压油箱进入齿轮泵，通过滤油器进入充液阀，最终达到蓄能器。当滤油器进油口压力过高时，溢流阀工作，高压油通过溢流阀回油箱，起到保护系统的作用。

行车过程中需要制动时，踩下脚踏阀，液压油从蓄能器经过脚踏阀，再到四轮制动器，起到制动作用。松开脚踏阀，液压油原路返回液压油箱，解除制动。

驻车需要制动时，拉动手柄阀，液压油从中央制动器经过手柄阀回到液压油箱，中央制动器工作，起到制动作用。行车时，打开手柄阀，液压油从蓄能器通过手柄阀进入中央制动器，解除制动。

液压系统发生故障，系统压力降低时，泄压阀开始工作。中央制动器制动方式：卸除中央制动器内液压压力，使其开始制动。制动系统原理如图2所示。

1—蓄能器；2—备用蓄能器；3—压力表1；4—压力表2；5—脚踏阀；6—行车制动1；7—行车制动2；8—单向阀； 9—解锁泵；10—充液阀；11—泄压阀；12—溢流阀； 13—手控阀；14—液压泵；15—过滤器；16—中央制动器。

液压系统参数要求具体如下：①系统工作压力为10～12 MPa；②中央制动器解除压力为3～5 MPa；③四轮制动压力为5 MPa。

3.3.2 主要构件的工作原理

中央制动器工作原理：制动方式采用机械弹簧压力制动，使传动轴停滞转动。制动解除方式采用液压压力，使机械弹簧压缩，制动片分离。

泄压阀的工作原理：根据中央制动器制动方式，应将泄压阀的工作压力值调整设定在四轮制动工作压力正常值的偏上10%左右，当系统压力降至该压力值时，泄压阀工作，卸除中央制动器内液压压力，使其开始制动。

解除制动：系统恢复正常压力后，泄压阀自动关闭，此时，打开手控阀对中央制动器进行加压至3～5 MPa，以解除制动。

4 可行性分析

全自动紧急制动系统的技术可行性从以下四个方面进行具体分析。

4.1 科学性

液控阀在液压系统中是广泛应用的部件，根据液压压力的高低，相应的控制弹簧会进行压缩或释放，使阀芯关闭或打开，起到控制中央制动器的作用，从而能在车辆液压系统出现故障时使车辆及时停下，避免事故的发生。

4.2 先进性

目前，矿区使用的无轨胶轮车，一般没有安装紧急制动系统，或者安装了一个和驻车制动效果几乎一样的紧急制动系统（手动控制），起不到突发故障出现时紧急制动的作用。该项目的设计使紧急制动在几秒钟之内就可以工作，远短于人的反应时间。另外，本项目系统不会产生火花，满足国家防爆要求，安全可靠。

4.3 实用性

目前，煤安、矿安广泛使用的无轨胶轮车、挖掘机、铲车、铰接式胶轮车等，制动系统都采用液压制动，本紧急制动系统可适用于所有这些车辆，系统中阀体除开泄压阀都有成品件，且泄压阀具有结构简单、制造方便、成本低、安装简便、安全可靠等优点。该系统今后将是矿区采购车辆的必要条件之一。

5 结束语

矿产开采产业还会长时间持续下去，且国家对矿产开采的环保、安全要求非常严格，全国每年都有数千台防爆车辆的需求。本系统相对于传统制动系统而言具有很强的安全性能，且成本低廉、安装便捷、操作简单，应用前景应该十分可观。

［1］河北煤炭科学研究院，常州科研试制中心有限公司.MT/T 989—2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件［S］.出版社不详，2006.

［2］中国煤炭工业协会设备管理分会，中国平煤神马集团，徐州矿物集团，等.MT/T 1097—2008煤矿机电设备检修技术规范［S］.北京：煤炭工业出版社，2008.

2095－6835（2019）03－0049－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.049

〔编辑：张思楠〕