TY3DFB型防爆铲车的设计研究

防爆铲车是短壁机械化开采设备中连续采煤机后配套设备中的关键设备之一。 随着充电技术及蓄电池装置性能的提高，蓄 电池式防爆铲车有了较大的发展，而目前我国蓄电池防爆铲车还是空白。TY3DFB型防爆铲 车的研制填补了这项空白，使我国短壁机械化开采进入了一个崭新的阶段。 　　1　主要技术参数 整车质量：19t； 载重量：装载量3.04m３（不带后挡板），额定载荷4t，最大载荷10t； 车速：空载7.5 km/h，重载5.5km/h； 爬坡能力：12%(有限距离)； 转弯半径：内4.2m，外7.48m； 蓄电池工作时间：8～10h； 蓄电池容量：1200Ah； 牵引电机功率：2×22kW； 对地比压：810kPa； 外形尺寸：8.45m×2.89m×1.596m(1.698m)。 　　2　主要结构特点 　　TY3DFB型防爆铲车总体结构见图1。 　　图1　铲车总体结构图（略） 　　2.1　传动及制动系统 　　2.1.1　传动系统 　　TY3DFB型防爆铲车的传动系统是由2台防爆直流电机与左右闭式液压回路的变量泵连接 ，直接驱动4个液压马达，液压马达再带动实心轮胎。TY3DFB采用了前后 四轮驱动方式，以最大限度发挥整车的驱动和铲装能力。 　　2.1.2　制动系统 　　TY3DFB型防爆铲车的制动系统采用摩擦片湿式制动。其作用是：(1)使铲车迅速减速直 至停止；(2)使铲车在下坡时，保证行驶速度基本稳定；(3)使停歇的铲车能可靠地保持在原 地 ，不致溜滑。铲车行驶的安全性，在很大程度上决定于制动系统工作的可靠性。井下巷道由 于弯急坡陡，道路条件差，加之光线较暗，故对制动系统的可靠性要求更高。 　　铲车与地面车辆一样，同时设有2套制动装置。一套供行驶中暂时降低车速和停车用， 称行车制动装置；另一套是用来保证铲车停止后，即司机离开后，仍能原地不动，称 停车制动装置。 　　铲车的行车制动装置和停车制动装置均安装在液压马达上，通过闸紧马达出轴来实现铲 车的刹车和紧急制动停车。 　　2.2　液压系统 　　铲车液压系统包括2个回路，即油缸回路和行走回路。油缸回路以叶片泵为动力源实现 铲车工作过程中的铲斗升降、 卸煤、转向及蓄电池装卸工作；行走回路由变量柱塞泵和双 排量马达组成的闭式系统组成，可实现铲车的行走以及配合铲斗升降来完成铲车铲装工作。 　　2.2.1　油缸回路 　　油缸回路由变量柱塞泵尾部的2台叶片泵并联来提供动力油源，经多路换向阀对3组油缸进行 控制，完成铲车所需动作。当泵启动后，压力油经换向阀直接回油箱，液压泵卸载。 　　铲斗升降用2个结构完全相同的双作用油缸并联工作。当操作铲斗油缸控制阀手柄时， 泵排出的压力油进入2个铲斗油缸的活塞杆腔或活塞腔，活塞杆缩回或伸出，完成铲斗升起 或落下的动作。 　　卸料用了三级伸缩缸，该油缸占用空间小，行程大。当操作卸料油缸控制阀手柄时，泵 排出的压力油进入液压缸活塞腔或活塞杆腔，缸体带动推煤器伸出或收回，从而达到卸载或 收回的目的。 　　转向油缸用2个结构完全相同的油缸并联工作，转弯时，压力油同时进入1个油缸的活塞和另 1个油缸的活塞杆腔，1个油缸伸出而另1个油缸缩回，从而实现铲车的转弯。 　　电瓶升降同样用2个结构完全相同的油缸并联工作，当操纵电瓶升降油缸控制阀手柄时，压 力油进入2个油缸的活塞腔或活塞杆腔，活塞杆伸出或缩回，蓄电池支架下落或升起。 　　另有一动力输出控制阀用以拖曳其他设备。油缸回路的工作压力为14.5MPa，通过多路换 向阀的中位机能实现卸载。 　　2.2.2　行走回路 　　行走回路由变量泵和双排量马达组成。左右泵分别驱动前后轮马达，实心轮胎通过过渡 盘与马达连接。马达的流量和转向由比例换向阀和脚踏加速阀控制变量泵的斜盘角度实现。 电机启动后变量泵的斜盘处于中间位置，只有极小的流量输出来维持泵自身的需要，整个系 统处于卸载状态，电机的功率消耗极小。在该回路中同时设置了热交换阀、同步分流阀、过 滤器等元件。双排量马达通过先导油的控制可实现低速大扭矩和高速小扭矩切换，可较好地 适应不同的路面及载荷，如重载与空载、上坡与下坡等工况。车辆的工作制动和停车制动 由急停阀控制马达自带摩擦片湿式制动器来实现。 　　另外，该回路中设置了热交换阀、手动泵、双排量马达、手动切换阀等元件。热交换阀 使系统中一部分热油与油箱中的冷油进行热交换，减小系统发热，经计算热平衡温度在60～ 7 5°C之间；手动泵是用来解除制动的；手动切换阀是为了切换铲车空载与满载速度而设置的 。 　　2.3　电气系统 　　2.3.1　供电单元 　　防爆铲车用车载蓄电池供电， 蓄电池外设一断路器，作为电气系统总开关。断路器选用 德国耐德电气公司的NS-630型断路器，额定电压690V，额定电流600A。因二极断路器使用 不普遍，购买备件困难，故此处选用三极断路器。断路器具有无压释放线圈和分励线圈，实 现与隔爆外壳盖板间的电气闭锁和紧急停止之用。 　　2.3.2　控制单元 　　控制单元由操作箱、电控箱、前后照明灯、2台并励直流电动机等组成。 　　(1) 泵电动机及控制。泵电动机选用2台防爆并励直流电动机，额定电压为直流110V，额定 功率为22kW。采用2个智能功率模块IPM直接控制2台电机的软启动，大大改善了电动机的起 动性能。 　　(2) 控制、保护及显示功能。 　　①当电池组内的断路器闭合，且电控箱和控制台盖板均盖好后，电控箱上的断路器才能手动 闭合；通电后，再打开上述两个盖子，断路器能自动断电，实现电气闭锁。 　　②在驾驶室内可操作铲车的全部动作。 　　③限流功能。当任一台泵电机电流达到设定值时，能自动实现过电流保护。 　　④IPM过热保护功能。IPM过热时，自动关闭电机。 　　⑤IPM短路保护功能。当检测到短路时，关断电路自动关断IPM，实现短路保护。 　　⑥当出现漏电、过载、短路、过热时，显示器可用汉字显示故障状况，便于维修。 　　⑦电机过热保护。当电机达到设定温升时，可自动切断电机，实现对电机的保护。 　　⑧漏电保护。当电机、照明灯出现漏电时，可实现闭锁，使电机无法启动，照明灯无法打开 。 　　⑨电控箱断路器采用电动操作控制，可实现断路器的断开与合闸。 　　⑩驾驶室设有显示器。可适时监测蓄电池的电压和电机的电流。当电压降到一定值时，可提 醒司机及时更换蓄电池。 　　3　TY3DFB型防爆铲车性能特点 　　3.1　与国外同类产品比较 　　TY3DFB型防爆铲车技术含量大，研究起点高，运用了许多国内外先进技术，其性能指标 均超过482、488型防爆铲车，部分指标接近或达到最新的488GLBC型防爆铲车。与国外同类 产品技术指标的比较见表1。 　　表1　TY3DFB型防爆铲车与国外同类产品的主要技术指标比较（略） 　　3.2　TY3DFB型防爆铲车的特点 　　（1）采用了全液压传动、比例控制、四轮驱动和制动技术。由液压泵与变量马达组成的 系统调速范围大； 　　（2）采用了恒功率控制技术，使防爆直流电机可处在效率较高的工况下工作，这样可提高 整个系统的效率； 　　（3）控制简单，避免了直流电机调速过程中电控箱和电机过热等问题； 　　（4）采用了IPM直流调速软启动和控制技术，大大改善了防爆直流电机的起动性能； 　　（5）采用了故障诊断与显示技术； 　　（6）简化了传动和电控回路，制造工艺简单，可降低成本； 　　（7）选用国外成熟的泵、马达，可提高车辆运行的可靠性。 信息来源于：中国煤炭