李 强 徐慧春 刘恒亮

(1.铜陵化工集团新桥矿业公司；2.内蒙古乌海市经济和信息化委员会)

新桥矿于2003年引进了2台DCY-1.5B型电动铲运机，主要承担井巷工区掘进和采矿任务。随着设备老化，故障率明显增加，已越来越不能满足大规模安全生产需要，特别是制动液压系统故障频发，已成为制约矿井安全生产的重要因素之一。为确保设备安全运行，提升矿井生产效率，对该型设备的制动液压系统进行技术改造很有必要。

1 制动液压系统工作原理及缺陷

1.1 工作原理

DCY-1.5B型电动铲运机动力机额定功率P额=55 kW，额定转速n额=1 480 r/min；双联泵n额=3 200 r/min最大工作压力Pmax=23 MPa；制动系统弹簧压力7 MPa；转向系统压力10 MPa；油箱容积240 L(邮箱长、宽、高比例为1∶2∶3，配有冷却器)；液压油采用火炬牌N68B抗磨液压油，适宜温度为60～80 ℃；充液阀上限压力10.5 MPa，下限压力8.4 MPa。

制动液压系统中的制动器是弹簧制动液压释放的全封闭湿式制动器，转向器是叠加式集成阀块和全液压转向器，系统工作原理如图1所示。

图1 铲运机制动液压系统工作原理

电动机带动双联泵旋转使液压油由油箱经进油滤清器到达双联齿轮泵，压力油从双联泵的前泵流出进入叠加式集成阀块，经顺序阀优先供油通过单向阀流入手动换向阀，再流入脚制动器，最后流入前后桥制动器，推开摩擦片释放制动。一部分压力油进入蓄能器进行补液，随着压力油流量不断增加，当压力达到顺序阀的弹簧力时，阀口打开，一部分液压油进入转向系统。随着液压油不断增多，压力继续上升，当压力达到压力继电器的弹簧力时，压力继电器的微动开关断开，电磁换向阀使其右移，将多余的压力油导入进油管进行卸载。当踩下脚制动后，脚制动换向阀换向，液压油经回油滤清器直接流回油箱。当铲运机需要被其他车辆牵引时，可旋转手动换向阀，通过手动泵对制动器进行松闸。

叠加式集成阀块由底板、电磁换向阀、压力继电器、单向阀、顺序阀等组成。阀块上有4个油口上下贯通，不仅起到单个阀的功能，而且具有沟通阀与阀之间流道的作用。组成回路时，换向阀安装于最上方，所有对外连接的油口都设置于最下方的底板上，其他阀通过螺栓连接于换向阀和底板之间。

压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件，其作用是根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护[1]。

1.2 缺陷分析

DCY-1.5B型电动铲运机原制动液压系统故障率较高，每个月至少出现2次故障，极大影响了矿井生产。经过分析论证，本研究认为该型设备的制动液压系统无论在设计上还是在选材上，均存在不足。主要缺陷为：①由于叠加阀下板块孔径小，易堵塞，造成局部压力增大，导致频繁出现制动灵活、转向不灵活或制动不灵活的现象；②叠加阀结构复杂，不易准确排查故障，维修不方便，且维修成本高；③原液压系统通过边制动边给蓄能器补液，蓄能器在该系统中主要起补偿泄漏和保持恒压作用，从安全角度考虑，蓄能器位置设置不合理，应先给蓄能器补液而后进行制动，方可提高系统安全性；④叠加式集成阀的出油管接口较小，造成叠加式集成阀与脚制动阀之间出油管通径较小，压力损失大，易产生高温；⑤在双联泵前泵出口处未设置安全阀，仅依靠电磁换向阀将多余的液压油返回进油管，形成2股压力油相对流动，易造成油温增加，导致整个液压系统不稳定。

2 制动液压系统改造

2.1 改造方案

(1)将叠加式集成阀块替换为流量大的充液阀，由充液阀流出的压力油首先进入蓄能器补液，然后与脚制动器相连，不但能够消除因阀孔堵塞造成局部压力突增的现象，还在一定程度上简化了液压系统，便于维修。

(2)将叠加式集成阀块出油管(内径φ8 mm)替换为内径较大的出油管(内径φ13 mm)，能够有效减少沿程压力损失，减少温升。

(3)拆除不常用的手动换向阀，简化系统，降低成本。

(4)将普通电磁换向阀替换为质量可靠的电磁换向阀，并将其连接于充液阀和脚制动阀之间，能够有效提高系统稳定性，增强制动的灵活性。

(5)在双联泵前泵出口处增加1个溢流阀代替电磁换向阀，作为安全阀使用，将多余的压力油通过回油管返回油箱，避免了2股压力油相对冲击造成系统油温升高，保护主要元件双联泵，保证系统安全性和稳定性。

2.2 改进后液压制动系统工作原理

改进后制动液压系统的工作原理如图2所示。

图2 改进后的铲运机制动液压系统工作原理

当电动机带动双联泵转动时，液压油从双联泵的前泵进入充液阀，经充液阀流出的液压油首先进入蓄能器进行保压，然后经电磁阀进入脚制动阀，最后流入前、后桥制动器，蓄能器内的压力油随时可供给制动器。踩下脚制动阀后，液压油流回油箱，充液阀的另一路油进入转向系统用于转向，当充液阀向蓄能器充液并达到充液阀设定的上限压力时，充液阀卸载；当蓄能器压力低于充液阀设定的下限压力时，充液阀补液。当电动铲运机需要被其他车辆牵引时，仅需将制动器进油管与手动泵出油口直接相连便可就松闸，改进后的制动液压系统在理论上能够达到制动系统的安全稳定要求。

充液阀具有体积小、通流量大、无泄漏等特点，自身带有缓冲阀心，能有效减少冲击和振动，但其动作前必须先泄压方可打开通油[2-3]。充液阀一般作为液压缸和油箱之间的吸排油阀使用，大型压力机的快进行程，需要从油缸向油箱吸油，加压时防止从油缸流入油箱，反向时从油缸排油至油箱[4]。充液阀的液压原理为动力油进入充液阀后经阀内滤网、单向阀和阀芯向蓄能器充液，当压力达到充液阀设定的上限压力时，充液阀的中间阀芯向右移，下面阀的中心向左移，如此液压泵的油便能够进入转向系统。当蓄能器压力低于充液阀设定的下限压力时，中间阀芯向左移，下面阀芯向右移，对蓄能器进行补液。

3 压力损失验算

从双联泵到充液阀的进油管长为l1=0.95 m，直径为d1=16×10-3m，流量为q1=60 L/min=1×10-3m3/s；由充液阀到脚制动的进油管长为l2=0.7 m，直径为d2=13×10-3m，流量为q2=48 L/min=0.8×10-3m3/s；由脚制动到前后桥制动器的进油管长为l3=1.8 m，直径为d2=8×10-3m，流量为q2=10 L/min=0.17×10-3m3/s；回油管长为l4=1.5 m，直径为d4=13×10-3m，流量为q4=120 L/min=2×10-3m3/s。制动液压系统采用N68号液压油，最低工作温度为25 ℃，可知此时油的运动黏度为200×10-6m2/s，油密度为900 kg/m3。经过计算，进油路压力损失为6.64×105Pa，回油路压力损失为10×105Pa。整个液压系统各元件的压力损失计算结果见表1。分析表1可知：系统各元件实际压力损失均小于额定压力损失，表明整个制动液压系统改造较合理。

表1 铲运机制动液压系统各元件流量及局部压力损失

4 结 语

针对新桥矿2台DCY-1.5B型电动铲运机制动液压系统存在的问题，设计了相应的技术改造方案。即从结构上简化了原有的叠加式集成阀块式结构，采用充液阀代替了集成式叠加阀使得系统结构变得简单灵活，安装和维修方便；利用内径较大的油管代替内径较小油管大大减少了沿程压力损失，并缩短了制动时间；降低了液压油的温度使其达到了最佳工作状态；采用溢流阀代替电磁换向阀作为安全阀使用，既保护了系统主要元件，又增强了系统的安全性和稳定性。现场实践表明：系统改造后，故障率下降了约85%，大幅提高了该型电动铲运机的工作效率，降低了设备维修成本，经济效益较显著。