TY3DFB型防爆鏟車的設(shè)計(jì)研究

2006/2/7 14:12:57

防爆鏟車是短壁機(jī)械化開采設(shè)備中連續(xù)采煤機(jī)后配套設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著充電技術(shù)及蓄電池裝置性能的提高，蓄電池式防爆鏟車有了較大的發(fā)展，而目前我國蓄電池防爆鏟車還是空白。TY3DFB型防爆鏟車的研制填補(bǔ)了這項(xiàng)空白，使我國短壁機(jī)械化開采進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。

1　主要技術(shù)參數(shù)

整車質(zhì)量：19t；

載重量：裝載量3.04m３（不帶后擋板），額定載荷4t，最大載荷10t；

車速：空載7.5 km/h，重載5.5km/h；

爬坡能力：12%(有限距離)；

轉(zhuǎn)彎半徑：內(nèi)4.2m，外7.48m；

蓄電池工作時(shí)間：8～10h；

蓄電池容量：1200Ah；

牽引電機(jī)功率：2×22kW；

對地比壓：810kPa；

外形尺寸：8.45m×2.89m×1.596m(1.698m)。

2　主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　TY3DFB型防爆鏟車總體結(jié)構(gòu)見圖1。

　　圖1　鏟車總體結(jié)構(gòu)圖（略）

　　2.1　傳動(dòng)及制動(dòng)系統(tǒng)

　　2.1.1　傳動(dòng)系統(tǒng)

　　TY3DFB型防爆鏟車的傳動(dòng)系統(tǒng)是由2臺(tái)防爆直流電機(jī)與左右閉式液壓回路的變量泵連接，直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)再帶動(dòng)實(shí)心輪胎。TY3DFB采用了前后四輪驅(qū)動(dòng)方式，以最大限度發(fā)揮整車的驅(qū)動(dòng)和鏟裝能力。

　　2.1.2　制動(dòng)系統(tǒng)

　　TY3DFB型防爆鏟車的制動(dòng)系統(tǒng)采用摩擦片濕式制動(dòng)。其作用是：(1)使鏟車迅速減速直至停止；(2)使鏟車在下坡時(shí)，保證行駛速度基本穩(wěn)定； (3)使停歇的鏟車能可靠地保持在原地，不致溜滑。鏟車行駛的安全性，在很大程度上決定于制動(dòng)系統(tǒng)工作的可靠性。井下巷道由于彎急坡陡，道路條件差，加之光線較暗，故對制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性要求更高。

　　鏟車與地面車輛一樣，同時(shí)設(shè)有2套制動(dòng)裝置。一套供行駛中暫時(shí)降低車速和停車用，稱行車制動(dòng)裝置；另一套是用來保證鏟車停止后，即司機(jī)離開后，仍能原地不動(dòng)，稱停車制動(dòng)裝置。

　　鏟車的行車制動(dòng)裝置和停車制動(dòng)裝置均安裝在液壓馬達(dá)上，通過閘緊馬達(dá)出軸來實(shí)現(xiàn)鏟車的剎車和緊急制動(dòng)停車。

　　2.2　液壓系統(tǒng)

　　鏟車液壓系統(tǒng)包括2個(gè)回路，即油缸回路和行走回路。油缸回路以葉片泵為動(dòng)力源實(shí)現(xiàn) 鏟車工作過程中的鏟斗升降、卸煤、轉(zhuǎn)向及蓄電池裝卸工作；行走回路由變量柱塞泵和雙排量馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)鏟車的行走以及配合鏟斗升降來完成鏟車鏟裝工作。

　　2.2.1　油缸回路

　　油缸回路由變量柱塞泵尾部的2臺(tái)葉片泵并聯(lián)來提供動(dòng)力油源，經(jīng)多路換向閥對3組油缸進(jìn)行控制，完成鏟車所需動(dòng)作。當(dāng)泵啟動(dòng)后，壓力油經(jīng)換向閥直接回油箱，液壓泵卸載。

　　鏟斗升降用2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的雙作用油缸并聯(lián)工作。當(dāng)操作鏟斗油缸控制閥手柄時(shí)，泵排出的壓力油進(jìn)入2個(gè)鏟斗油缸的活塞桿腔或活塞腔，活塞桿縮回或伸出，完成鏟斗升起或落下的動(dòng)作。

　　卸料用了三級(jí)伸縮缸，該油缸占用空間小，行程大。當(dāng)操作卸料油缸控制閥手柄時(shí)，泵排出的壓力油進(jìn)入液壓缸活塞腔或活塞桿腔，缸體帶動(dòng)推煤器伸出或收回，從而達(dá)到卸載或收回的目的。

　　轉(zhuǎn)向油缸用2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的油缸并聯(lián)工作，轉(zhuǎn)彎時(shí)，壓力油同時(shí)進(jìn)入1個(gè)油缸的活塞和另 1個(gè)油缸的活塞桿腔，1個(gè)油缸伸出而另1個(gè)油缸縮回，從而實(shí)現(xiàn)鏟車的轉(zhuǎn)彎。

　　電瓶升降同樣用2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的油缸并聯(lián)工作，當(dāng)操縱電瓶升降油缸控制閥手柄時(shí)，壓力油進(jìn)入2個(gè)油缸的活塞腔或活塞桿腔，活塞桿伸出或縮回，蓄電池支架下落或升起。

　　另有一動(dòng)力輸出控制閥用以拖曳其他設(shè)備。油缸回路的工作壓力為14.5MPa，通過多路換向閥的中位機(jī)能實(shí)現(xiàn)卸載。

　　2.2.2　行走回路

　　行走回路由變量泵和雙排量馬達(dá)組成。左右泵分別驅(qū)動(dòng)前后輪馬達(dá)，實(shí)心輪胎通過過渡盤與馬達(dá)連接。馬達(dá)的流量和轉(zhuǎn)向由比例換向閥和腳踏加速閥控制變量泵的斜盤角度實(shí)現(xiàn)。電機(jī)啟動(dòng)后變量泵的斜盤處于中間位置，只有極小的流量輸出來維持泵自身的需要，整個(gè)系統(tǒng)處于卸載狀態(tài)，電機(jī)的功率消耗極小。在該回路中同時(shí)設(shè)置了熱交換閥、同步分流閥、過濾器等元件。雙排量馬達(dá)通過先導(dǎo)油的控制可實(shí)現(xiàn)低速大扭矩和高速小扭矩切換，可較好地適應(yīng)不同的路面及載荷，如重載與空載、上坡與下坡等工況。車輛的工作制動(dòng)和停車制動(dòng) 由急停閥控制馬達(dá)自帶摩擦片濕式制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。

　　另外，該回路中設(shè)置了熱交換閥、手動(dòng)泵、雙排量馬達(dá)、手動(dòng)切換閥等元件。熱交換閥使系統(tǒng)中一部分熱油與油箱中的冷油進(jìn)行熱交換，減小系統(tǒng)發(fā)熱，經(jīng)計(jì)算熱平衡溫度在60～ 7 5°C之間；手動(dòng)泵是用來解除制動(dòng)的；手動(dòng)切換閥是為了切換鏟車空載與滿載速度而設(shè)置的。

　　2.3　電氣系統(tǒng)

　　2.3.1　供電單元

　　防爆鏟車用車載蓄電池供電，蓄電池外設(shè)一斷路器，作為電氣系統(tǒng)總開關(guān)。斷路器選用德國耐德電氣公司的NS-630型斷路器，額定電壓690V，額定電流600A。因二極斷路器使用不普遍，購買備件困難，故此處選用三極斷路器。斷路器具有無壓釋放線圈和分勵(lì)線圈，實(shí) 現(xiàn)與隔爆外殼蓋板間的電氣閉鎖和緊急停止之用。

　　2.3.2　控制單元

　　控制單元由操作箱、電控箱、前后照明燈、2臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等組成。

　　(1) 泵電動(dòng)機(jī)及控制。泵電動(dòng)機(jī)選用2臺(tái)防爆并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓為直流110V，額定功率為22kW。采用2個(gè)智能功率模塊IPM直接控制2臺(tái)電機(jī)的軟啟動(dòng)，大大改善了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。

　　(2) 控制、保護(hù)及顯示功能。

　　①當(dāng)電池組內(nèi)的斷路器閉合，且電控箱和控制臺(tái)蓋板均蓋好后，電控箱上的斷路器才能手動(dòng) 閉合；通電后，再打開上述兩個(gè)蓋子，斷路器能自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖。

　�、谠隈{駛室內(nèi)可操作鏟車的全部動(dòng)作。

　�、巯蘖鞴δ堋．�(dāng)任一臺(tái)泵電機(jī)電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。

　　④IPM過熱保護(hù)功能。IPM過熱時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)。

　�、軮PM短路保護(hù)功能。當(dāng)檢測到短路時(shí)，關(guān)斷電路自動(dòng)關(guān)斷IPM，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

　�、蕻�(dāng)出現(xiàn)漏電、過載、短路、過熱時(shí)，顯示器可用漢字顯示故障狀況，便于維修。

　�、唠姍C(jī)過熱保護(hù)。當(dāng)電機(jī)達(dá)到設(shè)定溫升時(shí)，可自動(dòng)切斷電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)。

　�、嗦╇姳Ｗo(hù)。當(dāng)電機(jī)、照明燈出現(xiàn)漏電時(shí)，可實(shí)現(xiàn)閉鎖，使電機(jī)無法啟動(dòng)，照明燈無法打開。

　�、犭娍叵鋽嗦菲鞑捎秒妱�(dòng)操作控制，可實(shí)現(xiàn)斷路器的斷開與合閘。

　　⑩駕駛室設(shè)有顯示器。可適時(shí)監(jiān)測蓄電池的電壓和電機(jī)的電流。當(dāng)電壓降到一定值時(shí)，可提醒司機(jī)及時(shí)更換蓄電池。

　　3　TY3DFB型防爆鏟車性能特點(diǎn)

　　3.1　與國外同類產(chǎn)品比較

　　TY3DFB型防爆鏟車技術(shù)含量大，研究起點(diǎn)高，運(yùn)用了許多國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，其性能指標(biāo) 均超過482、488型防爆鏟車，部分指標(biāo)接近或達(dá)到最新的488GLBC型防爆鏟車。與國外同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的比較見表1。

　　表1　TY3DFB型防爆鏟車與國外同類產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)比較（略）

　　3.2　TY3DFB型防爆鏟車的特點(diǎn)

　　（1）采用了全液壓傳動(dòng)、比例控制、四輪驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)技術(shù)。由液壓泵與變量馬達(dá)組成的系統(tǒng)調(diào)速范圍大；

　�。�2）采用了恒功率控制技術(shù)，使防爆直流電機(jī)可處在效率較高的工況下工作，這樣可提高整個(gè)系統(tǒng)的效率；

　�。�3）控制簡單，避免了直流電機(jī)調(diào)速過程中電控箱和電機(jī)過熱等問題；

　�。�4）采用了IPM直流調(diào)速軟啟動(dòng)和控制技術(shù)，大大改善了防爆直流電機(jī)的起動(dòng)性能；

　�。�5）采用了故障診斷與顯示技術(shù)；

　�。�6）簡化了傳動(dòng)和電控回路，制造工藝簡單，可降低成本；

　�。�7）選用國外成熟的泵、馬達(dá)，可提高車輛運(yùn)行的可靠性。

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