煤矿井下多用途窄体式无轨胶轮平台_陈逢雷.pdf

第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 煤矿井下多用途窄体式无轨胶轮平台 陈逢雷 （中煤科工集团西安研究院有限公司， 陕西 西安 710077） 摘要 研究了一种适合矿井下使用的多用途无轨胶轮平台及其液压系统。设计了专用整体车 架， 其他部件均通过螺栓与车架连接， 易于后期维护； 针对矿井下工况需求和特点分析， 研究开 发了适用的全液压系统； 通过对工况和液压驱动系统分析， 提出适合胶轮车的全液压制动方案。 完成组装调试后， 在地面进行了模拟测试， 结果表明 该设备机动性强， 最大宽度 1.5 m， 最大行 走速度 20 km/h， 转向灵活， 制动安全， 可在货台上安装钻探或掘锚类设备完成相应施工工作， 也 可安装货箱进行物料的搬运。 关键词 矿井辅助运输； 无轨胶轮车； 窄体式； 高载体比； 全液压制动 中图分类号 TD525文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 03-0104-03 Multi-purpose and Narrow-body Trackless Rubber Wheel Plat in Coal Mine CHEN Fenglei （China Coal Technology trackless vehicle; narrow-body; high carrier ratio; full hydraulic braking 无轨辅助运输设备在国内发展得比较晚，直到 20 世纪 90 年代初才开始引进无轨胶轮辅助运输设 备[1-4]， 在此基础上， 一些科研所和大型矿区通过强 强联合，开发出了更适合国内矿井的辅助运输设 备， 不仅生产周期短， 而且价格相对低廉[5-6]。经过几 十年的发展，以神东矿区为代表的大型矿区，已经 广泛使用无轨胶轮式辅助运输设备，实现了人、 物 料、 液压支架、 采煤机和钻机的快速转运， 极大地提 高了矿井运输效率。对无轨胶轮设备而言，地面运 输一般要求很低，除了对速度的要求外，其他不予 考虑，主要考虑煤矿井下运输，随着国内煤矿矿井 规模的扩大和开采距离的延伸，希望设备能无限接 近工作面，尤其是一些自身质量比较大的设备， 有 的甚至需要在带式输送机巷道内使用，在这种情况 下，现有运输设备的缺点就凸显出来，这就对无轨 胶轮设备提出了更高的要求[7-8]。 目前市面上主要的无轨胶轮设备，承载能力达 到 10 000 kg 的其宽度都在 1.8 m 以上，而宽度在 DOI10.13347/ki.mkaq.2020.03.022 陈逢雷.煤矿井下多用途窄体式无轨胶轮平台 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （3） 104-106， 110. CHEN Fenglei. Multi-Purpose and Narrow-body Trackless Rubber Wheel Plat in Coal Mine ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （3） 104-106, 110. 基金项目 中煤科工集团西安研究院有限公司自筹基金资助项目 （2015XAYZD03） 移动扫码阅读 104 ChaoXing Vol.51No.3 Mar. 2020 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 1.5 m 以下的， 承载能力只能到 3 000 kg。针对现有 胶轮设备在宽度和承载能力等方面存在的局限性， 提出多用途窄体式无轨胶轮平台的方案，可根据需 要在平台上布置钻探和掘锚类工作装置，也可安装 货斗， 实现一机多用的目的。 1总体设计 运输平台由一体式机架、 动力单元、 支腿及轮边 驱动单元等组成， 额定载质量 8 000 kg。 动力源为防 爆柴油发动机带动泵集成在动力舱内[9-10]。 主要参数 为 ①长宽高5.95 m1.5 m2.2 m； ②自重 6 000 kg； ③载重8 000 kg； ④最大行驶速度 15 km/h； ⑤ 最大爬坡度 15； ⑥最小转弯半径 7 m。 1） 机架结构。机架由 2 根主梁和若干根横梁组 成，其余各个部件均通过高强度螺栓与主梁连接， 具有良好的稳定性和承载性， 机架结构如图 1。 2） 动力单元和驾驶舱。动力单元和驾驶舱布置 在机架前方， 包括防爆柴油机、 液压泵、 燃油箱、 补 水箱、水洗箱和冷却器等。驾驶舱内部集成了操作 模块和辅助倒车影像视频和雷达。 3） 支腿结构。运输平台车体左右安装了 4 个液 压支腿，主要由内外支撑套和液压油缸组成，外套 与机架连接， 油缸分别与内外套连接， 支腿可由平台 自身液压油路和外部油源分别完成支护，可提高上 装设备工作的稳定性和平台行走的通过性能，亦可 增加可维护性。 2液压控制系统 根据使用特点及巷道内的要求，由于单体载质 量大， 并且需要具备重载工况下的微动行驶功能， 对 低速时的稳定性要求很高，所以平台采用了液压控 制系统， 主要由驱动控制系统、 转向控制系统、 支腿 控制系统和制动控制系统等组成，不需要额外牵引 设备即可自行完成前进、 后退和转向等动作， 驱动控 制系统采用闭式液压回路, 远程比例控制；其他控 制系统采用开式液压回路, 恒功率负荷传感远程 比例控制[11-12]。 2.1驱动控制系统 平台的驱动控制系统采用由外部油源控制换向 的 DA 比例变量泵具有可变排量的低速大扭矩马 达配置方案， 驱动液压系统原理如图 2， 通过泵的变 量改变主油路中的流量和方向，实现车辆的变速与 换向, 并且闭式液压系统具有功率密度高、布局方 便、 过载保护能力强和控制方式灵活等特点[13]。 由液压泵和马达并联形成回路，有效解决了差 速、防滑和功率匹配等问题。当转弯或者路况改变 时， 系统可自动分配流量， 避免轮组的滑动； 当路面 附着力差出现轮组打滑时，可由远控的阀组强制分 流， 保证设备的通过性； 当负载突然增大而引起功率 接近发动机输出时，液压泵排量可随发动机转速降 低而减小， 防止发动机熄火， 达到功率匹配的目的。 图 1机架结构图 Fig.1The frame structure 图 2驱动液压系统原理 Fig.2The principle of driving hydraulic system 105 ChaoXing 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 图 3转向系统和工作装置系统共泵组合油路 Fig.3The principle of steering and working system 2.2转向控制系统 转向机构主要包括液压泵、 液压单路稳流阀、 液 压比例转向器、安全阀块及液压缸等。液压转向系 统具有重量轻、 结构紧凑、 可控性好、 功率密度大、 能缓和地面冲击和动作迅速而平稳等优点。 从平台结构和经济适用性方面考虑，采用组合 式液压转向系统，即将工作装置液压系统和液压转 向系统通过优先分流阀连接起来组成一个新的液压 系统。它的主要优点是可获得接近于最完善的转向 性能，并同时满足工作装置性能的需要。转向系统 和工作装置系统共泵组合油路如图 3，工作装置油 路与稳固系统或者冷却系统等相连。 2.3制动控制系统 在巷道内部运行的设备，具有一套安全有效的 制动系统非常重要，所以运输平台的制动系统主要 包括驻车制动、 紧急制动和行车制动。 驻车制动由安装在液压马达中的湿式多盘制动 器完成，车辆行驶时，压力油克服弹簧力使制动器 开启；车辆停止时，制动器泄压，在弹簧力的作用 下，实现驻车制动；同时，液压系统的响应时间加 长，使得打开减速机驻车制动器的压力不稳定， 减 速机内的刹车片过度磨耗，减短了使用寿命。为了 解决上述问题，在驻车制动管路上增加蓄能器， 作 为驻车制动系统辅助动力源。在巷道内行使时， 周 围环境比较潮湿， 光线黑暗， 在碰到紧急情况， 需要 立刻停车时，驾驶员可以按下驾驶室内的红色按 钮， 关闭发动机， 实现车辆的紧急制动， 紧急制动与 驻车制动共用制动器。 行车制动由闭式液压系统和行车制动器共同组 成， 车辆运行过程中， 主要利用闭式系统来实现， 在 变量泵的排量逐渐降低直到 0 的过程中，系统的循 环流量也随之降低，此时液压泵中的高压溢流阀起 作用， 产生液压阻尼的作用， 实现车辆的制动。与此 同时， 驾驶员踩下行车制动踏板， 使湿式制动器起作 用， 两者共同实现行车制动， 工作时， 压力油通过制 动踏板进入制动油腔，推动活塞将摩擦片压紧实现 制动，当驾驶员松开制动踏板时，压力油通过脚踏 板流回油箱卸压， 卸压后， 回位弹簧将摩擦片弹回。 3运输平台试验 在试验中使用等量的物体放置在平台上进行测 试， 利用测试仪器测试系统压力,主要参数如下 ① 最大行驶速度 20 km/h； ②最大爬坡度 15； ③最小 转弯半径 6.8 m； ④最小离地间隙 200 mm； ⑤平地 行走压力 12.8 MPa； ⑥爬坡行走压力 32.6 MPa； ⑦ 转向压力 8.6 MPa； ⑧行车制动最大压力 10.8 MPa。 结果表明运输平台转向灵活， 制动安全， 可在货台 上安装钻探或掘锚类设备完成相应施工工作，也可 安装货箱进行物料的搬运。 4结语 无轨胶轮平台是针对煤矿井下巷道需求而研制 的途窄体式运输平台， 采用整体式设计思路， 具有较 高的载体比，满足特殊使用环境下的要求。设计了 一体式机架和专用的液压控制系统，利用防爆柴油 机作为动力源，满足了煤矿井下特殊工作环境下对 机动性、 灵活性和通过性等要求。 参考文献 ［1］ 赵晓珂.浅谈矿井辅助运输 ［J］ .科技信息， 2011 （18） 759. ［2］ 凌建斌.煤矿井下无轨辅助运输的适应性分析 ［J］ .科 技情报开发与经济， 2008 （14） 202-203. ［3］ 李剑峰.煤矿液压支架搬运车状况研究 ［J］ .煤矿机械， 2011， 32 （6） 211. ［4］ 赵保元， 任强， 黄自强， 等.浅谈煤矿井下无轨运输的 应用和发展 ［J］ .煤， 2007 （3） 33-34. ［5］ 朱建军， 李云海.我国煤矿辅助运输设备的发展趋势 ［J］ .煤矿机械， 2000 （1） 1-3. ［6］ 樊运平， 李春英.TY100FB 采煤机搬运车的设计 ［J］ .煤 炭科学技术， 2005， 33 （1） 33-35. ［7］ 赵静一.大型自行式液压载重车 ［M］ .北京 化学工业 出版社. （下转第 110 页） 106 ChaoXing 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 ［8］ 倪兴华.安全高效矿井辅助运输关键技术研究与应用 ［J］ .煤炭学报， 2010， 35 （11） 1909-1915. ［9］ 赵静一， 李侃.重型平板车发展现状与趋势 ［J］ .东北大 学学报， 2008， 29 （S2） 258-261. ［10］ Zhao Jingyi, Wang Zhiyong. 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