湿式制动器在防爆胶轮车中的应用分析

刘亮

摘要：压制动系统与湿式制动器在煤矿井下防爆胶轮车的使用已经越来越广泛，二者匹配的优劣对整车的制动安全性、操作舒适性都有着重要的影响。适用于矿用胶轮车多功能湿式制动器的液压系统，双路充液阀将行车制动和驻车制动相互独立，双路制动阀将前桥后桥相互独立，且驻车制动和紧急制动为失压制动，使制动系统更加安全可靠，通过计算对各个液压元件进行选型，用 AMESim 仿真和试验相结合的方式对选型结果进行验证，验证选型合理。

关键词：矿用胶轮车；湿式制动器；液压系统；行车制动

防爆无轨胶轮车有较强的爬坡能力、灵活快捷的转向及操作，经常被应用在矿井下的运输种。随着煤矿综采能力的提升，矿用胶轮车朝着高运行速度和高运载能力的方向迅速发展，同时也给制动系统的可靠性提出更高要求。传统的制动器防爆性能不好并且维护成本较高。湿式制动器的散热性和密封性都比较好，因此使用时间更长，基本不需要维护。湿式多盘制动器由80年代研发，主要在煤矿中得到广泛的应用。但是我对湿式制动系统的研究始终没有形成统一的标准，制动器的制动性能及其液压系统的好坏对制动系统的稳定性有着举足轻重的作用。

一、防爆胶轮车制动性能需求

按照 《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》规定，防爆胶轮车制动需要满足下列条件：静态制动力的最大值应大于胶轮车自身最大质量的 50％；水平硬质路面行驶中，胶轮车在 20 km/h 的初速度及额定荷载下，制动距离不能超过 8 m；胶轮车制动装置在行车、驻车中都要发挥作用，驻车制动在 1.5 倍额定荷载下，在最大爬坡度能够保持静止，不出现滑移。防爆胶轮车转向系统需要满足下列条件：转向杆不会轻易变动，车辆转向中全部车轮都以一个瞬时中心为中点旋转，不出现侧滑；转向传动结构同悬架在工作中不会出现相互干涉；传给方向盘反冲力达到最小。

二、矿用胶轮车湿式制动器液压系统工作原理

湿式制动器液压系统原理主要由双路制动阀，双路充液阀，蓄能器和手柄阀组成。液压系统的工作原理：液压泵给双路充液阀提供液压油，双路充液阀将得到的液压油不同的蓄能器充液，行车制动蓄能器分别为前桥和后桥制动器提供行车制动压力，驻车制动蓄能器向前后桥制动器驻车制动提供能量，每个蓄能器都会独立地给所在的回路提供压力。进行行车制动时，前后桥制动器分别获得各自回路上的蓄能器提供的压力。进行驻车制动时，由于手柄阀将制动器内高压腔体的油液释放，制动器内的弹簧恢复形变达到制动的目的；回路中的溢流阀主要是防止回路中出现压力过大的情况，将超压的油液引流回油箱；假如液压系统有故障，驻车制动会自动工作保证车辆安全。双路制动阀使前后桥分别进行独立工作，保证它们互不影响。因此和其他的液压系统相比，安全系数较高。

三、矿用胶轮车湿式制动器选型

1、蓄能器选型。在此胶轮车的制动系统中，前后桥制动器，前后桥分别有 1 个行车制动蓄能器给各自回路的 2 个制动器提供压力，已知该矿用胶轮车每个制动器高压腔的排量 V1 大约为 V1＝39 mL，所以每个蓄能器制动 1 次所需的液压油量 V0 大约为：

2、双路充液阀选型。在对蓄能器进行选型之后，可以对和其相配套的充液阀进行选择，以保证蓄能器的充放液保持一定范围内的平衡，满足使用的需要。在前人使用的基础上进行调研，选用 MICO 公司的双路充液阀，型号为 06-463-214，此双路充液阀上限额定充液压力为 8.3 MPa,下限额定充液压力为 6.4 MPa，额定上限和下限的充液压力公差为±0.35 MPa，充液速率为10 L/min。所以可以得出单个蓄能器工作时所排出的油液体积 V2：

3、双路制动阀选型。车辆正常行车时，制动器制动活塞不受油液的压力，开始进行行车制动时，所受的压力 pX 为：

通过比较，选择 MICO 公司的型号为06-466-234 的双路制动阀，其额定最大输入压力为 20.68MPa，最大额定制动压力设定值为 2.67 MPa，额定制动压力公差为±0.35 MPa。经过计算，活塞完全打开的压力为 2.4 MPa<2.67 MPa，在允许的额定压力范围内，所以满足设计要求。

4、其他元件选型。1）溢流阀选型。溢流阀的主要作用是进行稳压溢流和安全保护，分为直动式和先导式，直动式反应灵敏、成本低并且调节范围小。先导式反应灵敏度低，但是调节范围大。经过对比调研，直动式溢流阀可以满足本液压系统的使用要求，并且经过对比后选择上海维嘉液压气动元件有限公司的直动式溢流阀，型号为 D-T02-3-30，调压范围在 7～25MPa 之间，将溢流压力调定为 10 MPa。 2）过滤器选择。由于系统中的各个阀件对油液的精度有着较高的要求，因此在液压系统的出口处选取型号为 OUI-E63×10P 的过滤器。

四、液压系统动态仿真

1、蓄能器充液动态性能仿真。对蓄能器的充液动态性能进行仿真，先将 2 个蓄能器充满，然后每 5 s 制动 1 次，一共制动 3 次，观察蓄能器的压力变化。行车制动状态下蓄能器压力变化曲线图如图。

由图前后桥蓄能器的初始压力为 8.4 MPa，可以看出进行制动时，每制动 1 次蓄能器的压力减少约 0.9 MPa，第 3 次制动时蓄能器的压力减小到 6.4 MPa，达到蓄能器的额定下线充液压力，此时双路充液阀开始对前后桥的蓄能器进行充液，从而压力开始上升，到达初始压力后处于稳定的状态，并且 2 个蓄能器的状态基本处于同步，说明前后桥的制动时间基本同步，从而满足要求。

2、行车制动过程仿真。在行车过程中，前后桥制动器工作时是相互独立的，因此制动器工作时，安全起见，假如有其中 1路发生故障，另 1 路可以正常工作，2 路工作互不影响。假设在车辆行进的过程中，由于某些故障前桥的回路不能够提供高压油，对此工况下行车制动进行仿真分析，故障状态下双路制动阀出口压力曲线，在初始状态下，后桥双路制动阀的压力最大为 3.1 MPa，而前桥双路制动阀的出口一直没有压力，但是车辆仍可以正常制动，由此可知，双路制动阀的选型符合使用要求。

3、液压系统试验

（1）充液动态性能试验。将踏板力设置为 500 N，制动时间设置为 10s，制动次数为 10 次，返回时间为 1s，加力速度为 200N/s。蓄能器充液动态性能试验曲线变化，截取前 30s 进行分析，在制动未开始之前，蓄能器的压力为 8 MPa 以上，每隔 1s 进行 1 次制动，当开始第 1 次行车制动时，蓄能器的压力下降约 0.9MPa，之后蓄能器的压降稍微变小，可能是液压管路中有未排完的压力，直到蓄能器的压力减小到 6.1MPa 时，蓄能器重新进行充液，因而试验结果基本与仿真的结果基本一致，达到使用要求。

（2）行车制动过程试验。将踏板力设置为 500 N，制动时间设置为 1s，制动次数为 10 次，其余参数不变。对后桥行车制动过程进行试验, 后桥行车制动过程试验，此时试验没有前桥制动器参与，可以认为其发生故障，试验完成之后，截取前 6 s 的试验结果，从中看出，3 次行车制动的压力基本都在 3 MPa 左右，最大的压力 3.1 MPa，由此可以看出后桥制动器完全不受前桥制动器的影响，可以正常进行工作，试验结果与仿真结果基本一致，达到使用的要求。

适用于矿用胶轮车多功能湿式制动器的液压系统, 通过对湿式制动器的液压系统进行选型和仿真，最后再进行试验，并将结果进行对比，得出的计算分析及试验结果虽然稍有偏差，但是都在允许的范围之内，并且所得的压力都在矿用安全规程所规定的范围之内，证明液压系统选型合理。

参考文献：

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