王振華

（晉能控股集團同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

目前，伴隨著越來越多現(xiàn)代化手段被應用到了煤礦運輸行業(yè)當中，無軌膠輪車也得到了廣泛的運用，并在其中取得了十分有效的應用價值。但是在運行過程中，針對這些無軌膠輪車經(jīng)常發(fā)生的跑車、速度失控等問題，當前采取的主要應對手段就是借助于蹭幫、安裝防護板、防護網(wǎng)以及防護墻等方式進行有效的減速制動，但是這些方法從根本上存在較大的安全隱患，效果也不明顯[1]。因此，設計了一款無軌膠輪車失速保護系統(tǒng)并展開應用研究。

1 輔助運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，我國大部分煤礦井下作業(yè)受煤礦作業(yè)區(qū)域坡度較大或者連續(xù)式下坡作業(yè)條件的影響，在使用無軌膠輪車過程中，經(jīng)常會由于車輛超速行駛、掛擋失敗以及剎車失靈等問題，而導致無軌膠輪車發(fā)生嚴重的跑車故障，而這種跑車故障一旦發(fā)生，就會導致無軌膠輪車在運行過程中對工作人員人身財產(chǎn)安全造成一定威脅，因此逐漸成為了礦山作業(yè)當中的重要安全隱患，因此，為確保提升無軌膠輪車運行穩(wěn)定性與安全性，就必須積極引進并應用失速保護系統(tǒng)，比如WSKB 失速保護系統(tǒng)。接下來我將針對該系統(tǒng)當中的主要裝置進行分析。

2 無軌膠輪車失速保護系統(tǒng)總體方案設計

本文所研究系統(tǒng)參考了艦載機在著陸過程中的制動方式，選擇使用在尾鉤部位掛阻攔繩進行制動。當車輛由于掛擋失敗或者剎車失靈等因素導致車輛失速、跑車故障時，司機可以通過踩下制動踏板，及時釋放尾鉤，在尾鉤到達吸能器位置之后，阻攔繩索就會隨之被尾鉤掛住，從而對車輛施加一個充足的外力，讓車輛能夠緩慢制動，在經(jīng)過一段緩沖距離之后，最終讓車輛完全停下[2]。被制動車輛受到后與下兩個方向上均勻的力而制動，因此車輛一般不會出現(xiàn)側翻的風險。同時在尾鉤當中還有一個防脫裝置，用來確保繩索不會自動脫落。采取了電控系統(tǒng)針對尾鉤狀態(tài)進行監(jiān)測，同時將具體的車輛信息上傳到基站當中，即設計了如圖1 所示的監(jiān)控系統(tǒng)，在車輛接受到尾鉤脫落信號之后，無線基站會將報警信號發(fā)出，提醒車內所有人員此時尾鉤已經(jīng)完成釋放，做好后續(xù)準備。LED 顯示屏也會實時報警，以便于對其他車輛進行提醒。這些信息還會在經(jīng)過基站之后，上傳到上位機系統(tǒng)當中，而區(qū)間測速與交通信號管理這兩大系統(tǒng)當中的信息，都會借助于這個電控系統(tǒng)上傳到上位機系統(tǒng)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖

3 無軌膠輪車失速保護系統(tǒng)具體設計

3.1 無軌膠輪車失速保護裝置

3.1.1 車載設備

在系統(tǒng)當中，將車載設備全部固定到了車輛本體上，車載設備可包括尾鉤及其釋放裝置、無線基站、傳感器以及本安電源等關鍵設備。就無線基站這一車載設備來說，主要采取不銹鋼材質的基站外殼，采取拉絲設計方式。在基站當中還分別嵌入了無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及工業(yè)數(shù)據(jù)的處理器，因此可以適應各種惡劣的煤礦井下作業(yè)環(huán)境。就傳感器車載設備主要應用了位置傳感器，用于位置檢測，芯片采取瑞士生產(chǎn)的傳感器芯片，具有精確度高、反應靈敏、強穩(wěn)定性等優(yōu)勢，外殼為不銹鋼材質，有著良好的密封性能，防水等級能夠達到IP67，這種傳感器大多在汽車上也有應用，具有良好的抗震性能。上述設備都具有較強的獨立性，不會對無軌膠輪車原有性能造成改變[3]。

3.1.2 巷道設備

在失速保護裝置當中的巷道設備主要包括本安無線基站、阻攔繩索如圖2 所示、巷道報警顯示器以及控制箱等等。其中的無線基站即無限接收控制器，其中有進口的可編程PLC 以及嵌入式的以太網(wǎng)交換機，從而有效提升了數(shù)據(jù)處理效率與可靠性。其中的巷道報警顯示器主要為LED 顯示屏，選擇超量LED 燈材質，在煤礦井下作業(yè)時照射距離可達200 m，內部設置有報警裝置，報警聲響可達85 分貝以上。其中的阻攔繩索能夠有效防止攔截過程中沖擊無軌膠輪車，從而確保車上工作人員的人身安全，同時也能夠存儲充足鋼絲繩，借助于較長的緩沖距離來對車輛沖擊力進行吸收。另外，巷道按結構劃分還可以分為直線型巷道（如圖2 所示）與三岔口巷道（如圖3 所示），因此在選擇巷道設備時需要充分考慮兩種不同結構的巷道類型。

圖2 直線型巷道結構

圖3 三岔口型巷道結構

3.2 區(qū)間測速裝置設計

3.2.1 區(qū)間測速設計

區(qū)間測速裝置主要組成有無線發(fā)射裝置、無線接收裝置、光纜以及工控機等。其中無線發(fā)射裝置設置到了無軌膠輪車的駕駛室當中，在車輛啟動之后，無線發(fā)射裝置會通過無線電波向外界輸送車輛信息。無線接收裝置則設置到了區(qū)間測速巷道當中，分別在起始點與終止點設置兩臺無線接受裝置，能夠針對無線發(fā)射裝置當中發(fā)射出的無線電波進行接收，并借助于兩臺接收裝置之間的光纜連接，實現(xiàn)相互之前的數(shù)據(jù)交換。工控機則設置到了調度室當中，由無線接受裝置負責接收車輛信息，并將具體的參數(shù)上傳到工控機當中，再由工控機當中的無軌膠輪車區(qū)間測速上位機軟件開展后續(xù)的分析與計算[4]。

3.2.2 視頻錄制設計

視頻錄制裝置的主要組成一般由高清的網(wǎng)絡攝像設備以及補光燈設備組成。其中高清的網(wǎng)絡攝像設備主要復雜對視頻圖像進行采集，并在區(qū)間測速的出口位置與入口位置分別安裝高清的網(wǎng)絡攝像設備，當無軌膠輪車經(jīng)過這部分區(qū)域之后，由高清的網(wǎng)絡攝像設備負責對視頻信息進行采集，而后將這些視頻信息存儲到調度室當中的工控機內部，從而更有助于在車輛發(fā)生超速之后對視頻信息進行查閱分析[5]。

3.3 交通管理裝置設計

這種裝置在無軌膠輪車失速保護系統(tǒng)當中，主要的作用就是針對斜井巷道與輔助運輸工作進行智能化的交通管理。借助于對煤礦井口、井下的丁字或十字路口安裝LED 顯示屏，對車輛通行情況進行合理控制，從而保障車輛運行的有序性。本文中所研究的系統(tǒng)組成主要有地面設備與井下設備兩方面。其中地面設備可分為工控機設備、操作軟件設備、網(wǎng)絡光端機設備以及系統(tǒng)監(jiān)控設備等等。井下設備可分為車載無線設備、紅外線接收設備、控制箱設備、礦用電纜設備、LED 顯示屏如圖3 所示以及礦用電源等等[6]。

3.4 硬件模塊搭建

以PIC18F4580 特性為基礎的硬件模塊搭建需要滿足以下功能：運算功能。能夠對信息進行接收并開展邏輯運算，將其換算為具體的狀態(tài)信息；通信功能，能夠和上位監(jiān)控主機進行雙向的通信，將數(shù)據(jù)上傳，將命令接收，并與檢測點進行單向通信，對檢測點當中的數(shù)據(jù)進行接收；控制功能，借助于對LED顯示屏進行顯示控制，實時控制膠輪車運行狀態(tài)；分配獨立地址功能，從而對不同基站進行區(qū)分。因此總結來看，主要包括以下模塊：RS-485 通信模塊、無線通信模塊、CAN 通信模塊、輸出控制模塊、電源模塊。如下頁圖4 所示。

圖4 硬件模塊框架圖

4 應用情況分析

針對本文中所研究的失速保護系統(tǒng)在某公司當中進行了實踐應用測試，并取得了十分優(yōu)異的應用成果，后期該系統(tǒng)在更多的煤礦井下得到大力推廣應用。例如：副平硐全長3 724 m，坡度6.5°，且連續(xù)下坡道路，通過現(xiàn)場實地勘察，安裝3 組共6 道吸能器及阻攔索。兼顧考慮副平硐整條運輸線、安裝地點坡度較大、距離落平段距離較近及路面平整度，在副平硐1 200 m、2 200 m、3 200 m 道路兩側安裝2 個吸能器及阻攔索，相鄰兩道阻攔索之間間距50 m。同時，在副平硐井口及井底車場安裝區(qū)間測速無線接收分站，并在副平硐井口、井下十字路口及丁字路口安裝交通管理紅綠LED 顯示屏。根據(jù)實踐效果來看，通過無軌膠輪車時速控制系統(tǒng)的有效應用，能夠針對無軌膠輪車的實際運行狀態(tài)以及礦內運輸情況進行實時監(jiān)測，能夠有效解決我國大部分煤礦井下坡度過大、運輸管理工作難度大的問題，有效提升了輔助運輸工作的工作效率與安全性。