煤矿用无轨胶轮车液力缓速系统

杨 勇，马祥宁

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，宁夏银川 750002）

0 引言

随着国家能源宁夏煤业有限公司各主力矿井开拓深度的不断增加，辅助运输系统呈现了坡度大、运距长的特点，其中红柳煤矿最大坡道达到16°、羊场湾煤矿更为恶劣，不仅坡度大，而且单程运距达到15 km。无轨胶轮车在下井运送材料时频繁制动，一方面造成制动器内摩擦片早期磨损，另一方面下长坡连续制动会导致制动器温升过高造成摩擦片热衰退甚至制动失灵。

早在2012年颁布的GB 7258—2012《机动车运行安全技术条件》规定了总质量≥12 t的货车或专项作业车应装备缓速器或其他辅助制动装置。

煤矿常用的5 t材料车满载质量约为14 t、8 t材料车约为18 t，井下巷道路面行驶工况的恶劣和复杂程度较地面公路要严重很多，所以为了保证煤矿井下无轨运输的安全运行，为无轨胶轮车设计液力缓速系统作为辅助制动装置很有必要。

1 液力缓速器的原理和优点

液力缓速器的原理如图1所示，它只有两个工作轮（动轮和定轮）而且工作轮中的叶片是平面径向的，它本质上是工作在i=0工况的偶合器（偶合器的两个工作轮称为泵轮和涡轮），输入的功率全部被偶合器吸收，变为工作液体的热能，在这个过程中无机械的摩擦和磨损[1]。液力缓速器在结构上，动轮和传动系统的运动部件联结，定轮固定于壳体并安装在变速箱或者胶轮车的机架上。

液力缓速器是通过改变工作腔油液压力和容积来实现制动的。车辆正常行驶时，工作腔内没有油液，由于动轮和定轮彼此不接触，所以没有制动扭矩，需要实施缓速制动时，通过压缩空气将油液充入工作腔，由于定轮是固定的，动轮叶片旋转推动油液产生的动能将以油液摩擦的形式转变为热能，表现为油液的温升，制动扭矩则是油液反作用于动轮而产生，制动扭矩的大小取决于充入工作腔的油液的压力和容积。

采用液力缓速的方式实施制动有以下优点：

（1）提高安全性：下坡时采用液力缓速制动，减轻了工作制动负担，提高了车辆行驶安全性。

（2）提高运输效率：下坡时液力缓速制动力和下滑力平衡，无轨胶轮车可以以更高的车速下坡，提高运输效率。

图1 液力缓速器原理

（3）提高舒适性：采用液力缓速器后，大幅减少了制动踏板的操作频次，减轻了驾驶员驾驶操作强度，同时由于是柔性制动，减少了惯性冲击，提高了车辆的舒适性。

2 无轨胶轮车的液力缓速系统

无轨胶轮车液力缓速系统要在符合《煤矿安全规程》的前提下设计符合煤矿井下车辆运行工况的辅助制动装置，液力缓速系统原理如图2所示。

2.1 液力缓速器的布置

不同的车型缓速器布置形式有所区别，可以采用并联式，也可以采用串联式。本文所涉及的5 t材料车采用串联式布置，将缓速器布置在后机架传动轴过桥位置，通过传动轴分别连接变速箱输出和驱动桥输入。

为了保证冷却循环水路的可靠运行，水路不经过铰接转向的机架，而是将液力缓速器的换热器与缓速器本体分离，安装于前机架内部，这样水路的循环变短而且不易被磨损。

2.2 液力缓速器的控制

图2 液力缓速系统原理

液力缓速器是通过气压来改变工作腔油液压力和容积来实现制动的，比例减压阀可以连续的控制输出压力。当无轨车连续下坡时，通过比例减压阀来控制缓速器的制动力，实现匀速平稳下坡。气压控制也可以做成挡位调节式，通过不同的挡位（每个挡位有不同的输出气压，每个气压对应相应的制动力），每个挡位的气压输出通过气压调节阀来设定，这种控制方式适合路线固定的工况。

2.3 液力缓速器的冷却

液力缓速器将制动产生的热能通过油液传递到换热器，转换为冷却水路的热量。这个高温水要通过散热器来冷却，由于散热功率较大，所以串联接入柴油机的散热系统，保证最大能力的散热。

为此需要将柴油机内置的节温器拿掉并堵死，用外置节温器来控制水循环，接法如图2所示。刚启车时，节温器处在小循环位置，水循环为：水泵→柴油机缸体→换热器→节温器→水泵，随着柴油机温度迅速上升，节温器打开，水循环为：水泵→柴油机缸体→换热器→节温器→散热器→水泵，图2中节温器位置即为大循环。

3 液力缓速器的扭矩特性匹配设计

液力缓速器的制动扭矩特性是根据无轨胶轮车的运行工况需要来进行设计的，5 t材料车缓速制动工况为下坡满载，此时缓速器的平衡扭矩为：

为了保证设计目标和使用可靠性，缓速器的最大扭矩可以留有20%以上的余量，这样其设计最大扭矩应≥950 N·m，匹配后的特性曲线如图3所示。

4 无轨胶轮车液力缓速器装车应用

配备缓速系统的整车布置如图4所示，液力缓速器采用串联式布置，安装于后机架过桥位置，在变速箱输出轴和驱动桥输入轴之间。这样做的好处是，缓速器作为独立部件替代原车过桥支撑，有效利用车架内部空间。为了保证柴油机水循环的可靠运行，将换热器布置在柴油机附近，这样一方面缩短了水管的长度，另一方面避免水管通过铰接造成破损。

缓速系统的控制采用了多挡式气压控制的方式，这样控制系统较为简单，根据不同的坡道来调整挡位，气压调节式通过压力调节阀控制。

实车装车照片如图5和图6所示。

图3 液力缓速器扭矩特性曲线

图4 整车布置

图5 液力缓速器装车照片1

图6 液力缓速器装车照片2

5 应用效果

目前该液力缓速系统试验成功后实现批量装车100多台套，在宁夏煤业各主力矿井投放使用超过6个月，对制动系统改善明显，之前摩擦片不到3个月就要更换、制动器因高温经常漏油或热衰退，配备液力缓速器后，经查验摩擦片基本无磨损，制动器未出现之前常见的漏油和热衰退现象。

液力缓速器的成功批量运用表明，对于坡度大、距离长的辅助运输工况，用液力缓速器为车辆提供辅助制动，大大降低了工作制动的使用频率，从根本上解决了制动器过早磨损和热衰退问题，保证了车辆安全可靠行驶。