２０１１年第８期 农业装备与车辆工程 Ｎｏ．８ ２０１１ （总第２４１期） ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ （Ｔｏｔａｌｌｙ ２４１） ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—３１４２．２０１１．０８．０１１ ＷＣ４ＯＥＪ支架搬运车用防爆柴油机的配套设计 兰春亮．赵明岗 （中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原０３０００６） 摘要：主要从动力性能匹配、配套结构设计及附件选型、冷却系统匹配等几个方面，介绍国内防爆柴油机在铲板 式支架搬运车的配套设计方法和注意事项。 关键词：防爆柴油机；支架搬运车；匹配选型 中图分类号：ＴＫ４２２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—３１４２（２０１１）０８—００３１—０３ Ｔｈｅ Ｆｌａｍｅｐｒｏｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒｏｏｆ ＳｕｐｐｏＭ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｌａｎ Ｃｈｕｎｌｉａｎｇ，Ｚｈａｏ Ｍｉｎｇｇａｎｇ （Ｔａｉｙｕａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ａｎｄ ｎｏｔｉｃｅｓ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃａｒｒｉｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｅｎｇｉｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍａｔｃｈ ｔｏ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎｇ，ｔｏ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｘｉｌｉａｒｉｅｓ ａｎｄ ｔｏ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｔｃｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌａｍｅｐｒｏｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ；ｒｏｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃａｒｒｉｅｒ；ｍａｔｃｈ ０前言 支架搬运车使用的是液力机械式的传动系统，包 液压支架搬运车属于煤矿井下运输类工程机 括液力变矩器、变速箱、万向传动装置、驱动桥、最 械，高效现代化的煤矿都使用支架搬运车。由于液 终传动等部分，其中液力变矩器多与变速箱结合 压支架搬运车具有作业速度快、效率高、机动性能 在一起．简称双变系统。柴油机动力匹配主要考虑 好、操作轻便等优点，因此成为国内外大中型煤矿 的是其与液力变矩器的动力匹配。该车使用美国 的主要机种之一。对于加快工作速度，减轻劳动强 ＤＡＮＡ公司Ｃ８０００变矩器，其优点是高效区较宽， 度，提高工程质量，降低采掘成本都发挥着重要的 可以采用挡位较少的变速箱。 作用．是现代综采配套设备不可缺少的无轨装备 根据支架搬运车使用特性。柴油机与变矩器 之一。 的匹配多采用部分功率匹配。理论匹配点如图１ 支架搬运车按照工作方式不同可分为铲板 中Ａ点所示。但工程中为了兼顾铲掘工况时有效 式、ｕ框架式和平板拖车式三类，按照其额定载重 功率的利用与跑车工况时的燃油经济性，实际匹 量又可分为２５、４０、５５、８０Ｔ等不同型号【”。国内外 配时。一般使变矩器的高效负荷抛物线相交于柴 使用和生产的绝大多数支架搬运车多数配置低污 油机净功率扭矩特性曲线调速特性上较柴油机标 染防爆柴油机。 定转速高５０ｒ／ｍｉｎ左右处，如图１中Ｂ点所示。 本文主要根据实际配套工作所得．介绍和探 ＷＣ４ＯＥＪ支架搬运车用柴油机性能要求见表１。 讨目前国内新研制的ＷＣ４０ＥＪ防爆柴油机的配套 设计方法和注意事项。 １动力性能匹配 支架搬运车传动系统类型有机械式、液力机 械式、电动轮式、电动式和全液压式等，ＷＣ４ＯＥＪ 收稿日期：２０１ｌ一０６—１３ 项目来源：国家科技支撑计划项目（２００８ＢＡＢ３６Ｂ０８）资助 作者简介：兰春亮（１９７９一），男，主要从事煤矿无轨辅助运输车辆 的研制工作。 图１ 防爆柴油机与变矩器匹配的输入特性 一３１— ２０１１年第８期 农业装备与车辆工程 表１ ＷＣ４０ＥＪ支架车用防爆柴油机性能参数 ２．５其他主要附件和注意事项 此外还要注意零部件与车架的干涉，整机的 安装和拆卸空间，机油尺位置的观察，易变形处采 用柔性连接等问题．启动采用气马达启动方式。 ３冷却系统匹配设计 ３．１ 确定柴油机的单机热平衡参数 支架搬运车在全速全油门跑车工况时的热平 衡能力，来评价装载机整车的热平衡能力，国家标 ２配套结构设计及附件选型 ２．１ 防爆柴油机与变矩器的连接 按照变矩器的接口和连接方式设计柴油机的 飞轮和飞轮壳．与Ｃ５０００变矩器连接的接口尺寸 主要参数为：飞轮壳连接螺栓孔２４ｘＭ１２分布圆 ｄＰ５３０．２ｍｍ．飞轮连接螺栓孔８ｘＭ１２分布圆 ０４３１．８ ｍｍ，飞轮壳安装面与飞轮安装面平齐。飞 轮和变矩器动力输入轴之间由弹性板连接，此处连 接应选用１２．９高强度的螺栓．同时使用相应的扭 紧力矩，避免由于连接松动引起弹性板扭曲损坏。 ２．２防爆柴油机的支承 防爆柴油机支承系统一般是指整个动力总成 的支承系统，其承受的重量包括发动机、变矩器、 变速箱以及相关附件的重量。对于ＷＣ４０ＥＪ车用 柴油机布置在整机的后机架上．柴油机自由端朝 后。使用的支承系统为四点支承，柴油机后支承都 使用了变速箱两侧的Ｖ型支承，前端居中部位一 点支承．而且四点支承的实现更为简便，且实践证 明其可靠性也能满足装载机的要求。 ２．３空滤器与消声器 由于支架搬运车使用在煤矿井下等较恶劣的 环境中，作业地点空气中常含有大量（１．２～１．５ｇ／ｍ ） 的灰尘或沙土等杂质．柴油机吸入的空气不清洁， 会使发动机产生早期磨损，缩短柴油机的使用寿 命。经计算空气流量为７５０ｍ３／ｈ时，可以选用上海 弗列加的空气滤清器ＡＨ１ １９１２。此种纸质滤芯的 空滤器，额定空气流量９００ｍ ／ｈ，总成效率≥ ９９．５％，额定流量下的进气阻力≤２．４５ｋＰａ。此外考 虑到进排气系统布置、驾驶员视线和维护等因素。 ２．４电气系统 电气系统主要包括防爆发电机、蓄电池、温度 和压力传感器、仪表、保护装置等。柴油机的传感 器主要包括转速传感器、水温传感器、机油压力传 感器和机油温度传感器．此外还需要考虑最高表 面温度、最高排气温度等防爆电气保护。 一３２— 准规定装载机适应的工作环境温度≥４０℃，即可 认定为优等品。 支架搬运车上，防爆柴油机的散热包括两部 分：一部分是发动机的内部循环需要，另一部分是 冷却防爆部件。根据防爆柴油机测定的单机热平 衡分布，再测定柴油机冷却系统的外部阻力特性， 即不同转速下柴油机体内冷却系统水流量同柴油 机散热器水阻之间的变化关系，这也是散热系统 匹配的重要数据 ３．２计算总的散热功率 对ＷＣ４０ＥＪ散热系统来说，除了要满足柴油 机自身的散热外，也包含了变矩器、中冷器、液压 系统及防爆系统水冷系统的散热要求。故在柴油 机散热系统匹配时．总的散热功率应该包括所有 由冷却水带走的热量。 ３．３风扇的选型 考虑到车辆重载荷过程多为迎风行驶，采用 吸风式风扇。我们考虑到叶形、风场、重量和对轴 承附加力矩等问题，选用了塑料风扇。 ３．４散热器的选型与匹配（双散热器） 根据整车的散热特点设计，我们设计了两套 散热器系统，这样既能够保证整机在各种设计工 况和环境条件下，所需冷却的介质都能在其最佳 温度范围内安全可靠工作。也方便了出问题时的 故障排查。 根据发动机散热系统在此工况时的总散热 功率、散热器总成的特性曲线、风扇在此工况转 速下的特性曲线、工况热平衡时的气液温差、外 部冷却系统水阻等情况．就可以在风洞试验台上 取得相应条件下散热器总成的水侧散热功率与 风量之间的特性关系图，如图２。通过风洞试验， 还可测得风扇在规定转速下的风扇静压力特性 曲线，如图３。 兰春亮等：ＷＣ４０ＥＪ支架搬运车用防爆柴油机的配套设计 ２０１１年８月 在装车生产完成后．要对整车的各项主要技 术参数进行测试，包括额定载重量、整机质量、最 Ｑ且 删 覆 韫 大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘 起力、工作装置动作三项和实际作业油耗、跑车油 耗等，此外还要进行工业性考核和耐久考核。根据 各项性能试验和考核结果．对发动机性能或结构 撰 ＊ 图２水箱散热量与空气流量关系 艋 空气流量 图３风扇静压力特性曲线 经实验与计算得出：发动机自身冷却总散热 １ ８０ｋＷ，需要散热面积８７ｍ２； 防爆部分冷却总散热１６３ｋＷ，需要散热面积 ７０ｍ ；风扇直径确定为中８５０。 ３．５安装要求 此外在安装时需要考虑到，风扇与导风罩之 间因有相对位移，故留有安全间隙，该间隙≤风扇 直径的１．５％。 ３．６水管路的设计 外部冷却水管直径应按照柴油机推荐的标准 设计，散热器及连接通路中的最小有效直径应该 大于柴油机进水管的直径。考虑到高温或紫外线 照射强的环境，选用硅橡胶管。 ４整机匹配考核试验与防爆柴油机的匹配 ４．１整车性能测试 上的不足进行修正。 ４．２防爆柴油机装车评定 柴油机装机评定主要包括安装评定和热平衡 能力评定两个方面。一般来说，安装评定主要考虑 柴油机各部分与整车连接是否可靠，有无干涉，风 扇等的安装是否合理．柴油机的除气性能是否良 好，柴油机的检查和维护接近性是否满足要求等。 热平衡试验主要是进行全速全油门跑车试验。一 般装载机跑车１．５～２ｈ后水温即可平衡，按照热平 衡后测得的数据，在柴油机调温器全开的情况下， 其计算公式为：允许使用最高环境温度￡一＝冷却 液沸点温度一柴油机上水室温度＋环境温度。使用 最高环境温度 一，我国一般取达到４０￣Ｃ１￣１］能满足 要求，实际配套设计中以达到４５￣Ｃ以上为佳。 ５结论 防爆柴油机配套设计是一个系统工程．也是 交叉学科，其涉及到的技术和知识既广泛又有一 定深度。其配套好坏直接关系到支架搬运车的性 能，也影响着矿井的产量和经济效益，需要技术人 员理论与实践多结合，不断完善。 参考文献 ［１１杨连生．内燃机性能及其与传动装置的动力匹配［Ｍ］．北京：学 术期刊出版社．１９８８． ［２】中国内燃机学会．柴油机动力装置匹配［Ｍ］．北京：机械．ｒ－．ｑｋ出 版社．２０００． ［３］申进杰．ＷＣ２５ＥＪ型铲板式支架搬运车的研制与应用［Ｊ］．煤矿 机械。２００９，３０（３）． ［４１张云．装栽机牵引式综采支架搬运车液压系统设计ＬＪ］．液压与 气动。２００９，（９）． 一３３—