2. 6 220t电传动矿用自卸车全液压制动系统
220t矿用自卸车作业效率高,运营成本低,具有中小型设备无法比拟的优势,广泛应用于大型露天矿山。220t矿用自卸车自重达170t,满载后的总质量达到390t,而且其行走速度也达到48km/h,这就要求自卸车必须具有非常可靠的制动。
(1)制动工况分析
矿用自卸车有机械传动和电传动两种方式,电传动是通过驱动电动机经行星减速器减速后驱动后轮,电动机直接安装在后桥内。因此,国内外大型电传动矿用自卸车普遍采用前轮为轮速制动,后轮为枢速制动(制动器装在电动机的轴上),制动器一般采用全液压钳盘式制动器或者湿式制动器。
湿式制动器需要专门的冷却油路,而钳盘式制动器可以风冷,后制动器由于安装在后桥内,不利于散热,因而需要强制冷却,以防止制动器因温度过高而失效。考虑到电动机也需要冷却,本系统前后制动器都采用钳盘式制动器,前制动为单盘(盘径160mm) 4钳,为防止后制动器过热而失效,后制动器采用双盘(盘径635mm)制动器,1钳/盘,停车制动器采用弹簧制动钳,安装在后制动器上。
由于后制动的输出力矩经过减速器(传动比为31.8)放大,后制动所需要的力矩较小,因而后制动最大压力为8MPa,流量只有30L/min、而前制动流量达到200L/min,压力高达13MPa。
(2)全液压制动系统方案
大型电传动自卸车一般具有工作制动、停车制动、紧急制动和制动锁定。工作制动为车辆行驶时的制动;停车制动用于车辆停止后固定住车辆,特别是当自卸车停在坡上时;制动锁定用于车辆装载或卸载时固定住车辆。为提高系统的可靠性,大型电传动自卸车一般都具有次级工作制动,保证系统在某制动部分故障时,仍可以安全停车。
①工作制动。采用双路制动系统,如图15所示,前后制动器各由一个蓄能器供油,以双路踏板阀15作为先导阀,控制继动阀18、21,实现工作制动。继动阀不但可以实现流量的放大,而且可实现多种压力转换(输出压力与控制压力的比例有多种可以选择),便于系统的设计和制动器的选择。另外,设置压力开关17来实现制动与推进互锁,同时控制刹车指示灯。
踏板阀15是一个压力随动阀,根据驾驶员踩下踏板行程的大小来控制阀口的开度,由于采用了压力反馈,脚踩的力决定了其输出压力的大小,而继动阀18、21可以实现制动器的压力与踏板阀15的开度,即输出压力成比例,即通过操纵踏板就可以决定制动压力,实现了操作人员的精确控制。
制动蓄能器有两个功能,一是存储用于转向蓄能器失灵时备用制动的能量;二是提高制动系统的响应速度。
②停车制动。停车制动采用弹簧制动器,制动力由弹簧施加液压解除,一般采用电磁阀或者手动换向阀控制,为便于布置元件,采用电磁阀控制,见图15。
为实现制动与推进的互锁,设置停车制动压力开关20,只有当压力开关20断开后,行驶才可以进行,当停车制动时,停车制动电磁阀19的线圈断电,停车制动器内油压降低,压力开关20闭合,行驶中断。停车制动电磁阀19由车辆钥匙开关和停车制动开关控制,而且只有钥匙开关置于 ON位置时,发动机运转后,停车制动开关才可起控制作用。当钥匙开关置于OFF位置时,电磁阀19断电。
停车制动开关置于ON位置时,停车制动电磁阀19断电,停车制动器接通油箱,在弹簧的作用下实现停车制动。为防止车辆未停止时停车制动器的施加,设置车轮电动机速度传感器,来检测自卸车的行驶速度,如果车速高于0. 5km/h时,停车制动器将不会施加。这样可以免除意外施加对停车制动器的损坏,并延长了制动器的调整间隔。
停车制动开关置于OFF位置时,停车制动电磁阀19通电,系统压力油进入停车制动器24,解除停车制动。
当系统供油压力低,停车制动开关置于OFF位置时,为防止停车制动器自动施加,停车制动油路内设置单向阀3.4,阻止停车制动器内的压力油流回供油油路,保持停车制动器处于解除位置,但是由于电磁阀19存在内泄漏,停车制动器内的油液会慢慢泄漏回油箱,并最终使停车制动施加。
③制动锁定。制动锁定只施加后制动器,有两种实现方式,一是直接锁定后制动器,二是锁定后继动阀,然后通过该阀锁定后制动器。由于间接锁定的方式只需要通径很小的阀就可以实现,而且容易布置,因此采用间接锁定的方式,见图15。由于后制动一般压力较低,为避免高压油损坏继动阀18,增设三通减压阀11,当继动阀18反馈压力较高时,该阀起溢流阀的作用。
按下制动锁定开关,制动锁定电磁阀12通电,系统压力油经过三通减压阀11减压后,压下继动阀18,后制动蓄能器油压经继动阀18进人后桥制动器,实现制动锁定。当踏板阀15故障时,它还提供一种辅助制动方式。
为提高系统的可靠性,本系统设置制动锁定压力开关17来检测锁定。当制动锁定开关置于ON位置时,如果制动锁定施加压力低于制动锁定压力开关17设定压力,制动压力低指示灯将点亮,蜂鸣器将打开。
为避免系统误报警,设置延时继电器,压力开关17闭合后,延时1-2s后,系统才报警。
④次级制动。次级制动系统的主要功能是在发生单独故障的情况下提供储备制动功能,次级系统就是故障后系统任何可工作的油路。因此,将系统分为多条油路,并带有各自的隔离单向阀、蓄能器和油路调节器,见图15。如果故障是双路踏板阀15卡滞,则制动锁定变为次级系统。如果两条制动油路中的任一条发生故障时,另外一条将变为次级系统。如果转向蓄能器4的油路出现故障,单向阀3.2、3.3可防止制动蓄能器13、 14内的压力油倒流,保证制动系统有足够的能量进行制动。在变量泵1和转向蓄能器4之间的油路上设置单向阀3.1,如果供油中断,可防止系统压力损失。
⑤自动紧急制动与制动压力低报警。通过梭阀6、制动压力开关7和只通顺序阀10实现,见图15。梭阀6获取前后两制动蓄能器13、14的较低压力,压力开关7设定系统报警压力,三通顺序阀10设定自动紧急制动压力。当梭阀6获取的压力低于制动压力开关7设定压力时,系统报警;如果这个压力继续降低,低于三通顺序阀10的设定压力时,顺序阀10复位,制动蓄能器的压力油进人梭阀9.1,压力较高的油液进人踏板阀15的控制腔,压下踏板阀,所有制动器加载,实现全面制动。
⑥紧急制动。紧急制动是车辆行驶时,遇到紧急情况下所进行的制动。在梭阀6和三通顺序阀10之间增设电磁阀8,该阀由紧急制动按钮控制。当按下紧急制动按钮时,电磁阀8动作,三通顺序阀10复位,压下踏板阀,实现所有制动器制动。
⑦系统压力低报警。当转向蓄能器4压力低于系统压力开关5设定值时,点亮转向压力低指示灯和制动压力低指示灯,制动压力低报警器报警。
(3)系统特点
本系统具有下列特点。
①系统分为多条油路,并带有各自的隔离单向阀、蓄能器和油路调节阀,并设置故障报警,保证行车的安全性和制动的可靠性。
②通过继动阀作为主阀,解决了前后制动流量、压力差别较大的问题,方便系统元的选型。
③通过采用MICO公司的带液控功能的双路踏板阀,很容易实现紧急制动。
④脚踏力与制动压力成正比,脚踏板感觉自然。
⑤阀3.2、 3.3、 3.4、 6、 8、 9.1、 10、 11、 12和19全部采用螺纹插装阀,结构更加紧凑,体积更小,安装方式简单,方便维修与更换。