專利名稱：以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車，屬于煤礦安全領域。
背景技術：
煤炭是重要能源之一，也是煉焦工業(yè)和冶金工業(yè)的重要原料，煤炭工業(yè)保證了人類經濟的高速發(fā)展。然而，在全球煤炭產量急劇增加的同時，不斷發(fā)生的礦難也吞噬著煤礦工人的生命。為了解決煤炭工業(yè)安全問題，人們一方面加大對煤炭工業(yè)的安全監(jiān)管力度，另一方面也一直在研究礦山救援技術。國內外研究機構研發(fā)了相應的井下偵測車、指揮車、救援車、清障車等井下作業(yè)車 輛。煤礦發(fā)生災害事故后，各種裝甲車由救援人員駕駛能夠深入事故礦井災變現(xiàn)場，清除井下路障、實施救援、探測前方的環(huán)境條件(溫度、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、瓦斯氣體濃度、呼救聲訊等信息)，并實時回傳這些信息，為救災指揮人員提供重要的現(xiàn)場災害信息?，F(xiàn)有井下裝甲車大多采用傳統(tǒng)內燃機或者電機作為動力裝置，內燃機在運行過程中機體及排氣溫度高、熱輻射大，而電機驅動極有可能出現(xiàn)電火花。然而，礦難發(fā)生后瓦斯出現(xiàn)擴散，現(xiàn)有傳統(tǒng)裝甲車可能引起瓦斯爆炸，再次危及井下幸存者的生命。

實用新型內容本實用新型的目的是針對傳統(tǒng)煤礦井下裝甲車的缺陷，結合壓縮空氣動力汽車的特點，提供一種以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車。本實用新型采用的技術方案如下提供一種以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車，包括底盤和車身，底盤由前車橋、后車橋、車架、懸架及車輪-輪胎總成組成；車身連接在車架上，車架通過懸架連接在前車橋和后車橋上；還包括分別安裝于前車橋和后車橋的兩套轉向系統(tǒng)；轉向系統(tǒng)包括方向盤、轉向管柱、十字軸、轉向器、氣動輔助轉向機構及輔助轉向組件；分別安裝于前車橋和后車橋的兩臺壓縮空氣動力發(fā)動機；至少一個儲氣罐；儲氣罐通過管路依次連接開關閥組和減壓閥組，然后通過動力輸氣管分別連接至前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、氣動控制器、氣動輔助轉向機構和氣頂液制動機構；前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機排氣口與后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機進氣口之間設帶有控制閥的管路，前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機進氣口與后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機排氣口之間設帶有控制閥的管路。前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機和后車橋壓縮空氣發(fā)動機的供氣采用獨立供氣、串聯(lián)供氣和混合供氣等多種方式。獨立供氣時，車載儲氣罐對前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機分別供氣；串聯(lián)供氣時，車載儲氣罐中高壓壓縮空氣流經壓力調節(jié)裝置后，先進入第一個發(fā)動機膨脹做功，其排氣進入第二個發(fā)動機繼續(xù)充分膨脹做功；混合供氣時，車載儲氣罐中高壓空氣流經壓力調節(jié)裝置后，先進入第一個發(fā)動機膨脹做功，然后其排氣與車載儲氣罐中高壓空氣均進入第二個發(fā)動機進行膨脹做功。裝甲車具有雙向行駛能力，前車橋和后車橋均裝備轉向系統(tǒng)，包括方向盤、轉向管柱、十字軸、轉向器、氣動輔助轉向機構及其它轉向組件，保證裝甲車在井下不用掉頭轉彎即可逆向行駛，具有充分機動性。整車配置有前車橋氣動驅動轉向機構、后車橋氣動驅動轉向機構。當轉向阻力較小時，氣動驅動轉向機構關閉，只通過機械轉向器、轉向傳動機構等機械機構實現(xiàn)人力轉向，以節(jié)省氣罐耗氣。當路面轉向阻力較大時，氣動驅動轉向機構開啟，通過前車橋氣動驅動轉向機構或后車橋氣動驅動轉向機構，將輔助轉向力疊加到駕駛員方向盤作用力上，克服路面轉向阻力實現(xiàn)轉向。作為改進，還可以省去裝在后車橋上的轉向機構，通過機械結構將后車橋方向盤和前車橋轉向系統(tǒng)連接，當裝甲車需要逆向行駛時，通過后車橋方向盤控制前車橋轉向系統(tǒng)進行轉向。變速器可以只設置高速擋和低速擋，取消變速器低速倒擋和高速倒擋，在減速器-差速器總成位置設置倒擋，實現(xiàn)正向 或者逆向行駛。裝甲車制動系統(tǒng)采用氣頂液制動機構和人力輔助制動機構結合，保證裝甲車制動系統(tǒng)可靠性。氣頂液制動機構為裝甲車行駛過程中提供足夠制動力。行駛過程中，當駕駛員踩下制動踏板時,氣頂液制動機構中流量閥調節(jié)制動活塞氣缸的供氣，實現(xiàn)制動。人力輔助制動機構采用機械腳剎制動機構，為裝甲車駐車時提供制動力。裝甲車前后駕駛室均可以控制氣頂液制動機構和人力輔助制動機構。作為一種改進，所述壓縮空氣動力發(fā)動機是往復活塞式多缸發(fā)動機或旋轉活塞式多缸發(fā)動機。作為一種改進，所述壓縮空氣動力發(fā)動機通過動力傳動裝置連接至車輪-輪胎總成；動力傳動裝置包括離合器、變速器和減速器-差速器總成；所述變速器具有高速擋、低速擋、高速倒擋和低速倒擋。低速擋用于控制裝甲車正向慢速行駛，使前車橋和后車橋具有高扭矩、低轉速特性，用于克服高阻力路面。高速擋用于控制裝甲車快速行駛，使前車橋和后車橋具有低扭矩、高轉速特性，用于克服低阻力路面。低速倒擋用于裝甲車逆向行駛時，控制裝甲車慢速行駛，使前車橋和后車橋具有高扭矩、低轉速特性，用于克服高阻力路面。高速倒擋用于裝甲車逆向行駛時，控制裝甲車快速行駛，使前車橋和后車橋具有低扭矩、高轉速特性，用于克服低阻力路面。作為一種改進，所述前車橋和后車橋均為整體橋式非獨立懸架，承載力強驅動性好。作為一種改進，所述車輪-輪胎總成中的輪胎是橡膠防爆胎。為應對極惡劣工況，可以將裝甲車一軸或多軸改為履帶驅動，形成輪胎-履帶混合驅動，或者全履帶驅動，增強裝甲車通過性。作為一種改進，還包括通過管路與儲氣罐連接的車載高壓壓縮空氣充氣裝置，具備與井下高壓壓縮空氣補給站匹配的充氣接口。利用井下高壓壓縮空氣補給站給車載儲氣罐充氣，可增加裝甲車續(xù)駛里程。作為一種改進，所述儲氣罐是鋁合金內膽碳纖維纏繞的高壓儲氣罐。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型采用兩臺多缸壓縮空氣動力發(fā)動機作為裝甲車的動力源，利用了壓縮空氣的無污染性、空氣介質易獲取、易壓縮儲存和傳輸控制方便等特性，又利用了空氣動力發(fā)動機排氣為低溫純凈空氣，不會對煤礦巷道造成空氣污染；壓縮空氣動力發(fā)動機工作過程是一個吸熱過程，避免了傳統(tǒng)井下裝甲車的熱輻射導致的瓦斯爆炸；壓縮空氣動力發(fā)動機利用高壓壓縮空氣實現(xiàn)自啟動，避免傳統(tǒng)井下裝甲車需要電啟動而產生的電火花；整車主要控制元件采用高壓壓縮空氣作為動力源驅動，避免電力驅動可能產生的電火花現(xiàn)象；以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車，可以實現(xiàn)雙向行駛，避免在井下掉頭轉彎需要過大的轉彎半徑；變速器設置高速擋和低速擋兩類擋位，保證裝甲車在高阻力路面行駛時有較大的輸出扭矩，在低阻力路面行駛時有較大的車速；采用氣頂液制動機構配合人力輔助制動機構，保證裝甲車的制動安全性；前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機供氣采用獨立供氣、串聯(lián)供氣和混合供氣等多種方式，保證動力性的同時減少儲氣罐耗氣；整車主要控制元件均采用壓縮空氣作為動力源，避免電力驅動可能產生的電火花現(xiàn)象；前車橋和后車橋均采用整體橋式非獨立懸架，承載力強，驅動性好；整車輪胎采用橡膠防爆胎，通過性強?？梢园凑仗厥庖筮M行改造，如配備鉆頭改造為清障車，配備偵測裝置改造為偵測車。

圖I :井下裝甲車的總體結構示意圖； 圖2 :井下裝甲車的氣動系統(tǒng)示意圖；圖3 :大負荷工況時發(fā)動機工作氣流方向示意圖；圖4 :中負荷工況時發(fā)動機工作氣流方向示意圖；圖5 :低負荷工況時發(fā)動機工作氣流方向示意圖；圖6 :井下裝甲車的氣動驅動轉向機構示意圖。
具體實施方式
圖I給出了井下裝甲車的總體結構示意圖。它包括車身I、車輪-輪胎總成2、前車橋3、后車橋4、車架5，車身I固定在車架5上，車架5連接并固定在前車橋3和后車橋4上，車橋連接車輪-輪胎總成2構成車體。車體上安裝有氣動控制器12，氣頂液制動機構
11、人力輔助制動機構21、前車橋氣動驅動轉向機構23、后車橋氣動驅動轉向機構24 ;車體上安裝有前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6、后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7，分別通過動力輸氣管22、減壓閥組10、開關閥組9與車載儲氣罐8相連；前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7分別通過前車橋變速器13、前車橋減速器-差速器總成14和后車橋變速器20、后車橋減速器-差速器總成19將驅動力傳遞給前車橋3和后車橋4，并帶動車輪-輪胎總成2轉動。車載儲氣罐8中高壓壓縮空氣經過減壓閥組10調壓控制后，通過動力輸氣管22供給前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7使用。裝甲車的車載儲氣罐8由超輕耐高壓材料制作。圖2給出了井下裝甲車的氣動系統(tǒng)示意圖。車載儲氣罐8中高壓壓縮空氣通過開關閥組9，再經減壓閥組10減壓后，分成三路一路通過動力輸氣管22進入前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6，驅動裝甲車行駛；一路通過動力輸氣管22進入后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7，驅動裝甲車行駛；一路通過管路傳輸?shù)綒鈩涌刂破?2，控制前車橋氣動驅動轉向機構23、后車橋氣動驅動轉向機構24、氣控車門裝置(圖中未示出)、氣控車窗裝置(圖中未示
屮、坐
LU / 寸 o[0028]裝甲車行駛過程中，當駕駛員踩下制動踏板(圖中未示出)時，氣頂液制動機構11中的流量閥(圖中未示出)調節(jié)制動活塞氣缸(圖中未示出)的供氣，實現(xiàn)制動。當裝甲車駐車時，人力輔助制動機構21采用機械腳剎制動機構為裝甲車提供制動力。裝甲車前后駕駛室均可以控制氣頂液制動機構11和人力輔助制動機構21。圖3-5給出了井下裝甲車的發(fā)動機工作氣流方向示意圖。裝甲車運行于大負荷工況時車載儲氣罐8同時向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供給高壓壓縮空氣，驅動裝甲車行駛，具體氣流方向如圖3所示。裝甲車運行于中負荷工況時當裝甲車正向行駛時，車載儲氣罐8向后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供給高壓壓縮空氣，驅動車輪-輪胎總成2 ;后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7排氣通過動力輸氣管22進入前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6，作為其部分進氣，同時車載儲氣罐8向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6供給高壓壓縮空氣，兩股氣體同時推動前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6，驅動車輪-輪胎總成2，最終廢氣從前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6排出，具體氣流方向如圖4中實線所示。當裝甲車逆向行駛時，車載儲氣罐8向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6供給高壓壓縮空氣，驅動車輪-輪胎總成2 ;前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6排氣通過動力輸氣管22進入后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7，作為其部分進氣，同時車載儲氣罐8向后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供給高壓壓縮空氣，兩股氣體同時推動后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7，驅動車輪-輪胎總成2，最終廢氣從后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7排出，具體氣體流動線路如圖4中虛線所示。裝甲車運行于低負荷工況時 當裝甲車正向行駛時，車載儲氣罐8向后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供給高壓壓縮空氣，驅動車輪-輪胎總成2 ;同時后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7排氣通過動力輸氣管22進入前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6，驅動車輪-輪胎總成2，具體氣流方向如圖5中實線所示。當裝甲車逆向行駛時，車載儲氣罐8向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6供給高壓壓縮空氣，驅動車輪-輪胎總成2 ;同時前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6排氣通過動力輸氣管22進入后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7，驅動車輪-輪胎總成2，具體氣流方向如圖5中虛線所示。圖6給出了井下裝甲車的氣動驅動轉向機構示意圖。氣動驅動轉向機構的主要部件為機械轉向器與轉向動力缸總成27,它包括氣動助力活塞缸(包括助力活塞缸右腔26、助力活塞缸左腔28)、轉向控制閥29和相關氣壓管路。轉向器采用循環(huán)球式整體轉向器31，其結構類似于常規(guī)采用液壓助力的循環(huán)球式動力轉向器。助力活塞缸驅動力作用在循環(huán)球螺母上。當采用氣動驅動轉向時，來自車載儲氣罐8的高壓壓縮空氣進入助力活塞缸一側，推動活塞運動，將輔助轉向力傳遞到轉向螺母32，疊加到駕駛員方向盤作用力上。當轉向阻力較小時，氣動驅動轉向機構關閉，只通過機械轉向器27、轉向傳動機構30等機械機構實現(xiàn)人力轉向，以節(jié)省氣罐耗氣。當路面轉向阻力較大時，氣動驅動轉向機構開啟，通過前車橋氣動驅動轉向機構23或后車橋氣動驅動轉向機構24，并結合人力轉向結合，使裝甲車克服路面轉向阻力實現(xiàn)轉向。整車前車橋3和后車橋4均采用整體橋式非獨立懸架，承載力強，驅動性好；整車車輪-輪胎總成2采用橡膠防爆輪胎。駕駛員根據井下路況選擇合適的變速器擋位。當路面為高阻力路面時，選擇變速器低速擋，用于控制裝甲車慢速運行，使前車橋3和后車橋4具有高扭矩、低轉速特性。當路面為低阻力路面時，選擇變速器為高速擋，用于控制裝甲車快速行駛，前車橋3和后車橋4具有低扭矩、高轉速特性。車載儲氣罐8向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供氣量由車載控制單元(圖中未示出)控制。車載控制單元根據裝甲車車速、加速度、前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機輸出扭矩及功率、后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機輸出扭矩及功率、車載儲氣罐壓力及溫度等參數(shù)確定車載儲氣罐向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供氣量。車載控制單元通過控制車載儲氣罐向前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機7供氣量,保證前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機6和后車橋壓縮空氣動力發(fā)-動機7轉速相同，使前車橋3和后車橋4通過路面進行動力耦合。初步計算表明，當車載氣罐壓力為30MPa，體積為600升，裝甲車總重2噸，考慮一定的路面阻力和空氣阻力，壓縮空氣動力發(fā)動機可以使裝甲車以時速15km/h續(xù)駛40km。同時也可以保證裝甲車在20°的坡度上，以時速10km/h續(xù)駛2km，足以滿足以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車的需要。
權利要求1.一種以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車，包括底盤和車身，底盤由前車橋、后車橋、車架、懸架及車輪-輪胎總成組成；車身連接在車架上，車架通過懸架連接在前車橋和后車橋上；其特征在于，還包括 分別安裝于前車橋和后車橋的兩套轉向系統(tǒng)；轉向系統(tǒng)包括方向盤、轉向管柱、十字軸、轉向器、氣動輔助轉向機構及輔助轉向組件； 分別安裝于前車橋和后車橋的兩臺壓縮空氣動力發(fā)動機； 至少一個儲氣罐；儲氣罐通過管路依次連接開關閥組和減壓閥組，然后通過動力輸氣管分別連接至前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、氣動控制器、氣動輔助轉向機構和氣頂液制動機構； 前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機排氣口與后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機進氣口之間設帶有控制閥的管路，前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機進氣口與后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機排氣口之間設帶有控制閥的管路。
2.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，所述壓縮空氣動力發(fā)動機是往復活塞式多缸發(fā)動機或旋轉活塞式多缸發(fā)動機。
3.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，所述壓縮空氣動力發(fā)動機通過動力傳動裝置連接至車輪-輪胎總成；動力傳動裝置包括離合器、變速器和減速器-差速器總成；所述變速器具有高速擋、低速擋、高速倒擋和低速倒擋。
4.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，所述前車橋和后車橋均為整體橋式非獨立懸架。
5.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，所述車輪-輪胎總成中的輪胎是橡膠防爆胎。
6.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，還包括通過管路與儲氣罐連接的車載高壓壓縮空氣充氣裝置，具備與井下高壓壓縮空氣補給站匹配的充氣接口。
7.根據權利要求I所述的井下裝甲車，其特征在于，所述儲氣罐是鋁合金內膽碳纖維纏繞的高壓儲氣罐。
專利摘要本實用新型涉及煤礦井下車輛，旨在提供一種以壓縮空氣作為動力的井下裝甲車。該裝甲車除通常車輛主體結構外，還包括分別安裝于前車橋和后車橋的兩套轉向系統(tǒng)和兩臺壓縮空氣動力發(fā)動機；儲氣罐通過管路依次連接開關閥組和減壓閥組，然后通過動力輸氣管分別連接至前車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、后車橋壓縮空氣動力發(fā)動機、氣動控制器、氣動輔助轉向機構和氣頂液制動機構；兩個發(fā)動機排氣口、進氣口之間交叉相接。本實用新型利用了壓縮空氣的無污染性、空氣介質易獲取、易壓縮儲存和傳輸控制方便等特性，避免熱輻射、電火花導致的瓦斯爆炸；可以實現(xiàn)雙向行駛，發(fā)動機供氣采用多種供氣方式；整車承載力強，驅動性好，通過性強。
文檔編號B62D1/02GK202439554SQ20122005534
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者俞小莉, 葉錦, 徐煥祥, 李道飛, 江東東, 王雷 申請人:浙江大學