一種電控無軌膠輪車速度失控防護裝置

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

隨著煤礦行業的發展，新技術、新裝備的推廣應用，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、安全性好及可實現不轉載運輸等特點，已廣泛應用于煤礦生產運輸中。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，易引起制動器發熱，甚至失效，而導致跑車事故，輕者撞壞設備、支架，重者造成人員傷亡[1-3]。經反復分析研究，設計開發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將移動中的膠輪車和固定點的跳繩機構實現互聯。設置在車內的控制器實時采集膠輪車速度，車速超過某一預先設定值時，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；超速時間超過設定值時，自動輸出控制落鉤；同時控制器發出跳繩命令(無線信號)，設置在膠輪車運行路線上的控制器接收到跳繩命令，驅動跳繩機構跳繩，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“發生跑車，注意躲避！”語音報警，提醒巷道工作人員，提高生產運輸安全性。

1 速度失控防護裝置組成

該裝置主要包含膠輪車上設備、巷道設備及調度室管理設備。

1)安裝于膠輪車上的設備。包括控制器、尾鉤機構、測速傳感器、脫鉤檢測傳感器、報警器、電磁鐵等。主要實現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、與巷道設備的無線通信等。

2)安裝于巷道的巷道設備。包括控制器、跳繩機構、電磁鐵、吸能器、報警箱、顯示屏和攝像儀等。主要實現與膠輪車的無線通信、識別區段內膠輪車信息、超速信息、控制跳繩機構實現跳繩攔截、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)調度室管理設備。包括計算機、監視器、錄像機。主要實現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總線聯網后進入監控室的計算機，攝像儀通過光纖相連進入監控室的錄像機中。膠輪車控制器通過無線通信和巷道的控制器進行數據傳輸，尾鉤機構和控制器安裝于膠輪車底部。巷道設備根據現場情況，在防護距離點進行設置安裝。攝像儀設置在巷道重要的場所，便于監測膠輪車運行情況。

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設定參數自動控制釋放尾鉤，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，實現車輛平穩制動。

2)信號報警功能。膠輪車超速時，車內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。管理人員能夠實時了解各區段內有膠輪車位置、速度等信息，便于及時發現問題并進行處理，保證膠輪車有序、安全運行。

5)運輸記錄。設置在調度室的計算機對井下區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、超速區段等信息，便于運輸管理、事故追查。

6)視頻監視。視頻監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-脫扣結構；2-礦用車輛；3-控制器；4-踏板裝置；5-彈繩結構；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置有相應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送出去;膠輪車進入控制器的接受范圍內，巷道設置的控制器接收膠輪車發送的無線信息，控制器控制顯示屏進行區域內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) 當車速超過設定值后，膠輪車上控制器發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送脫鉤命令，控制器接收到按鈕信號后，輸出控制尾鉤機構動作，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定時間，控制器自動控制尾鉤機構動作，進行脫鉤。

設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出的跳繩信號，馬上發出跳繩指令控制跳繩機構動作,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生跑車時，跳繩機構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送到監控室的監視器上，方便及時了解現場狀況并采取相應措施。

為了提高攔截的可靠性，可根據情況，使失速位置下方所有攔截繩跳起。當問題處理后對跳起的攔截鋼絲繩進行“復位”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，實現膠輪車與巷道設備聯動，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確度。

3)柔性減速吸能器設計，技術領先，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、控制攔截機構動作，同時具有司機手動控制攔截機構動作，實施攔截。

5)采用聯網方式，自動識別各運行區段膠輪車信息，顯示膠輪車運輸所在的區段位置信息，便于管理人員管理調度。

5 結論

通過該電控防護裝置的開發設計，采用科學的、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，提高無軌膠輪車產品的市場競爭力和煤礦井下的運行效率，提高礦井系統的安全性。