摘要：矿用自卸车虽然也是矿用自卸车中的一种,但是由于其特殊的使用工况使得它与公路汽车有很多不同之处。矿用自卸车载重量多,虽然速度不是很快,但是行驶环境相当恶劣,矿区普遍存在路面附着条件差、坡度陡,导致矿用自卸车的行驶安全问题就显得尤其重要。制动系统是保证矿用自卸车行驶安全的重要系统之一,辅助制动系统也当然是必不可少的。其中由发动机提供制动阻力的就是比较常用的一种方式。
关键词：矿用自卸车;发动机;辅助制动
概述
矿用自卸车是在矿区使用的一种非公路车辆，长期在矿区工作，由于坡度大，载重多，制动系统频繁使用而出现高温制动失灵等故障。表1为矿用自卸车出现事故的主要原因,从事故原因分布来看,导致事故的主要原因有制动失效、违章超车、违章转弯、超速行驶等。制动失效在急弯陡坡占到了34%的比例。
对于常见的行车制动鼓式制动器,长时间刹车带来温度上升后制动,性能出现下降,主要表现在磨损率的快速上升和摩擦系数的降低上。从鼓式制动器平均磨损率和鼓式制动器平均磨损系数随制动器温度变化中温度对两者的影响较大。温度升高行车制动效果变差,容易发生制动失效的事故。所以寻求一种新型的制动方式尤为迫切。
1发动起辅助制动系统的产生背景
在1931年的8月份,康明斯先生为证明柴油机的价值,和他的几个伙伴驾驶其大名鼎鼎的"印第安纳"卡车穿越整个美国,在一次汽车下长坡时,行车制动器突然失灵,而前方是一条正在通过火车的铁轨。所幸运的是卡车及时停住了,没有和火车相撞。这次意外使康明斯先生差点失去生命。康明斯先生想法:上坡时发动机可以给矿用自卸车提供牵引力,同样在矿用自卸车下坡时发动机也可以给矿用自卸车提供制动力。在1955年,康明斯先生就开始根据自己的想法研究发动机制动器。6年后,第一套安装在康明斯NH系列发动机上的发动机制动器研制成功。
2发动机辅助制动系统的分类及原理
发动机辅助制动按照技术类别,可以分为排气制动、泄气制动、缸内制动、高效制动等4种主要形式;高效制动属于特殊意义上的缸内制动,它突破了现有柴油机4个冲程制动一次的局限,实现4个冲程制动两次,从而产生更高的制动功率。
排气制动是指只采用排气蝶阀,并依靠排气背压升高带来的排气阻力产生制动功率。它的优点是安装方便、成本低;缺点是制动功率小,蝶阀故障率高,适合中小型发动机使用。例如潍柴一些小排量柴油机正是采用类似的制动形式。
所谓排气制动,就是将发动机变为一台空气压缩机，将对外输出动力变为消耗动力。当驾驶员打开排气制动操作杆时, 安装在排气管上的的蝶阀关闭堵住排气歧管,同时喷油器会停止喷油,使排气歧管内的压力迅速升高到4-6个大气压,此时发动机给矿用自卸车提供的就是阻止矿用自卸车向前运动的阻力,不断消耗矿用自卸车行驶的动能,从而达到使矿用自卸车减速的目的。
泄气制动,大家就比较熟悉了,潍柴的WEVB就是其中的杰出代表。
EVB是英文ExhaustValveBrake的字母缩写,译为"排气门制动,"W"代表"Weichai"。WEVB排气门制动是建立在传统发动机排气制动基础之上。当矿用自卸车在下坡时,驾驶员打开排气制动开关,安装在排气管上的蝶形阀立刻关闭, 发动机在矿用自卸车重力(或惯性力)的拖动下继续运转，排气管内的排气压力可增加到足以使处在进气冲程中，活塞位于下止点附近那个气缸的排气门被相邻气缸的活塞所推出的废气产生的压力波打开。WEVB系统就是利用排气门在制动过程中被压力波自动打开的现象，通过使排气门在发动机制动过程中，在压缩冲程以及随后的做功冲程中，始终保持打开一个开度，增加发动机内进气、排气、压缩等行程的功率损失，来提高发动机的制动效率。
缸内制动,是控制排气门在压缩冲程活塞接近上止点的时候开启,发动机在压缩缸内空气时所产生的能量被释放到排气系统,产生制动功率。它的优点是制动功率大,缺点是结构相对复杂。目前新一代的柴油机大多采用了缸内制动,玉柴VVEB良马制动器就是其中的优秀代表。
VVEB(Variable Valve Exhaust Brake)——可变气门排气制动器。VVEB根据发动机转速对排气门开度根据转速的变化而变化,排气门开度随发动机转速高而变大,随发动机转速低而减小,实现精确的动态调整,使发动机实现理想的制动效果。
VVEB制动器制动原理:VVEB良马制动器是在发动机所有四个冲程中都使排气门留有一定的开度。在做功冲程时,由于排气门有一定的开度,气缸无法形成密闭空间,因此就无法形成缸内高压,这时的发动机所提供的动力小于矿用自卸车由于下坡产生的惯性力,因此发动机此时相对于矿用自卸车来说是做负功,给矿用自卸车提供制动功率。
VVEB制动器性能特点:VVEB制动器:通过可变气门升程来提高低速制动力。矿用自卸车在下长坡使用VVEB制动器,可以减少刹车次数,有效的减少了矿用自卸车行车制动器的磨损,减少了由于行车制动器长期工作发热引起的刹车失灵等事故;同时因减少了刹车次数也就减少了行车制动系统和轮胎的磨损,延长更换周期、减少矿自卸车的运行成本。
图1是载重30T下坡对比:实线是常规排气制动并脚踩刹车(共刹四次)虚线是使用VVEB,不用踩刹车。雨天路滑采用VVEB减速可有效防止方向偏而出现重大安全问题。
使用VVEB可提高发动机使用寿命:与传统单独使用排气制动或其它主机厂制动器不同,VVEB工作时避免出现因排气背压升高而导致排气门反跳而损坏发动机。
使用VVEB:提高整车制动力55%,不用频频踩刹车减速,不用增加附加水箱来淋刹车彀,提高驾驶舒适性; 大幅降低整车刹车系统磨损,减少因刹车造成轮胎损坏。
VVEB低速制动功率大,比国内其它发动机制动器低速扭矩大10%以上,可减少下坡换挡频次,提高驾驶舒适性; 不用担心下长坡长时间踩刹车而导致刹车失灵。
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3结论
本文通过对矿用自卸车几种发动机辅助制动系统的介绍,可以让我们对矿用自卸车发动机辅助制动系统有一个全面的认识。随着矿用自卸车在施工作业上的广泛使用,对于矿用自卸车发动机辅助制动系统的研究势在必行。发动机辅助制动系统对于矿用自卸车施工作业起着至关重要的作用,可靠的制动系统好比矿用自卸车的根基,同时发动机辅助制动系统的作用也是至关重要的,所以研究和发展辅助制动系统对于矿用自卸车来说具有重要意义。——论文作者：廖训 吕强荣
