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      CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車液壓制動系統(tǒng)設(shè)計

      2014-09-03 10:58:29范湘生張學(xué)穩(wěn)
      有色設(shè)備 2014年1期
      關(guān)鍵詞:高氣壓制動閥鉆車

      范湘生, 卓 義, 張學(xué)穩(wěn)

      (安徽銅冠機械股份有限公司 技術(shù)中心,安徽 銅陵 244000)

      CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車液壓制動系統(tǒng)設(shè)計

      范湘生, 卓 義, 張學(xué)穩(wěn)

      (安徽銅冠機械股份有限公司 技術(shù)中心,安徽 銅陵 244000)

      CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車是井下新型潛孔鑿巖設(shè)備,主要用于非煤地下礦山及隧道、水利等巖土工程中進行全方位大直徑深孔鑿巖。本文詳細闡述其制動液壓系統(tǒng)工作原理及主要元件的參數(shù)計算方法。

      潛孔鉆車; 液壓制動系統(tǒng); 蓄能器; 濕式多盤制動器

      0 引言

      CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車是安徽銅冠機械股份有限公司跟蹤國外先進技術(shù),并根據(jù)我國礦山實際應(yīng)用環(huán)境和現(xiàn)場條件而研制的新型潛孔鑿巖設(shè)備。外形尺寸見圖1。

      1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)特點

      CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車是井下新型潛孔鑿巖設(shè)備,在原T-150高氣壓環(huán)形潛孔鉆機的基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品,底盤為液壓傳動,發(fā)動機帶動變量泵,變量泵與變量馬達組成閉式回路,馬達輸出軸連接前橋分動箱,分動箱將動力輸出給前、后橋帶動車輛行駛。前機架安裝工作機構(gòu)及其液壓系統(tǒng)的工作閥塊,后車架與副車架通過螺栓連接,副車架安裝發(fā)動機、風(fēng)水系統(tǒng)及卷纜裝置,后車架安裝駕駛室及電機等,后車架的橋帶擺動架以適應(yīng)凹凸不平的路面,前后機架通過鉸接方式連接[1];工作機構(gòu)主要負責(zé)鑿巖,動力源為電動機;該設(shè)備是T-150高氣壓環(huán)形潛孔鉆機的升級版,根據(jù)近幾年現(xiàn)場使用情況對工作機構(gòu)液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化,底盤液壓系統(tǒng)動力源由原來的電動機改為柴油機驅(qū)動,機動性更強。本文介紹了整體式液壓外力制動閥的工作原理及蓄能器、制動泵的選型。

      圖1 CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車外形圖 單位:mm

      2 液壓制動系統(tǒng)介紹

      底盤液壓制動系統(tǒng)原理圖如圖2所示:

      1.停車制動油缸 2.手制動閥(停車制動閥) 3.整體式液壓外力制動閥 4.制動泵 5.吸油過濾器 6.行車制動器 7.蓄能器 8.壓力繼電器圖2 底盤制動液壓系統(tǒng)原理圖

      CQ160鉆車選用美國德納公司5噸111剛性橋,該橋制動器為摩擦片為6片的濕式多盤制動器,該制動器制動方式有液壓制動和彈簧制動兩種制動方式,液壓制動為行車制動,彈簧制動為停車、緊急制動,前、后橋采用雙回路制動,雙回路系統(tǒng)更可靠,即使一個回路出現(xiàn)故障另一回路可以繼續(xù)工作,保證井下車輛行駛安全,其工作原理見圖2。液壓制動主要通過整體式液壓外力制動閥實現(xiàn)制動,整體式液壓外力制動閥共計8個外接油口,4個備選油口,其中P口接制動泵,3個S口給行車制動、停車、緊急制動蓄能器供油,該閥通過節(jié)流口以5 L/min的流量向蓄能器充液,蓄能器壓力一旦達到140 bar充液結(jié)束,通過N口到其它執(zhí)行器(如:轉(zhuǎn)向器等)或回油箱,當(dāng)蓄能器壓力比切斷壓力低18%時,蓄能器再次被充液,此閥采用單向閥可避免其它油路干擾,3個S口其中一個接手制動閥,實現(xiàn)恒定壓力制動,2個BR口接前、后橋液壓制動油口實現(xiàn)行車制動,行車過程中按照操作力的大小比例地調(diào)節(jié)制動壓力實現(xiàn)制動,制動結(jié)束后橋內(nèi)液壓油回油箱,2個DS口接停車、緊急制動壓力開關(guān)和液壓制動蓄能器壓力開關(guān),隨時監(jiān)測系統(tǒng)壓力是否正常,一旦不正常報警燈亮,保證行車安全。根據(jù)橋制動壓力和緊急情況行車制動次數(shù)要求,蓄能器壓力保持在12~14 MPa之間,橋單次制動需要的排量q=8 mL,緊急情況下蓄能器供油量保證N=7次的有效行車制動。所以蓄能器的有效容積是重要參數(shù),在設(shè)計中必須選擇正確[2]。

      3 制動液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算

      3.1 蓄能器容積的確定

      在制動過程中,車輛每制動一次,蓄能器釋放一定的油量,其內(nèi)部的油壓發(fā)生變化,氣體質(zhì)量不變,溫度不變,所以可用定量等溫氣體方程描述。由定量等溫方程得出[2]:

      當(dāng)充入油量V1時:

      P0V0=P1(V0-V1),V1=V0-P0V0/P1

      (1)

      當(dāng)充入油量V2時:

      P0V0=P2(V0-V2),V2=V0-P0V0/P2

      (2)

      全部制動油液量:

      Vx=V2-V1=(V0-P0V0/P2)-(V0-P0V0/P1)=(P0/P1-P0/P2)V0,得:

      V0=P1P2Vx/{P0(P2-P1)}=
      P1Vx/{P0(1-P1/P2)}

      (3)

      式中V0—蓄能器的容積,L;V1—最低壓力時充入蓄能器的油液量,L;V2—最高壓力時充入蓄能器的油液量,L;PO—充氣壓力,MPa;P1—最低工作壓力,MPa;P2—最高工作壓力,MPa;Vx—全部制動油液量,L,Vx=V2—V1;

      工作壓力范圍12~14 MPa,即P1=12 MPa,P2=14 MPa,制動次數(shù)按N=7次計算,每個制動器的排量q=8 mL,充氣壓力P0=8 MPa;

      計算得:Vx=0.224 L,V0=2.3 L,結(jié)合蓄能器的選型標(biāo)準(zhǔn),該制動系統(tǒng)選用3個1 L或2個1.6 L的蓄能器方可滿足要求。

      3.2 制動泵排量的確定

      制動泵的排量根據(jù)蓄能器的充液時間來確定。為安全起見,蓄能器的充液時間最長不得超過20s。蓄能器從無油到完全充滿油液所需的油液體積(蓄能器的工作過程為絕熱過程)按選用3個1L的蓄能器計算得Vx=1.7L,則系統(tǒng)制動泵流量為5.1L/min,考慮到發(fā)動機怠速900r/min,泵的容積效率為85%,故泵的排量為qb=5100/(0.85×900)=6.7mL/r,所以選擇齒輪泵的排量為10mL/r。

      4 結(jié)論

      在工業(yè)試驗中,CQ-160高氣壓環(huán)形潛孔鉆車的各項指標(biāo)均能達到或超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 460—2003《高氣壓環(huán)形潛孔鉆機》的要求,現(xiàn)在已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。

      [1] 張光裕.工程機械底盤構(gòu)造與設(shè)計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1986.

      [2] 雷天覺.液壓工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.

      Hydraulic Braking System Design of CQ-160 High Pressure Annular Hole Drill

      FAN Xiang-sheng, ZHUO Yi, ZHANG Xue-wen

      (Technology Center, Anhui Tong Guan Machinery Co., Ltd. Tongling 244000, China)

      CQ-160 high pressure annular hole drill is a new DTH downhole drilling equipment, mainly used for non-coal underground mines and tunnels, water conservancy and other geotechnical engineering for a full range of large diameter deep hole drilling. This paper describes the working principle of its hydraulic braking system and parameters calculated of major component.

      DTH Drill; hydraulic braking system; accumulators; wet multi-disc brakes

      2013-07-09

      范湘生(1962-),男,四川西充人,高級工程師,大學(xué)本科,主要從事礦山機械設(shè)計及制造的研究工作,現(xiàn)任安徽銅冠機械股份有限公司副總經(jīng)理。

      卓義(1982-),男,安徽泗縣人,工程師,大學(xué)本科,主要從事技術(shù)管理工作,現(xiàn)任安徽銅冠機械股份有限公司無軌研發(fā)室主任。

      TD41

      B

      1003-8884(2014)01-0051-03

      張學(xué)穩(wěn)(1986-),男,安徽靈璧人,助理工程師,大學(xué)本科,主要從事機械設(shè)計工作,現(xiàn)任安徽銅冠機械股份有限公司無軌研發(fā)室技術(shù)員。

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