矿用胶轮车全液压制动控制系统的模拟分析

祁 冀

（晋能控股煤业集团大斗沟煤业有限公司， 山西 大同 037001）

引言

矿用胶轮车属于井下煤矿运输中较重要的一种辅助运输设备，其他设备与相比，具有运输效率高、机动性能好、安全可靠等特点，有载人、工程类和运输三类胶轮车。胶轮车车辆制动的好坏主要依靠于制动器，而制动器是让车辆停止运动或有运动趋势的配置，是保证车辆安全行驶的重要来源。湿式制动器含有压缩弹簧、压盘、动静摩擦片、制动活塞及壳体等组成零件，在车辆制动进程中，以及油液的压力作用下，活塞被推向压盘，将产生的制动力借助于压盘传递给动静摩擦片，在许多动静摩擦片的相互摩擦作用下，快速降低车轮的速度，完成制动动作。与传统的干式制动器相比，湿式制动器在制动安全、制动效能及使用寿命上，都显示出明显的使用优势,可以保证胶轮车在恶劣的井下环境中行驶安全，从而减少安全事故的发生[1-4]。因此，本文主要对矿用胶轮车发动机启动、行车制动过程中的充液动态性能进行研究分析，进而提高胶轮车整个液压控制系统的工作性能。

1 胶轮车全液压制动控制系统的研究

对于胶轮车全液压控制系统，其工作流程是：依靠液压泵为整个系统提供液压油，经过液压泵加压的液压油，通过过滤器，传输给双路充液阀，并将液压油分为三路，一路向驻车制动蓄能器充液；另两路向行车制动蓄能器充液，如果出现三个管路中有一个管路的油压小于双路充液阀额定下限充液压力，将重新对其执行充液动作，而当上升至额定上限充液压力时，停止执行充液动作。因此，蓄能器是整个控制系统较关键的一个安全元件，其中行车制动蓄能器含前桥和后桥制动器，对于前、后桥制动蓄能器都拥有独立的制动回路，且每个回路依靠各自独立的蓄能器为其提供液压油；而双路充液阀不仅可以向蓄能器充液，也可以保持蓄能器的压力恒定，即保证在双路充液阀额定上限和下限中充液压力恒定。

本文设定系统充液前，驻车、前后桥行车三个蓄能器的压力分别是5 MPa、6.5 MPa 和7.5 MPa；双路充液阀额定上限、下限充液压力分别为8.3 MPa 和6.4 MPa，对启动发动机、行车制动过程中蓄能器的充液过程进行动态模拟分析。

1.1 发动机启动充液动作模拟分析

在充液过程中，对驻车制动、前后桥行车制动三个蓄能器的压力变化进行动态模拟分析，得到如图1所示的曲线图。

图1 三个制动蓄能器的压力动态变化曲线

从图1 可以看出，在胶轮车发动机刚启动时，双路充液阀只向驻车蓄能器执行充液动作，在驻车蓄能器达到6.5 MPa 的压力前提下，前桥行车蓄能器在充液阀模块作用下开始也执行充液动作；紧接着，在驻车制动和前桥行车制动蓄能器同时达到7.5 MPa的压力前提下，后桥行车蓄能器也开始执行充液动作，等到这三个制动蓄能器都达到8.3 MPa 的压力时，胶轮车液压控制系统停止充液动作，可满足设计使用要求。

1.2 行车制动蓄能器模拟分析

矿用胶轮车在正常行使时，其制动主要是依靠行车制动，且在实施制动时，制动蓄能器的压力不断变化，当出现两个蓄能器的压力小于双路充液阀额定下限充液压力的现象时，液压控制系统还存在充液动作，因此，对胶轮车行车制动中的蓄能器压力分析研究是很有必要的。

本研究是在两个行车制动蓄能器的初始压力都达到8.3 MPa，且在两个蓄能器都充满液压油的前提下，对胶轮车每5 s 进行踩双路制动阀踏板，连续三次执行行车制动，其过程压力变化曲线如图2 所示。同时，监测制动蓄能器的压力变化情况，得到如图3所示的曲线图。

图2 双路制动阀脚踏板压力变化曲线

图3 行车制动动作下两个蓄能器的压力动态变化曲线

从图2 和图3 可以看出，在胶轮车实施制动前，前桥行车和后桥行车两个蓄能器的压力都是8.3 MPa，通过两次踩双路制动阀脚踏板动作后，两个蓄能器的压力均减小约0.8 MPa，第三次实施动作后，压力减小至6.4 MPa，此种情况下，双路制动充液阀对这两个蓄能器又开始执行充液动作，其压力逐渐上升，达到压力为8.3 MPa 的稳定状态。在整个实施制动的过程中，两个蓄能器的压力大致同步变化，仅在刚开始踩下双路充液阀脚踏板时，后桥制动蓄能器相比于前桥蓄能器存在一个微小的波动变化，这是因为在双路制动阀的液压油推力作用下，前桥制动比后桥存在一个微小的延迟制动，这也满足双路制动阀的理论特征，符合要求。

1.3 充液过程中双路充液阀进出口压力分析

依据图3 可知，当出现两个蓄能器的压力小于双路充液阀额定下限充液压力的情况时，液压控制系统还伴随有充液动作，当达到双路充液阀额定上限充液压力的现象时，停止充液动作。为了更加深入地分析双路充液阀的性能，设定通过多次行车制动使发动机停止工作时，将双路充液阀的压力降为3MPa，开始启动发动机，并保证以匀速转速动作，得到充液动作中双路充液阀的进出油口压力变化情况，如图4 所示。

图4 双路充液阀充液时进出油口压力变化曲线

由图4 可以看出，当进油口、出油口的压力达到双路充液阀额定上限充液压力的现象时，液压系统停止充液，且在整个充液动作过程中，进油口、出油口压力相差约0.2 MPa，在双路充液阀的允许范围内，满足使用要求。

2 结论

为提高胶轮车整个液压制动控制系统的工作性能，本文主要对矿用胶轮车发动机启动、行车制动过程中充液动态性能进行研究分析，结论如下：胶轮车发动机启动时，双路充液阀最先对驻车制动蓄能器执行充夜动作，再对行车制动蓄能器执行充液动作，直至三个蓄能器的压力达到双路充液阀额定下限充液压力，停止执行充液动作。当胶轮车正行使时，双路充液阀主要是对行车制动蓄能器执行充液动作，而驻车制动蓄能器对行车制动的充液性能影响较小。