气动系统在防爆胶轮车上的应用研究

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煤矿无轨辅助运输，以防爆柴油机无轨胶轮车为运输主体，由于它无轨道的限制，具有适应性强、机动灵活性好、安全高效的特点，成为我国煤矿高产、高效矿井辅助运输的发展方向 。

为了使防爆胶轮车能够在具有煤尘、瓦斯的爆炸性气体井下环境中安全作业，必须使用安全可靠的系统来达到上述要求。压缩空气本身属于本质安全型介质，加之由其组成的控制系统在启动发动机、保证发动机良好工况和保护车辆、人员安全等方面的重要作用，使气动系统在防爆胶轮车上得到了普遍应用。

2 气动系统组成及工作原理防爆胶轮车气动系统主要由防爆柴油机启动单元、车辆操控单元和状态监测安全保护单元等三部分组成。

2.1 防爆柴油机启动单元普通柴油机仅依靠切断柴油供给-种停机途径，但防爆柴油机的工况特殊，为了在遇到紧急情况时能够可靠停机，不致危险情况的发生，防爆安全规范要求除断油停机以外，还需补充切断进气的停机方式。启动时必须首先打开柴油断油开关和进气关断开关。柴油机气启动单元的工作流程如下(见图1)：储气罐-储气罐开关阀-① -空气单元-开关阀- I气控阀控制端(打开启动回路)-Ⅱ柴油关断缸/进气关断缸(柴油机启动准备就绪)- Ⅲ启动阀-气控阀-启动马达(启动马达齿轮与柴油机飞轮齿啮合)-延时阀控制端(打开气马达进气通道)② -延时阀-启动马达(柴油机启动)进气关断缸图 1 气启动回路此外，防爆胶轮车气动系统必须装备两套充气装置，即内部补气装置和外接充气装置，内部补气依靠柴油机自带的空压机来完成，其作用是保证车辆运行时各用气机构的用气需求，同时在车辆停机前使气罐留有足够压力的气体，保证下次顺利启动；外接充气的功用是车辆连续启动数次仍无法进入正常工作状态(尤其是寒冷季节)，导致内部补气装置无法启动，气罐内气体耗尽，此时必须借助外部的气源才能实现柴油机重新启动。

收稿 日期：2012-06-04作者简介：祁玉宁(1974-)，男，青海西宁人，工程师，硕士，主要从事煤矿机械的设计工作。

2012年第12期 液压与气动 292.2 车辆操控单元防爆胶轮车操控单元主要包括：喇叭警示(前进/倒车)、驱动桥差速锁、油门控制、方向控制(前进/后退)、档位控制、液压系统控制(驻车/紧急制动)等。

该部分使用气动系统，相比较传统的机械式控制，优点非常突出，首先是节什装空间，这对提高防爆胶轮车在煤矿井下狭窄空间的适应性非常有利；其次维护难度和强度大大降低，寿命延长。

2.3 安全保护单元该单元是气动系统在防爆胶轮车中重要的应用之-。 当胶轮车在工作过程中发生以下任何-种情况时(见表 1)，它都能起到维护整机良好工况、保护车辆与人员安全的作用 。

表 1 安全保护单元表名称 内容1 发动机冷却水 短缺保护2 发动机机油 短缺保护3 发动机表面温度 超温保护 150℃4 发动机冷却水温度 超温保护95℃5 发动机排气温度 超温保护 70℃6 空压机温度 超温保护 160℃7 补水箱水位 短缺保护8 车门开启(行驶中) 停机制动保护气动保护回路(见图2)主要是利用温度传感器中热敏元件的热胀冷缩效应和压力控制方向阀的通断来开启和关闭阀体排气通道，使得柴油关断缸和进气关断缸动作，从而关闭柴油机燃油和进气通道，保证发动机的正常工作。

主气路图2 气动保护回路这种形式的保护装置所需元件少、布置简单。但直观性较差，对驾驶员的要求较高，必须熟知导致保护失灵的各种原因，这样才能采取正确措施解除保护，重新启动车辆。同时由于这种温度传感器的设定保护值是定值，不能时时反映车辆的运行状况，不具备提前警示功能，仍会造成-定程度的损失。另外瓦斯浓度保护必须依靠手动才能完成停机 ]。

基于以上问题，后期逐步发展到电子保护系统(见图3)，即在各个需要保护的位置安装电气传感器，将它们采集到的运行参数传输到-个由单片机原理制成的集检测、显示、报警和保护控制为-体的处理器主机。当取样参数超过保护指标允许值时主机发出声光报警信号，并驱动电磁阀换向切断柴油机进油及进气通道实现自动停机。

图 3 电子保 护安全 系统与气动保护相比，电子保护系统的优点是：(1)全部涵盖了国家安标办所要求的防爆柴油机各项保护项 目；(2)电子传感器反应灵敏，误差率低，保护准确、及时、到位；(3)采用了液晶屏中文显示，方便了驾驶员和维修人员及时判断故障原因，降低了劳动强度；(4)功能高度集成，使得装置安装灵活，位置节省，接线简单，使用维护方便；(5)还可在不增加设备尺寸的前提下，通过软件设计即可增加后续保护项目，完成产品升级，减少了对硬件设备的依赖，降低了成本。

当然，电子保护也有-些不足和缺点，主要是由于无法准确选择定位警戒点，致使柴油机的保护不能在正确的时刻起作用，影响了车辆的正常工作，还有就是提高电子元器件在潮湿、灰尘环境下的可靠度和耐用性，减少误动作发生的几率。

3 结论总之，气动系统具有防爆性好、可靠性高、启动力矩大、不污染环境且成本低廉、压力等级低、使用安全等优点，仍是煤矿用防爆胶轮车较为理想和经济的工30 液压与气动 2012年第12期液力偶合器轴向力试验研究吕英军，孙 波，李永泽，陈柏松Experimental Reasearch on Axial Force of Hydrodynamic CouplingLV Ying-jun，SUN Bo，LI Yong-ze，CHEN Bai-song(空军航空大学 航空机械工程系，吉林 长春 130022)摘 要：在详细分析液力偶合器轴向力传递方式的基础上，提出通过测量液力偶合器推力盘的轴向应变来测量液力偶合器轴向力的方法。该方法对液力偶合器结构改动小，不会影响液力偶合器的.Y-作性能，且简单易行。通过对YOCQ 465型液力偶合器的测量发现其轴向力是脉动的，且轴向力有使泵轮和涡轮分开的趋势。

关键词：液力偶合器；轴向力；试验中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2012)12-0030-03引言液力偶合器利用液体的动能进行能量传递，液力元件不直接接触，因此叶轮本身不存在磨损，其工作寿命主要是由轴承和密封的可靠性决定的，因此，准确地预测液力偶合器的轴向力对提高其工作可靠性有重要意义 I2 。目前对液力偶合器轴向力主要采用理论研究和数值模拟方法，但无论采用什么样方法，其结果是否真实、正确、可靠，归根结底要用试验来验证。本文提出-种对大功率偶合器轴向力的测试方法，并对-种涡轮上开有卸荷孔的调速型液力偶合器进行了轴向力测试。

1 液力偶合器轴向力传递方式分析液力偶合器的轴向力传递方式与其支承方案有关。试验选取 YOCQ 465型液力偶合器为测试对象，其支承结构如图 1所示。液力偶合器输出轴与涡轮相连接，通过两个滑动轴承支承在壳体上，滑动轴承只承受径向力，不承受轴向力。输出轴上有-轴肩，轴肩两侧各安装有-推力盘(左推力盘和右推力盘)，当涡轮受向左的轴向力时，轴肩压向左边推力盘上的衬板，轴向力通过左推力盘传向壳体；当涡轮受向右的轴向力时，轴肩压向右边推力盘上的衬板，轴向力通过右推力盘传向壳体。泵轮轴向力的传递方式与涡轮的相同。

1.输出轴 2.左推力盘 3.左衬板 4.轴肩 5.右衬板6.右推力盘 7.滑动轴承 8.涡轮 9.泵轮 10.输入轴图 1 YOCQz465型液力偶合器支承结构收稿 日期 ：2012-05-24作者简介：吕英军(1974-)，男，吉林梨树人，副教授，硕士主要从事液压控制技术方面的科研和教学工作。

作系统。但随着防爆胶轮车在煤矿的推广和使用频率的加大，也暴露了-些不足，主要有系统复杂，气管容易老化，泄漏增多导致故障时常发生，元器件型号众多，管理维护困难等，尤其在煤矿对安全要求越来越高的大环境下，气动保护的局限性也愈发明显，电子保护则表现出了很好的优越性。因此探索和研究如何将气动系统与电子系统有机结合将不失为解决上述问题，提高防爆胶轮车性能的有效办法。