CN114754131B - 一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿用防爆车辆安全操作技术领域，具体涉及一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置；包括挡杆锁紧机构，挡杆锁紧机构包括锁止部件和驱动锁止部件锁死挡杆或解除对挡杆的限制的气动执行元件；挡杆锁紧机构包括两组，一组为换向手柄挡杆锁紧机构、一组为换挡手柄挡杆锁紧机构；换挡手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括脚踏控制阀；换向手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括挡杆锁紧控制阀、手动制动阀，从手动制动阀的出口引出的控制气路与挡杆锁紧控制阀和车辆制动系统中的制动控制阀连接；手动制动阀同时控制挡杆锁紧控制阀和制动控制阀通断，该气动执行元件的动作与车辆制动系统的制动同步。

Description

一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置

技术领域

本发明属于矿用防爆车辆安全操作技术领域，具体涉及一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置。

背景技术

近几年，随着矿井现代化、智能化的建设，防爆胶轮车作为矿井下的主要辅助运输车辆，在井下工作人员和设备、物料的运输中起着重要作用。一般煤矿井下车辆的传动方式有两种：一是静液压驱动的传动系统，即闭式泵驱动液压马达，液压马达通过分动箱、传动轴驱动前、后桥，这样的系统为无级变速，仅通过控制油门的大小就能控制车辆的速度。二是液力传动的系统，即变速箱通过传动轴驱动前、后桥，此系统不仅要控制油门，还有驾驶员变换挡位来控制车辆的速度。

随着车辆在井下大量使用，且使用一段时间后发现液力传动系统的车辆变速箱损坏率呈现上升趋势。通过拆解变速箱发现：变速箱内前进后退的方向齿轮普遍存在不同程度的打齿现象。经过与煤矿驾驶人员的交流以及井下实际跟踪车辆的使用情况，最终发现车辆受井下巷道限制，经常需要车辆倒车，而驾驶人员还没有等车辆停稳就操作换向挡位，车辆立即切换到相反的行驶方向。还有些驾驶员经常进行跳挡操作，因换挡操作简单，车辆没有离合器，只需操作换挡手柄即可使车辆换挡，且手柄操作力小，经常由一挡直接变为三挡或是由三挡直接降为一挡。因煤矿井下特种车辆没有离合器，不熟悉车辆的驾驶人员甚至会在车辆行驶时，无意识的触碰到车辆的换挡杆使车辆换挡，这对车辆和驾驶人员都形成了安全隐患。如此操作车辆使用一段时间后就会出现变速箱的损坏。

发现这一使用问题后，立即组织了对防爆车辆的驾驶人员进行相关培训，但是由于驾驶人员的文化素质不高和井下特殊的作业环境，车辆由多个驾驶人员换班操作，大家认为这样做能够节约时间，提高效率，培训并不能杜绝上述违规操作，变速箱仍然在损坏。驾驶人员认为很小的违规操作，带来的是变速箱巨大的维修费用，甚至有些变速箱直接报废。这就需要车辆增加一套防止车辆没有停稳就换向的系统。为解决上述问题，发明了一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置。

发明内容

本发明为了规避驾驶员违规操作防爆胶轮车换挡、或误触挡杆造成防爆胶轮车边变速箱损坏的问题。

本发明提供了如下技术方案：一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，包括挡杆锁紧机构，挡杆锁紧机构包括锁止部件和驱动锁止部件锁死挡杆或解除对挡杆的限制的气动执行元件；

挡杆锁紧机构包括两组，一组为换向手柄挡杆锁紧机构、一组为换挡手柄挡杆锁紧机构；

换挡手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括脚踏控制阀，脚踏控制阀安装在车辆驾驶室内，通过脚踏控制阀控制气路通断，控制该气动执行元件动作；

换向手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括挡杆锁紧控制阀、手动制动阀，从手动制动阀的出口引出的控制气路与挡杆锁紧控制阀和车辆制动系统中的制动控制阀连接；手动制动阀同时控制挡杆锁紧控制阀和制动控制阀通断，该气动执行元件的动作与车辆制动系统的制动同步；

脚踏控制阀和手动制动阀连接高压气源，脚踏控制阀与挡杆锁紧控制阀的工作气路串联。

进一步地，气动执行元件为单作用弹簧复位气缸，换挡手柄挡杆锁紧机构中的是第一气缸，换向手柄挡杆锁紧机构中的是第二气缸；

脚踏控制阀的1口与高压气源相接、3口与大气相通、2口与制动控制阀和挡杆锁紧控制阀的控制口相接；挡杆锁紧控制阀的2口与第二气缸相接、1口与脚踏控制阀的2口相接、3口与大气相通；脚踏控制阀的1口与高压气源相接、3口与大气相通、2口与第一气缸相接；

第一气缸和第二气缸加压时缸杆克服弹簧压力缩回、锁止部件解除对挡杆的限制；

第一气缸和第二气缸泄压时弹簧复位将缸杆推出、锁止部件锁死挡杆。

进一步地，挡杆锁紧机构包括挡杆固定块、固定块导轨，固定块导轨向挡杆延伸，挡杆固定块可滑动地限制在固定块导轨上，挡杆固定块面向挡杆的一侧开有与挡杆的挡位一一对应的卡槽，气缸与挡杆固定块连接将挡杆固定块推向挡杆使卡槽锁死挡杆或拉动挡杆固定块使卡槽脱离挡杆。

进一步地，挡杆固定于挡杆滑块，挡杆滑块可滑动地限制在与挡杆的操作方向吻合的滑块导轨上，挡杆滑块的导管内装有定位小球和将定位小球推向滑块导轨的弹簧，滑块导轨上开有与定位小球相咬合的定位槽，定位槽的位置与挡杆的挡位对应。

进一步地，气缸的尾部为螺柱形式，与机架通过螺母锁紧。

进一步地，脚踏控制阀和手动制动阀与高压气源之间设置有气源压力表。

进一步地，手动制动阀与挡杆锁紧控制阀之间的气路中安装有换挡指示灯，换挡指示灯安装在驾驶室内。

进一步地，固定块导轨和滑块导轨上设置有截面为燕尾形状的滑槽，与轨道相接触的挡杆滑块和挡杆固定块也设置有燕尾结构。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

此装置与车辆的手动制动阀的操作相关联，形成互锁，因手动制动阀按下车辆会立即停车。车辆在换向时，车辆处于低速状态，此时按下手动制动阀车辆会停车，这时才能使车辆换挡。并且在驾驶室增加了指示灯，通过指示灯红绿颜色的变化，明确提示车辆的换向挡位阀处于什么状态，告诉驾驶员车辆为什么不能操作方向挡。

因为煤矿井下车辆大多为气启动，本身就有储气罐这一高压气源。利用车辆上的高压气源，分别给换挡手柄和换向手柄增加了由气缸控制的锁紧装置，这一装置由仿离合器的脚踏控制阀和气缸控制完成挡杆的锁紧和释放。手动制动阀也作为气动控制阀，从其出口引出控制气路，控制换挡、换向手柄的锁定气缸工作，这样就实现了手动制动阀与换向手柄互锁。

通过左脚控制脚踏控制阀，实现车辆的换挡、换向控制，这一设计仿照了手动挡车辆踩离合器换挡的操作，符合车辆的一般驾驶习惯，驾驶人员能够快速适应。

由气缸推动挡杆固定块实现换挡、换向手柄的锁紧，同时挡杆滑块内有定位小球的设计，不仅增加了换挡需要的力，挡位手柄操作到位时手感更加清晰，防止驾驶员跳挡。

手动制动阀与控制变速箱换向的挡杆锁紧控制阀相互关联，实现了必须车辆停止，并按下手动制动阀后，驾驶人员才能操作变速箱的换向手柄，改变车辆的行驶方向。避免了在车辆还未停稳，就开始操作换向手柄换向对变速箱造成的伤害。

手动制动阀与挡杆锁紧控制阀增加了换挡指示灯，驾驶室内的驾驶人员根据指示灯的颜色，就能判断车辆换挡装置所处的状态，同时也有利于出现故障时的判断。

附图说明

图1为挡杆锁紧机构示意图。

图2为挡杆锁紧机构原理图。

图中：1-滑块导轨；2-定位小球；3-弹簧；4-挡杆；5-挡杆固定块；6-单作用弹簧复位气缸；7-固定块导轨；8-挡杆滑块；9-制动控制阀；10-蓄能器；11-油源压力表；12-气源压力表；13-手动制动阀；14-脚踏控制阀；15-换挡指示灯；16-挡杆锁紧控制阀；17-第二气缸；18-第一气缸；19-油箱；20-脚踏制动阀；21-制动压力表；22-制动器；23-换向手柄；24-换挡手柄。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，包括挡杆锁紧机构，挡杆锁紧机构包括锁止部件和驱动锁止部件锁死挡杆或解除对挡杆的限制的气动执行元件；挡杆锁紧机构包括两组，一组为换向手柄挡杆锁紧机构、一组为换挡手柄挡杆锁紧机构；换挡手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括脚踏控制阀，脚踏控制阀安装在车辆驾驶室内，通过脚踏控制阀控制气路通断，控制该气动执行元件动作；换向手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括挡杆锁紧控制阀、手动制动阀，从手动制动阀的出口引出的控制气路与挡杆锁紧控制阀和车辆制动系统中的制动控制阀连接；手动制动阀同时控制挡杆锁紧控制阀和制动控制阀通断，该气动执行元件的动作与车辆制动系统的制动同步，强制等车辆停稳后才能操作换向挡杆改变车辆的行驶方向；脚踏控制阀和手动制动阀连接高压气源，脚踏控制阀与挡杆锁紧控制阀的工作气路串联。

气动执行元件为单作用弹簧复位气缸，换挡手柄挡杆锁紧机构中的是第一气缸18，换向手柄挡杆锁紧机构中的是第二气缸17；第一气缸18和第二气缸17加压时缸杆克服弹簧压力缩回、锁止部件解除对挡杆的限制；第一气缸18和第二气缸17泄压时弹簧复位、锁止部件锁死挡杆。

如图1所示；挡杆锁紧机构包括挡杆固定块5、固定块导轨7，固定块导轨7向挡杆延伸，挡杆固定块5可滑动地限制在固定块导轨7上，挡杆固定块5面向挡杆的一侧开有与挡杆的挡位一一对应的卡槽，卡槽为三角形，气缸与挡杆固定块5连接将挡杆固定块5推向挡杆使卡槽锁死挡杆或拉动挡杆固定块5使卡槽脱离挡杆。气缸的尾部为螺柱形式，与机架通过螺母锁紧。挡杆固定于挡杆滑块8，挡杆滑块8可滑动地限制在与挡杆的操作方向吻合的滑块导轨1上，挡杆滑块8的导管内装有定位小球2和将定位小球2推向滑块导轨的弹簧3，滑块导轨1上开有与定位小球2相咬合的定位槽，定位槽的位置与挡杆的挡位对应。固定块导轨7和滑块导轨1上设置有截面为燕尾形状的滑槽，与轨道相接触的挡杆滑块8和挡杆固定块5也设置有燕尾结构，确保两者配合使用。

针对驾驶人员跳挡和驾驶时误操作的现象，本实施例在换挡手柄处安装挡杆锁紧机构。当换挡手柄操作完成后，挡杆嵌入卡槽内，如果挡杆固定块5不移动，则换挡手柄不能进行换挡操作。这就避免了驾驶人员无意间的误操作。滑块导轨上定位槽的位置与换挡手柄的挡位对应，分别实现换挡手柄一、二、三挡的定位，以此来增加换挡手柄操作力，驾驶人员也能更加清晰的感觉到换挡手柄更换的挡位，这样就能避免跳挡的情况。

为了杜绝驾驶人员还没有等到车辆停稳就急着换向操作的行为，保护变速箱，本实施例在换向手柄处安装挡杆锁紧机构。滑块导轨上定位槽的位置与换向手柄的挡位对应，分别实现前进挡、空挡、后退挡的定位。

如图2所示；互锁系统主要由制动器22、制动压力表21、脚踏制动阀20、液压油箱19、制动控制阀9、蓄能器10、油源压力表11、气源压力表12、手动制动阀13、脚踏控制阀14、换挡指示灯15、挡杆锁紧控制阀16、第二气缸17、第一气缸18组成。第二气缸17和第一气缸18尾部为螺柱形式，与机架通过螺母锁紧，这样通过调整第二气缸17，就能调整挡杆固定块5到挡杆滑块8的距离。脚踏控制阀14是仿照地面手动挡车辆的离合器设计的，将其安装在驾驶室左脚能够控制到的位置，车辆行驶过程中，必须先踩脚踏控制阀14才能进行换挡或换向操作。

具体的工作过程为：将高压油源引致蓄能器10内，压力大小可由油源压力表11读出，这样能够确保车辆的有效制动。将高压气源引致手动制动阀13的1口，压力大小可由气源压力表12读出，确保有足够的气压控制其他气动元件。

当手动制动阀13拔出时，1口与2口相通，高压气源到达2口，同时也将高压气源引到阀芯的下端，克服阀内的弹簧力，保持阀芯换向。制动控制阀9的控制口与手动制动阀13的2口相通，高压气源到达制动控制阀9的控制腔推动阀芯换向，P口与A口相通，蓄能器10内的高压油液到达A口，并通过脚踏制动阀20的P口和A口到达制动器22的制动腔，高压油液推动制动弹簧，使制动器22解除制动，车辆才能行使。

如图中所示脚踏控制阀14没有被踩下，脚踏控制阀14的1口处于堵死位置，2口经3口与大气相通，第一气缸18在弹簧力的作用下伸出，驱动挡杆固定块向挡杆滑块移动，挡杆固定块的三角形凹槽卡住换挡手柄24，并在滑块导轨的方向压紧锁死，同时由于固定块导轨通过燕尾槽对挡杆固定块有限位作用，即挡杆固定块不会随着挡杆滑块向上滑动，此时换挡手柄24也不能换挡操作。

由上述可知当手动制动阀13拔出时，车辆能够正常行驶，但是无法操作换向手柄23，此时驾驶人员能够操作换挡手柄24，但是必须像操作手动挡的车辆一样，左脚踩下脚踏控制阀14，高压气源由1口到达2口，进入第一气缸18的有杆腔，高压气体推动气缸活塞，并克服弹簧力，使活塞杆收回，带动挡杆固定块沿着轨道向右移动，与换挡手柄24脱开，可以操作换挡手柄24对车辆进行换挡操作。当左脚松开脚踏控制阀14时，第一气缸18有杆腔的高压气体经过脚踏控制阀14的2口、3口进入大气，第一气缸18在弹簧力的作用下，推动挡杆固定块向左移动，将换挡手柄24锁紧。这一操作过程与手动挡的车辆的换挡操作类似，符合驾驶人员的操作习惯，能够使驾驶人员快速适应这一操作。

通过手动制动阀13、挡杆锁紧控制阀16的联合控制确保了车辆行驶时，换向手柄23被锁紧，无法进行换向操作。如果需要车辆换向行驶时，要求车辆必须停止后，才能进行换向操作。一般情况下车辆换向时，驾驶人员会踩制动使车辆停止，此时需要按下手动制动阀13，高压气源被截止在1口的位置，挡杆锁紧控制阀16的控制口由手动制动阀13的2口经3口与大气相通，挡杆锁紧控制阀16在复位弹簧力的作用下，1口经2口和第二气缸17的进气口相通。换挡指示灯15由于高压气源卸荷，显示为绿色，告知驾驶人员车辆能够进行换向操作。此时还需要踩下脚踏控制阀14，使高压气源经脚踏控制阀14的1口、2口和挡杆锁紧控制阀16的1口、2口进入第二气缸17的有杆腔，驱动活塞杆收回，带动挡杆固定块沿着轨道向右移动，与换向手柄23脱开，可以换向手柄23对车辆的行驶方向进行换向操作。松开脚踏控制阀14时，第二气缸17内的高压气源卸荷，挡杆固定块锁紧换向手柄23。

拔出手动制动阀13时，高压气源经过1口、2口与挡杆锁紧控制阀16的控制口相连通，进入其控制腔推动阀芯换向，这时挡杆锁紧控制阀16的1口处于堵死位置，2口经过3口与大气相通，第二气缸17在弹簧力的作用下伸出，驱动挡杆固定块向挡杆滑块移动，挡杆固定块的三角形凹槽卡住换向手柄23，并在滑块导轨的方向压紧锁死，同时由于固定块导轨通过燕尾槽对挡杆固定块有限位作用，即挡杆固定块不会随着挡杆滑块向上滑动，此时换向手柄23不能换向。装在驾驶室内的换挡指示灯15由于高压气源进入，显示为红色，告知驾驶人员车辆不能够进行换向操作。

本发明还确保了行车安全，当气源压力过低于0.4MPa时，手动制动阀13在阀内弹簧力的作用下，自动复位功能，将控制气释放，这是挡杆锁紧控制阀16在弹簧力的作用下换向到通气状态，可以控制脚踏控制阀14换向，将第二气缸17收回（气缸动作的最低气压为0.3MPa），换向手柄23换为空挡位置，当然还有控制脚踏制动阀20使车辆制动停止后寻找气压过低的原因。

煤矿井下车辆不可避免的会出现各种故障，该系统中设计有油源压力表11、气源压力表12可以检测进入系统的液压和气动的压力，如有异常可以查找外部原因。如果换挡指示灯15显示为绿色，踩下脚踏控制阀14后，挡杆固定块不动作，可以检查挡杆锁紧控制阀16是否卡滞，清洗或更换此阀，排除故障。当挡杆固定块不能锁紧换向手柄23或换挡手柄24时，可以检查气缸是否损坏。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，其特征在于：包括挡杆锁紧机构，挡杆锁紧机构包括锁止部件和驱动锁止部件锁死挡杆或解除对挡杆的限制的气动执行元件；

挡杆锁紧机构包括两组，一组为换向手柄挡杆锁紧机构、一组为换挡手柄挡杆锁紧机构；

换挡手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括脚踏控制阀，脚踏控制阀安装在车辆驾驶室内，通过脚踏控制阀控制气路通断，控制该气动执行元件动作；

换向手柄挡杆锁紧机构中气动执行元件的控制系统包括挡杆锁紧控制阀、手动制动阀，从手动制动阀的出口引出的控制气路与挡杆锁紧控制阀和车辆制动系统中的制动控制阀连接；手动制动阀同时控制挡杆锁紧控制阀和制动控制阀通断，该气动执行元件的动作与车辆制动系统的制动同步，制动系统制动车辆，驾驶人员才能操作变速箱的换向手柄；

脚踏控制阀和手动制动阀连接高压气源，脚踏控制阀与挡杆锁紧控制阀的工作气路串联；

所述的气动执行元件为单作用弹簧复位气缸，换挡手柄挡杆锁紧机构中的是第一气缸，换向手柄挡杆锁紧机构中的是第二气缸；

脚踏控制阀的1口与高压气源相接、3口与大气相通、2口与制动控制阀和挡杆锁紧控制阀的控制口相接；挡杆锁紧控制阀的2口与第二气缸相接、1口与脚踏控制阀的2口相接、3口与大气相通；脚踏控制阀的1口与高压气源相接、3口与大气相通、2口与第一气缸相接；

第一气缸和第二气缸加压时缸杆克服弹簧压力缩回、锁止部件解除对挡杆的限制；

第一气缸和第二气缸泄压时弹簧复位将缸杆推出、锁止部件锁死挡杆；

所述的挡杆锁紧机构包括挡杆固定块、固定块导轨，固定块导轨向挡杆延伸，挡杆固定块可滑动地限制在固定块导轨上，挡杆固定块面向挡杆的一侧开有与挡杆的挡位一一对应的卡槽，气缸与挡杆固定块连接将挡杆固定块推向挡杆使卡槽锁死挡杆或拉动挡杆固定块使卡槽脱离挡杆；

所述的挡杆固定于挡杆滑块，挡杆滑块可滑动地限制在与挡杆的操作方向吻合的滑块导轨上，挡杆滑块的导管内装有定位小球和将定位小球推向滑块导轨的弹簧，滑块导轨上开有与定位小球相咬合的定位槽，定位槽的位置与挡杆的挡位对应。

2.根据权利要求1所述的一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，其特征在于：所述的气缸的尾部为螺柱形式，与机架通过螺母锁紧。

3.根据权利要求1所述的一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，其特征在于：所述的脚踏控制阀和手动制动阀与高压气源之间设置有气源压力表。

4.根据权利要求1所述的一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，其特征在于：所述的手动制动阀与挡杆锁紧控制阀之间的气路中设置有换挡指示灯，换挡指示灯安装在驾驶室内。

5.根据权利要求4所述的一种仿离合器控制的换挡手柄互锁装置，其特征在于：所述的固定块导轨和滑块导轨上设置有截面为燕尾形状的滑槽，与轨道相接触的挡杆滑块和挡杆固定块也设置有燕尾结构。