郝亞星

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

隨著煤礦行業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)、新裝備的推廣應(yīng)用，無軌膠輪車以其運輸速度快、能力大、效率高、成本低、靈活性強、安全性好及可實現(xiàn)不轉(zhuǎn)載運輸?shù)忍攸c，已廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)運輸中。然而無軌膠輪車在坡度較大，行程較長的坡度上下坡時因長時間制動，易引起制動器發(fā)熱，甚至失效，而導(dǎo)致跑車事故，輕者撞壞設(shè)備、支架，重者造成人員傷亡[1-3]。經(jīng)反復(fù)分析研究，設(shè)計開發(fā)了一種無軌膠輪車失速報警裝置，即利用先進的無線通信技術(shù)將移動中的膠輪車和固定點的跳繩機構(gòu)實現(xiàn)互聯(lián)。設(shè)置在車內(nèi)的控制器實時采集膠輪車速度，車速超過某一預(yù)先設(shè)定值時，輸出報警信號，提醒司機進行制動減速，如果制動失效，司機通過按鈕手動操作控制膠輪車落鉤；超速時間超過設(shè)定值時，自動輸出控制落鉤；同時控制器發(fā)出跳繩命令(無線信號)，設(shè)置在膠輪車運行路線上的控制器接收到跳繩命令，驅(qū)動跳繩機構(gòu)跳繩，保證膠輪車落下的尾鉤勾住跳起的鋼絲繩，吸能器迅速吸收失速膠輪車動能，達到攔截目的;同時控制報警箱進行“發(fā)生跑車，注意躲避！”語音報警，提醒巷道工作人員，提高生產(chǎn)運輸安全性。

1 速度失控防護裝置組成

該裝置主要包含膠輪車上設(shè)備、巷道設(shè)備及調(diào)度室管理設(shè)備。

1)安裝于膠輪車上的設(shè)備。包括控制器、尾鉤機構(gòu)、測速傳感器、脫鉤檢測傳感器、報警器、電磁鐵等。主要實現(xiàn)膠輪車運行速度的檢測、超速判斷、超速時長分析、超速報警、脫鉤控制、脫鉤檢測、與巷道設(shè)備的無線通信等。

2)安裝于巷道的巷道設(shè)備。包括控制器、跳繩機構(gòu)、電磁鐵、吸能器、報警箱、顯示屏和攝像儀等。主要實現(xiàn)與膠輪車的無線通信、識別區(qū)段內(nèi)膠輪車信息、超速信息、控制跳繩機構(gòu)實現(xiàn)跳繩攔截、攔截緩沖、巷道報警、顯示膠輪車車速、巷道視頻信息采集及通信。

3)調(diào)度室管理設(shè)備。包括計算機、監(jiān)視器、錄像機。主要實現(xiàn)巷道膠輪車位置信息顯示、超速報警及巷道視頻信號的顯示等。

無軌膠輪車速度失控防護裝置拓撲圖如圖1所示。圖1中巷道布置的控制器通過CAN總線聯(lián)網(wǎng)后進入監(jiān)控室的計算機，攝像儀通過光纖相連進入監(jiān)控室的錄像機中。膠輪車控制器通過無線通信和巷道的控制器進行數(shù)據(jù)傳輸，尾鉤機構(gòu)和控制器安裝于膠輪車底部。巷道設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場情況，在防護距離點進行設(shè)置安裝。攝像儀設(shè)置在巷道重要的場所，便于監(jiān)測膠輪車運行情況。

圖1 無軌膠輪車速度失控報警裝置拓撲圖

2 裝置功能

1)攔截機械制動功能。在膠輪車車輛制動失靈或超速時，司機操作控制按鈕或者根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動控制釋放尾鉤，尾鉤勾住巷道地面鋼絲繩，利用與鋼絲繩相連的吸能器吸收失控車輛的動能，實現(xiàn)車輛平穩(wěn)制動。

2)信號報警功能。膠輪車超速時，車內(nèi)聲光報警箱輸出報警信號，提醒司機注意減速慢行；膠輪車制動失控時，巷道的報警箱進行聲光報警，提醒巷道工作人員及車輛注意安全。

3)速度測量和設(shè)定功能。在運輸過程中，全程實時測量膠輪車運行速度。并可設(shè)定報警或者脫鉤速度限定值。

4) 交通管理功能。管理人員能夠?qū)崟r了解各區(qū)段內(nèi)有膠輪車位置、速度等信息，便于及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理，保證膠輪車有序、安全運行。

5)運輸記錄。設(shè)置在調(diào)度室的計算機對井下區(qū)段路線進行模擬畫面顯示，能記錄車輛行駛的速度、超速時間、超速區(qū)段等信息，便于運輸管理、事故追查。

6)視頻監(jiān)視。視頻監(jiān)視裝置安裝示意圖如圖2所示，主要對膠輪車行駛情況進行視頻錄像和遠端的畫面顯示，提供視頻歷史記錄信息,方便管理人員查詢。

1-脫扣結(jié)構(gòu)；2-礦用車輛；3-控制器；4-踏板裝置；5-彈繩結(jié)構(gòu)；6-吸能器

3 工作原理

電氣原理如圖3所示。

1) 安裝在膠輪車上的控制器設(shè)置有相應(yīng)的機車編號信息及速度限制、超速等信息。膠輪車啟動運行，測速機構(gòu)工作，安裝在膠輪車上的控制器采集膠輪車運行速度，并實時把膠輪車的運行速度、編號、跑車等信息通過無線模塊發(fā)送出去;膠輪車進入控制器的接受范圍內(nèi)，巷道設(shè)置的控制器接收膠輪車發(fā)送的無線信息，控制器控制顯示屏進行區(qū)域內(nèi)膠輪車行駛速度的顯示，便于巷道工作人員及司機查看;同時,上傳給調(diào)度室的管理計算機，計算機模擬顯示膠輪車的位置及車速，管理人員可通過顯示器查看膠輪車的運行情況。

圖3 電氣原理框圖

2) 當(dāng)車速超過設(shè)定值后，膠輪車上控制器發(fā)出報警信號提醒司機降低車速安全行駛。在制動失靈情況下，膠輪車司機可以通過按下脫鉤按鈕發(fā)送脫鉤命令，控制器接收到按鈕信號后，輸出控制尾鉤機構(gòu)動作，進行脫鉤，控制器通過脫鉤檢測傳感器檢測尾鉤落下情況；同時發(fā)送脫鉤跳繩無線信號，以便巷道控制器接收進行跳繩。如果超速運行超過設(shè)定時間，控制器自動控制尾鉤機構(gòu)動作，進行脫鉤。

設(shè)置在膠輪車行駛路線巷道中的控制器接收到膠輪車上控制器發(fā)出的跳繩信號，馬上發(fā)出跳繩指令控制跳繩機構(gòu)動作,彈起鋼絲繩(可控制失速點一下所有攔截鋼絲繩跳出)。失速膠輪車經(jīng)過時，落下的尾鉤勾住彈起的鋼絲繩，在吸能器的緩沖作用下鋼絲繩有效攔截住失速跑動的膠輪車，保障巷道設(shè)備、膠輪車及巷道工作人員的安全。如果膠輪車在攔截點下方失速，即已行駛過了距離膠輪車最近的跳繩裝置，下級跳繩機構(gòu)可對膠輪車進行有效攔截。

檢測到膠輪車失控，膠輪車控制器控制尾鉤脫鉤，巷道控制器控制攔截繩跳起，同時通過報警箱進行全巷道“發(fā)生跑車、注意躲避”的聲光警示，提醒巷道工作人員注意躲避，防止失速車輛對工作人員造成傷害。

在膠輪車正常行駛或者發(fā)生跑車時，跳繩機構(gòu)控制器將自己接收范圍里的膠輪車速度、編號、超速等信息通過總線發(fā)送到監(jiān)控室的監(jiān)視器上，方便及時了解現(xiàn)場狀況并采取相應(yīng)措施。

為了提高攔截的可靠性，可根據(jù)情況，使失速位置下方所有攔截繩跳起。當(dāng)問題處理后對跳起的攔截鋼絲繩進行“復(fù)位”處理，使鋼絲繩放置在繩槽中，便于車輛順暢運行。

4 裝置特點

1)采用無線通信技術(shù)，實現(xiàn)膠輪車與巷道設(shè)備聯(lián)動，可靠性大幅提高。

2)采用先進高性能的傳感器對膠輪車運行測速，速度測量精度高，提高了裝置控制的準(zhǔn)確度。

3)柔性減速吸能器設(shè)計，技術(shù)領(lǐng)先，緩沖距離長，使膠輪車及司機的損傷程度降到了最低。

4)具有自動識別膠輪車行駛速度，判斷超速、警示、控制攔截機構(gòu)動作，同時具有司機手動控制攔截機構(gòu)動作，實施攔截。

5)采用聯(lián)網(wǎng)方式，自動識別各運行區(qū)段膠輪車信息，顯示膠輪車運輸所在的區(qū)段位置信息，便于管理人員管理調(diào)度。

5 結(jié)論

通過該電控防護裝置的開發(fā)設(shè)計，采用科學(xué)的、合理的4G通信模式智能保護控制方案后，能有效地防護礦用車輛速度失控跑車，為礦用車輛速度失控提供合理的智能保護；優(yōu)化煤礦運輸車輛安全形勢的分析能力，提高整車的安全性能，降低設(shè)備故障及人員傷亡事故率，增強適用性；同時增加車輛的運營安全系數(shù)，提高無軌膠輪車產(chǎn)品的市場競爭力和煤礦井下的運行效率，提高礦井系統(tǒng)的安全性。