煤矿井下车辆驱动桥冷却系统设计及应用

2020-06-02马艳卫

煤矿机电 2020年2期

马艳卫

(山西天地煤机装备有限公司，山西太原 030006)

0 引言

煤矿井下特种车辆具有载重能力大、行驶速度快、机动灵活、爬坡度大、装卸物料方便省力等特点，可以实现不转载运输，节约大量辅助运输人员，极大地提高运输效率，在煤矿井下生产中的作用越来越重要。由于煤矿井下特殊的工作环境，其车辆一般选用了全液压动力制动系统，制动器采用湿式多盘制动器。对于一些地质条件较差(主要为巷道的坡度大，距离长)的煤矿，经发现车辆在使用中出现制动不灵敏，甚至有失效的情况，通过对故障原因的调查分析，决定对车辆的液压系统进行了技术改进。

1 驱动桥故障与分析

煤矿井下特种车辆在使用中，有些煤矿用户经常反应车辆在使用中出现制动不灵敏，甚至有失效的情况,同时驱动桥还有漏油现象，对行车安全造成很大的隐患，为此对车辆的制动系统进行分析研究，主要存在问题为:

1) 一般情况下桥的制动器摩擦片间始终有油膜存在，防止动片与静片直接接触，减小摩擦片间的磨损消耗，延长其使用寿命。而通过对驱动桥的拆解发现，桥内的齿轮油颜色发黑，且有大量杂质，密封严重老化;桥的制动器摩擦片磨损严重，齿轮油内

的杂质多数为摩擦片磨损后的颗粒物。

2) 车辆的使用范围非常广泛，分布在内蒙、山西、陕西、山东等地的煤矿，经调查发现,有些煤矿在使用2～3月后就会出现刹车距离变长，甚至失效的情况,同时还反应车辆出现制动问题的矿井，巷道内的坡度大。

由上述情况经分析,考虑到煤矿的地质条件不同，车辆的使用工况差别较大，导致了车辆频繁制动，出现制动器故障。有些煤矿井下的巷道存在8°～12°的大角度的长距离坡道，当车辆驾驶员在下坡时，频繁制动甚至采取半制动状态行车，导致制动器发热情况严重，齿轮油温度超出正常使用的范围。齿轮油高温会降低其黏度，加速橡胶密封件的老化，同时驱动桥内的减速齿轮因热胀冷缩而膨胀，导致机械磨损增加，最终导致制动器故障。因此,对车辆的制动系统进行技术改造是必要的[1]。

2 冷却系统设计

由上述调研表明,制动器产生高温是导致制动器故障的主要原因。制动器产生的热量主要是由固定盘与摩擦盘之间的摩擦力矩所消耗的能量,即车辆的制动能量E等于车辆动能E1与势能E2之和，即

(1)

式中:E为制动的总能量；E1为制动的动能；E2为制动的势能；v为制动前的速度；g为重力加速度；h为路面斜坡高度；m为车辆的平均质量。

由上式可知，制动器产生的热量不仅与高速运行时的制动次数有关，还与坡道上运行时的制动次数有关。通过实际使用情况发现，当车辆多数时间在坡道低速运行时，其制动器发热情况严重，影响其正常使用。为改变这一情况，需要在制动器增加一套强制冷却系统，以降低车辆制动器的温度[2-3]。

1) 图1为井下车辆增加驱动桥冷却系统后的液压原理图，此系统主要由桥冷油箱、冷却泵、桥冷单向阀、驱动桥、温度控制阀、气控换向阀、散热器组成。当车辆运行时，冷却泵将桥冷油箱的液压油提供给桥的各个制动器，为了限定桥内冷却腔的最大油压，设置了桥冷单向阀，此阀的开启压力为0.7 MPa，避免因冷却油压力过大而损坏密封。当冷却系统设计时，考虑到车辆使用的工况不同，外部环境不同，制动器的发热情况也不同，进而增加了温度控制阀，当制动器温度不高时，温度控制阀及气控换向阀不动作，驱动桥制动器出口的油液经气控换向阀直接流回油箱；当制动器的温度升高到设定温度时，温度控制阀动作，高压气源进入气控换向阀的控制腔，使其换向，此时驱动桥制动器出口的油液经气控换向阀后，通过散热器散热后，回油箱，达到冷却制动器的目的，这样便实现了冷却系统根据使用工况、环境及车辆运行时间，自动对制动器进行冷却[4-5]。