铲运机应急转向系统的设计与应用

刘中亚

(青岛中鸿重型机械有限公司)

地下铲运机为矿山开采主要运输设备，工作在井下狭窄、潮湿、闷热、多尘的巷道[1]，具有效率高、机动性好、灵活等特点[2]。随着科技的发展，地下铲运机越来越先进，其液压转向系统从老式的机械拉杆式逐步演变为如今的液压先导、电液混合控制、遥控控制，设备更加现代化、智能化。尽管车辆在研发制造方面越来越先进高端，但是在使用生产过程中会因为外部恶劣的工况条件或者内部元器件的磨损锈蚀等因素而产生一些故障。设备故障一般出现于行车主干道、溜井旁边、采矿点等重要且危险的场所，如果设备短时间内无法修复，为了避免影响其他设备的正常生产和维修人员的人身安全，需要将故障设备牵引至维修站点维修。铲运机在现实的情况中，从设备损坏的位置牵引至维修站点的路途中有许多弯道，在没有应急转向系统的情况下，通过这些弯道是极其困难的。在这种情况下维修人员大都运用2台设备，一台置后牵引使用，一台置前协助转向。这种方法既费时又费力，还有一定的危险性，并且加大了因设备损坏造成的停产损失。

国内外绝大部分铲运机生产制造商将应急转向系统作为一个选装项，而且仅在原转向系统上外加一个单独的电动泵，当设备动力源出现问题时，手动按下应急转向按钮，此泵在直流电机的作用下运转，被当作临时动力源，此时操纵转向手柄可实现转向操作。假如非动力源故障，故障原因在转向系统控制元件上时，这个临时动力源就无效了。鉴于以上情况，地下装载机加装应急转向系统并对此系统进一步研究是很有必要的。

1 铲运机转向系统介绍

转向系统是地下铲运机最重要的系统之一，其功用是操纵铲运机的行驶方向，既要保证车辆直线行驶稳定性，又要保持车辆行驶灵活性[3]。目前国内外铲运机大多数是采用铰接式液压动力转向，其机架由前、后车架通过铰接销联接而成，它可以在水平面做相对转动，又可以在垂直平面做相对移动[4]。在液压缸的推动下，前车架与后机架通过中央铰接发生相对转动，此种转向优点是转弯半径小，通过性强，比较适宜井下的巷道环境；在转向过程中，车轮与机架之间没有发生相对转动，而且轮胎一般均为宽大厚重，增强了与地面的附着力；前、后车架通过中央铰接有一定的相对滑动间隙，轮胎在通过不平路面时，增加了车辆的通过性能，并减少了车架之间的扭转应力。对于采用铰接式转向的地下铲运机，若斗容大于2 m3，一般采用双缸转向；小型的一般采用单缸转向[5]。

2 FL06A型铲运机液压转向系统原理

故障牵引转向系统可适用于所有的地下铲运机车辆，选取青岛中鸿重型机械公司生产的FL06A型铲运机为研究模型。FL06A型地下铲运机是吸收了sandvik和atlas铲运机的先进技术并加以自主创新而研发的操作简便，采矿安全、高效的新机型。该铲运机是一种以柴油机为动力、液力机械传动、四轮驱动的井下无轨设备，可以实现装载、搬运、卸载矿岩工作。整机长约9 000 mm，宽1 900 mm，最小转弯半径为2 000 mm，最大转向角为42°，从最左端转至最右端最快4 s，通过左右对称布置的液压缸进行转向，采用单独的齿轮泵供油，由液压先导手柄控制换向阀进行转向。

图1为FL06A型铲运机转向液压系统。转向工作泵安装在液力变矩器上，它从液压油箱吸入液压油进入转向阀，在系统无需转向的情况下与工作系统进行合流，避免能量浪费。在转向工作泵工作的同时，制动泵从液压油箱吸油进入充液阀，优先给制动系统进行充液，当制动蓄能器内的压力升高至大于冲压阀内部限定的充液压力时，充液阀芯逐渐右移，此时分成两路，一路继续监测制动系统压力，一旦制动系统压力低于设定下限，将立刻进行充液；另一路进入先导溢流阀，当油压未高于3.5 MPa时，向先导蓄能器充压，当它高于3.5 MPa时，则通过溢流去往制动桥，对前、后对桥内的制动器进行强制冲洗冷却，先导溢流阀保障了转向控制手柄有足够的操控压力。当车辆在运转转向过程中，关闭驾驶室门后安全阀打开，此时液压先导蓄能器内的液压油通过安全阀进入转向控制手柄，假如向前拨动转向控制手柄，先导压力油进入转向阀的主阀芯上端，在压力的作用下阀芯下移，此时转向工作泵中的油通过阀芯上位进入转向油缸，与此同时，去往工作系统的合流被断开，铲运机的左转向与右转向原理类似，只是控制手柄的拨动方向不同导致换向阀芯的移动方向发生改变。FL06铲运机转向系统不含应急转向系统，而转向液压缸在换向阀没有动作的情况下具有闭锁现象，在不拆解通往转向油缸的管路情况下，通过外力强制拨动不可能实现转向，因此，设备在出现故障需要牵引转弯时十分困难。

3 应急转向系统设计

在图1的系统基础上对转向系统做出改动：将图1中的先导蓄能器3改为先导充液阀3A；加装应急转向泵15、电磁换向阀16、电磁换向阀17、单向阀18、溢流阀19。应急转向系统设计见图2。

当车辆动力源故障无法正常工作时，需要对设备进行牵引处理，将铲运机钥匙开关旋至上电位，按下位于驾驶室内的应急转向泵按钮，应急转向泵在直流电机的带动下从液压油箱吸油经过单向阀18进入先导充液阀3A，优先向先导蓄能器充液，当先导蓄能器内部压力升高超过4.5 MPa时，再通过先导充液阀内部的溢流阀进入转向阀内，此时推动转向控制手柄控制转向阀芯换向，油液进入转向油缸实现转向功能。

当动力源正常，只有转向系统出现故障时，按下位于驾驶室内的电磁换向阀按钮，电磁换向阀16得电打开，电磁换向阀17得电关闭，控制翻斗油缸的控制手柄可实现转向功能，此时翻斗功能失效，推动翻斗手柄车辆的液压转向功能与2章节所介绍转向原理类似。

图1 FL06A型铲运机转向液压系统组成

图2 应急转向系统设计

加装应急转向系统后，仅需一台铲运机作为牵引机即可，不需要拆解油缸上关联管路，避免了油液的浪费，同时也可快速通过弯道。应急转向系统对于铲运机故障快速判断起到极大的促进作用。当设备无法转向时,启用应急转向功能,按下电动泵情况下,假如设备可以转向,则直观地判断出故障点出现在转向泵,如果还无法转向,按下电磁换向阀按钮,此时设备如果正常转向,则故障出现在转向控制手柄或者换向阀内,如果还无法转向，则故障出现在转向油缸内部。通过这种方法,省去了利用液压仪表检测各处压力,然后根据各点压力逐个排查的繁琐过程,节省了故障排查时间,提高了维修效率。

4 应急转向系统的应用效果

选取2台FL06A型铲运机做对比试验，一台加装应急转向系统，一台不加装此系统，模拟2台设备发生故障被牵引，在相同数量的弯道牵引，加装应急转向系统的铲运机牵引效率可提高90%以上。同时将2台铲运机上相同侧转向缸活塞拆掉，随机挑选2名维修人员，分别对2台设备故障点进行检测，加装应急转向系统的设备仅用5 min锁定故障点，相比按部就班逐个节点测量压力再根据参数判断故障点，效率明显提高。

5 结 语

应急转向系统能够及时快速地将设备从危险环境中撤出，极大地保障了驾驶人员与维修人员的安全，便于候补设备继续开采，降低矿方因设备故障产生的损失。牵引快速通过弯道，节约了大量时间、人力、物力成本，提高维修人员工作效率，减轻维修人员工作负担，同时降低了铲运机的维修费用。因此，应急转向系统的开发对于地下铲运机，无论从生产层面还是维修层面来说都是极有必要的，普适性强，应用前景广阔。