礦用無軌膠輪車感應防撞裝置的設計

喬哲偉

（南京北路自動化系統有限責任公司， 江蘇 南京 211199）

引言

隨著煤礦生產技術水平以及生產工具自動化水平的提升，無軌膠輪在我國很多礦井得到了非常廣泛的使用。和以前的把線路架空的電力機車相比，它具有了適應性好、供電設備較少、運輸效率高等優點。無軌膠輪大多適應于銅礦開采或斜井開采的礦山，但是在目前實際的煤礦使用當中，巷道傾角給無軌膠輪帶來的影響比較大。只要制動系統失去控置，碰撞就會發生在橡膠輪胎上。以目前情況來看，在市場上現有的橡膠輪胎的防止相撞措施通常是在大坡度的地方或者在大幅度轉角的區域裝上防止相撞的橡膠條，盡管如此防撞的效果仍不是很好，不能從根本上有效降低發生意外故障車輛的行駛速度，降低汽車發生碰撞的危險可能性。本文主要以某礦山為實例，構思設計了一種全新型實用的汽車防止發生碰撞裝置，即整套無軌橡膠輪胎傳感器防止碰撞的設備裝置，并在社會實踐中得到實際的應用。

1 煤礦礦場概述

晉煤集團旗下某煤礦礦場面積約7.58 km2，煤礦采煤機采煤的能力為0.9 Mt/年，礦田回采煤從3層到1 層，平均上下厚度為2.6 m，礦井采用了斜井式開采的方法，但是，回采的技術比較落后，即采用一次全高綜采技術方法，采用無軌膠輪作為輔助來運輸。煤礦作為副斜井的井長設計長度為3 800 m，巷道的邊坡向下-7°，巷道作成拱形形狀斷面，斷面尺寸（寬×高）為5.0 m×4.5 m。但因為巷道坡度過大，從井口的位置一直下山延伸至車場最底部，在沒有軌膠輪運送過程中，制動系統處在長時間防護作用模態[1-2]，進而就會導致制動系統損傷破壞較為頻繁，膠輪碰撞頻繁，會威脅到作為防護的安全橡膠輪胎。為了避免制動系統損壞，這個礦場在斜式井的兩邊安裝了防止相撞的橡膠條，進而就可以減少碰撞損壞，但是，這種方法的防治作用比較差。根據礦井運輸室的內部統計，在2018 年全年期間一共發生過5 次橡膠車碰撞的危險事故，直接導致在經濟上的損失大約為47.9 萬元，并且，這種事故的發生也會影響到礦山的安全高效運輸，為此，晉煤集團總公司設計制造了一套履帶式膠輪車防撞裝置就被，保障了斜井運輸安全。

2 無軌膠輪車感應防撞裝置的結構及工作原理

2.1 感應防撞裝置結構

1）無軌膠輪汽車防止相撞裝置主要是由傳感器、牽引連、橫梁、牽引鏈、導向槽、導向輪、紅外測速儀、立柱、液壓伸縮桿等這些部分組成。如圖1 所示。

2）裝置中共有兩個立柱，立柱的長度為4.0 m，立柱與11 號工字鋼通過焊接連接，立柱與巷道使用錨桿來固定；頂部梁的長度為5.0 m，頂梁與立柱之間用拉索來牢牢固定。電纜線連接螺母之間的預緊力應大于200 N·m。

圖1 防撞裝置結構

3）用地錨來固定液壓式伸縮桿的底座與頂板。伸縮桿的最大伸縮高度為2.5 m，伸縮桿頂部與牽引鏈固定連接。液壓式控制閥裝置在液壓桿中。

4）裝置里面的兩個導輪與橫梁固定連接[3]，導輪與橫梁之間的距離為0.5 m，兩個導輪之間的尺寸距離為2.0 m。

5）有三根彈性防撞梁被固定在導向輪上兩條引鏈的末端。每一根防撞梁的尺寸長度為3.0 m，寬為0.3 m，材料主要由樹脂做成，兩個防撞梁之間的間距為0.5 m[4]。在牽引鏈的牽引下防撞梁可以移動并恢復；把傳感器裝在下面的防撞梁上并與控制器相連接。

6）將紅外速度監視器裝置在立柱上。儀器主要由一些光波接收器、紅外發射器、處理器等組成，PLC 控制器與光波處理器相連接。

2.2 工作原理

1）每隔長度500 m 的距離安裝一個無軌膠輪裝置，膠輪車在運輸和生產過程中，在動作保護前液壓伸縮桿處于收縮狀態，距離底板之間的長度為3.5 m。

2）當膠車失去控置時，紅外測速儀就會檢測到運輸此時的行車速度為11 m/s（約40 km/h）時，處理器就會對一些數據及時進行信號處理，并且通過信號線路傳輸給PLC 控制器。

3）當接收到數據信號之后，PLC 控制器會及時進行處理，并與液壓控制閥一起向裝置上的聯鎖開關發出“啟動”指示命令。電動液壓電源與電動控制閥相連接，電壓壓力為112 V。

4）液壓伸縮桿上的電控液壓閥通過電之后，伸縮桿會在液壓的壓力作用下慢慢伸長，會使彈性防撞梁處于牽引鏈和導輪的作用下。

5）當彈性防撞梁下降到底板上方1.2 m 時，裝置在防撞梁底部的傳感器與裝置在導向槽上限制器內的傳感器接觸，并且將及時把信號輸送給PLC 控制器。

3 裝置的優缺點

1）結構比較簡單可靠，成本相對較低：該裝置結構相對簡單，安裝與維護起來很方便，制造的成本也低。

2）自動化程度高：該裝置上有各種各樣的傳感器可以監測車速，并且判斷車輛是否發生了碰撞危險，如果發生了碰撞危險，控制器就能及時地發出保護動作來降低危險。自動化機械程度高，該裝置不需要專人來值班，直接降低了勞動強度。

3）防撞效果好：與之前的巷道防撞帶相比較，該設備采用了測速裝置，具有良好的防撞實際效果。

4）適用性強：該設備不但可以在煤礦生產中應用，而且還能夠在建筑、運輸等領域應用。

5）但是該裝置在實際使用中仍然存在一些弊端，主要表現在：防撞梁在長時間發生碰撞后會導致變形，因此需要隔一段時間更換一次；還會受到道路中電氣設備影響，紅外測速儀還會出現電路信號接收失真現象，間接地影響接收數據方的準確性。

4 實際應用效果分析

2019 年3 月期間，在礦場副斜井中一共裝了4臺無軌膠輪感應防撞裝置，分別安裝在300 m、920 m、1 410 m、2 700 m、3 100 m 處，截至到2019 年9 月為止，該裝置一共堵塞次數為9 次，運輸事故率下降至3%以下，節省約40 多萬元維護成本。

5 結語

通過在礦場上的實際應用，發現無軌膠輪汽車防撞裝置具有防撞效果明顯、自動化機械程度高、成本較低、安全系數高、適應性很強等優點，大幅度降低了斜井運輸事故發生率，保障了礦井運輸的安全可靠高效。