防爆胶轮车挡风玻璃气动刮雨器的研制

李智伟

(山西天地煤机装备有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

防爆胶轮车在井下运行过程中经常过雨帘，前挡风玻璃上会滴落水珠形成水雾。同时，防爆胶轮车在行驶过程中挡风玻璃上会聚集尘土、浮煤等杂物，需要用刮雨器进行清理，避免影响驾驶员的视线。再者，当防爆胶轮车从井上开往井下或从井下开往井上时，会由于环境的变化而导致温度突变，驾驶室挡风玻璃上极易形成水雾，严重影响司机的视线，造成安全隐患。因此，必须安装挡风玻璃刮雨器，以确保防爆车辆的安全运行。

1 防爆胶轮车刮雨器的种类

按照控制方式的不同，井下防爆胶轮车前挡风玻璃刮雨器主要有电动刮雨器和气动刮雨器两种。

电动刮雨器主要由雨刮电动机驱动。由于防爆胶轮车使用环境的特殊性，雨刮电动机必须进行防爆设计。刮雨器的左右刮水刷片由刮水刷臂压靠在挡风玻璃外表面上，防爆电动机驱动减速机构旋转，并通过驱动杆系做往复运动，带动刮水臂和刮水片总成左右摆动，刮刷清理挡风玻璃[1-2]。

由于防爆胶轮车雨刮电动机安装空间的限制，其外形尺寸受到影响，制约了其功率的提升；同时，在经过防爆处理后，功率有所损耗，输出转矩相应减小，造成雨刮电动机在使用过程中出现故障的概率增大，主要表现为防爆雨刮电动机烧损，从而影响了防爆胶轮车的正常使用。

气动刮雨器克服了防爆雨刮电动机的缺点，具有驱动扭矩大、动力源取之简单、能实现无极调速等优点，大大降低了防爆胶轮车的故障率，使用方便可靠，可推广使用。

2 气动刮雨器的结构及控制原理

2.1 气动刮雨器的结构

气动刮雨器由换向阀和刮雨器缸体组成，如图1所示。

1-刮雨器缸体; 2-换向阀。

换向阀阀芯可以在阀体内左右移动，通过内部通道接通刮雨器缸体内左右活塞的动作，驱动刮雨器左右摆动。

刮雨器缸体的结构如图2所示。主要包括齿轮轴、活塞、阀体、端盖、齿条、导向套、缓冲垫、轴承、密封圈等。

1-扳手; 2-轴承; 3-端盖; 4-Y形密封圈; 5-活塞; 6-螺钉;7-缓冲橡皮垫; 8-内齿条; 9-阀体; 10-衬套; 11-尼龙衬套;12-齿轮轴; 13-导向套; 14-O形密封圈; 15-圆柱销;16-盖形螺母; 17-弹簧垫圈; 18-垫圈。

内齿条通过螺钉与导向套和活塞连接，活塞上装有Y形密封圈，保证密封性。两端端盖与阀体连接，并通过O形密封圈密封。端盖上同时装有缓冲橡皮垫，起到缓冲作用，避免出现雨刷杆撞击刷片的现象[2]。齿轮轴在阀体两端安装有轴承。在刮雨器的后端装有扳手，是为了防止气控回路出现故障时能够手动控制齿轮轴，进而控制雨刷杆动作。

2.2 气动刮雨器的控制原理

气动刮雨器的控制回路包括了气源装置、回位调速阀、气动刮雨器及气动管路等，如图3所示。

1-储气罐; 2-防水开关; 3-安全阀; 4-回位调速阀; 5-节流阀; 6-换向阀; 7-停位阀; 8-雨刮缸体; 9-齿条; 10-齿轮轴。

在初始状态下，回位调速阀处于1位，气源P同时到达调速阀的P1口和换向阀的P2口，P1口是不通的，P2口与B2口通，经管路进入主阀体的B腔，推动齿条运动，此时雨刷片处于设定的初始位置。当工作时，拉动回位调速阀的阀杆，该阀换向到2位，P1口与A1口通，压缩空气经过A1到达停位阀的K1口，使停位阀换向到6位，B腔内的压缩气体经过P3口与K2口通，使换向阀换向到4位，压缩空气经过P2、A2口进入主阀体的A腔。推动齿条运动，齿条带动齿轮旋转，齿轮轴与摇臂相连，摇臂摆动，经连杆机构带动雨刷片摆动。当齿条运动到设定位置时，压缩气体经阀体内部通道进入K3口，使换向阀换向到3位。这样重复进行，在齿条设定的行程内，达到齿轮轴的设定旋转角度，从而使雨刷片在一定的范围内运动。运动快慢可通过回位调速阀上的节流阀实现[3-4]。节流阀调节排气量的大小,从而控制齿条运动速度，从而实现雨刷杆的摆动快慢[5]。

3 气动刮雨器的推广应用

气动刮雨器开发成功后，通过对各类车型挡风玻璃具体尺寸及刮刷范围的计算，开发了系列产品，涵盖了现在所有防爆胶轮车前驾驶室挡风玻璃的气动刮雨器规格。在使用电动刮雨器的防爆车辆上可以方便地进行升级更换，将原车的防爆电动机直接更换为相应规格的气动刮雨器，其连杆系及刷臂、刷片都不需更换。将原刮雨器防爆电动机主令开关去掉，增加回位调速阀，维修更换方便。使用气动刮雨器后，具有如下优势：由于气动产品本身就是防爆元件，无需进行防爆处理；气动刮雨器体积小，安装方便；气动刮雨器输出力矩大，不易损坏；气动刮雨器可在一定范围内无极调速。

经过升级后的防爆胶轮车，缩短了车辆维修时间，增加了车辆使用率，大大节约了制造成本和维护成本，得到了企业用户和操作人员的充分肯定。

4 结语

1) 开发了适用于各种防爆车辆车型的气动刮雨器，并在现有防爆胶轮车上已全部推广使用。

2) 在降低生产及维修成本的同时，增加了防爆胶轮车的亮点。提高了驾驶人员的安全性及驾驶舒适性，大大降低了防爆胶轮车的故障率。

3) 输出扭矩大，操纵简单，可实现无极调速。