礦用無軌膠輪車輛路試制動安全性能檢測與研究*

劉志更

(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

目前煤礦應用無軌膠輪車完成人員、物料及設備等的輔助運輸任務，無需轉載，靈活機動，大大提高了生產準備效率。自21世紀以來，我國80%以上的新建及改擴建礦井均選擇了無軌輔助運輸方式，無軌膠輪車的使用數量也隨之呈現井噴式增長趨勢。全國無軌膠輪車使用量最大的單位是國家能源投資集團旗下的神東煤炭集團公司，約3 500～4 000臺無軌膠輪車正在使用。但受井下巷道空間狹窄、通風條件差、能見度低、路面起伏大等客觀因素的影響，因無軌膠輪車引發的事故時有發生，尤其是在車輛制動系統出現故障時，更容易造成人員重大傷亡和財產損失，教訓十分深刻。例如,2013年6月5日，山西離柳鑫瑞煤業的無軌膠輪車在行駛過程中失控，造成6人死亡[1];2019年2月23日，內蒙古銀漫礦業有限公司的通勤車在運送工人時剎車出現問題，車輛失去控制，共造成22人死亡。因此,礦用無軌膠輪車輛制動安全不容忽視。

礦用無軌膠輪車在我國起步較晚，上世紀90年代末才開始大范圍使用。關于車輛制動安全方面的要求也僅限于《煤礦安全規程》和MT/T 989—2006《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》中的相關條款，且只有基本的檢驗項目和試驗方法，并不像地面機動車那樣有路試制動方面的諸多國家標準可參照和實施。

因此,為保障井下運輸的安全可靠性,建立車輛路試制動安全性能檢測機制很有必要。

1 制動性能的評價指標

制動性能是車輛的主要性能之一。它是指車輛行駛時能在短時間內停車且維持方向穩定和在下長坡時能維持一定車速，以及保證車輛長時間停駐坡道的能力。制動性能的評價指標如圖1所示。

圖1 制動性能的評價指標

1) 制動效能。在良好路面上，車輛以一定的初速度實施制動到停車的制動距離或制動時車輛的平均減速度，是制動性能最基本的評價指標,并有制動力和制動協調時間等輔助指標。

2) 制動效能的恒定性。它反映的是車輛在繁重的工作條件下頻繁實施多次制動引起制動器溫度上升，摩擦力矩隨之衰減后仍能維持制動效能的能力，通常采用一系列連續制動時制動效能的保持程度來衡量。

3) 制動時的方向穩定性。其主要反映車輛實施制動后保持和制動前方向相一致的能力，是對車輪制動同步性的具體體現。

2 礦用車輛路試制動性能的檢測

2.1 現有的檢測手段

礦用無軌膠輪車的個性化定制需求較多，單個產品量產規模小，外形不一，體積和質量大的車型比比皆是，很多車輛空載和重載狀態下輪胎載荷懸殊，結構方面鉸接車型居多。目前只有極少數的礦用車輛是通過國內地面機動車固定制動性能檢驗臺完成測試。雖然國內膠輪車廠商近幾年也建設了自己的制動性能試驗臺(圖2為煤科工集團太原研究院的制動性能試驗臺)，但受軸荷和空間限制，其試驗能力有限，且絕大多數的膠輪車還是無法采用臺架檢驗其制動性能[2]。對于一些特殊的車輛運行工況更是無法模擬加載，整車得不到很好的性能試驗，影響車輛的運行可靠性。

圖2 中煤科工集團太原研究院的制動性能試驗臺

MT/T 989—2006《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》中關于車輛制動系統方面的要求和試驗方法都只是基于車輛路試條件下進行的，且只規定了制動力、制動距離、制動協調時間等常規制動效能指標的檢驗及要求，對制動效能的恒定性和制動時的方向穩定性缺乏相關約束。且整車制動過程中的側向路徑偏移量還采用目視或手工測量偏移距離，無法定量反映多輪胎制動的同步性。

目前，路試檢驗行車制動性能的設備主要有第五輪儀、非接觸式速度儀和便攜式制動性能測試儀等。其中：第五輪儀和非接觸式速度儀的測試精度較高，但其價格昂貴、體積大、安裝和測試太費時;而便攜式制動性能測試儀則具有價格便宜、質量輕、體積小、操作簡便和不受車型限制等優點，其檢測效果也較好，已為大多數檢驗機構和汽車廠商所應用[3]。

2.2 高精度智能檢測

與便攜式制動性能測試儀只能進行簡單計算相比，本路試制動測試采用的高精度數據采集系統，可以在同一時鐘下完整記錄車輛運行的全過程。其主要采用一體化設計(設備內置計算機部分)，體積小、質量輕、多功能、直流供電，連接車載顯示屏及鍵盤鼠標構成了整車數據采集系統,并配備使用GPS車速傳感器測量行駛中車輛的速度及位置。它是建立在新一代高性能衛星接收器的基礎上，能測量速度、距離、加速度、繞圈時間、位置及更多參數，定位精度高達2 mm。配合使用制動踏板力傳感器、制動管路壓力傳感器、輪速傳感器，不僅可以實時采集記錄踏板力、制動管路壓力、輪速等，還可以同步采集和分析電壓、應變、加速度、熱電偶、鉑電阻溫度等多種信號，完成試驗的實時數據采集。

獲取的試驗數據文件可使用相應數據處理軟件進行實時處理分析，既方便又直觀，也可將試驗數據輸出多種格式(如 Matlab，Labview，Excel，txt 等)后進行處理分析。

3 礦用車輛路試制動安全性能檢測要求

參考GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》、GB 21861—2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》、GB 25518—2010《地下鏟運機 安全要求》、MT/T 989—2006《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》等國家標準和行業標準，結合現有車輛檢驗手段和方法，提出了礦用車輛路試制動安全性能檢測要求。

3.1 試驗路面

1) 無軌膠輪車行車制動的試驗場地應為平坦、硬實、清潔、干燥，縱向坡度不大于0.5%，橫向截面坡度不大于3%[4]，路面寬度為樣機寬度的2～3倍，直道區段長度不小于100 m，且輪胎與地面間的附著系數大于0.5的混凝土路面。

2) 無軌膠輪車駐車制動的試驗場地應為平坦、硬實、清潔、干燥的混凝土路面，坡度為設計最大值，坡道的最短長度應超過試驗車輛總長的3倍。

3.2 最大靜制動力

無軌膠輪車行車制動的最大靜制動力，應不小于機車滿載質量的50%[5]。最大靜制動力也常用來反映車輛在路面的附著情況。

3.3 制動距離

無軌膠輪車輛試驗初速度為20 km/h，若最大運行速度小于20 km/h，則以最大運行速度為試驗初速度。

在水平干硬路面上，車輛以額定載荷行駛，達到試驗初速度后急踩制動，制動距離應不大于8 m。

3.4 制動平均減速度

礦用車輛行駛速度較低，考慮到駕駛員的駕乘舒適性，車輛在試驗初速度下急踩制動時充分發出的平均減速度應大于2.75 m/s2。

3.5 制動協調時間

制動協調時間參考地面機動車，對液壓制動的無軌膠輪車輛應小于或等于0.35 s[6]。

3.6 制動效能的恒定性

無軌膠輪車輛以額定載荷運行，在達到試驗初速度后急踩制動。同樣的操作重復10次后，重新檢驗各項制動效能指標，依然符合評價要求，則判定制動效能的恒定性良好。

3.7 制動方向的穩定性

沿試驗路面劃2條平行的邊緣線，寬度為車身寬度+0.5 m，車輛沿著中線運行并實施制動，制動過程中車輛的任何部位不超出規定邊緣線[7]。超出則認為制動方向的穩定性差，輪胎制動同步性差。

3.8 駐車制動

無軌膠輪車的停車制動裝置，應在車輛動力停止運行時起作用。對于滿載質量不大于32 000 kg，應保證車輛在承載1.5倍額定載荷，輪胎與路面附著系數不小于0.5的條件下，在設計允許的最大坡道上，車輛正、反兩個方向停車時間不少于5 min，保持固定不動；而對于滿載質量大于32 000 kg的較大型車輛，加載1.5倍額定載荷不易固定，且在坡道上試驗的危險性大增，因此不做坡道駐車制動試驗，主要通過約束最大靜制動力的方法來實現。規定要求，應保證停車最大靜制動力大于車輛按額定載荷、輪胎與路面附著系數不小于0.5、最大設計坡道上停車所需制動力計算值的1.5倍。

4 幾點思考

評價車輛路試制動安全性能的目的是充分檢驗其制動性能，并從設備源頭發現問題、解決問題，以消除行車制動安全隱患，減少人員傷亡和財產損失。此外，還可以從以下方面嘗試和探索:

1) 收集礦井膠輪輔助運輸的經驗，總結坡度與坡長的對應安全設計關系，規范井下巷道的設計。GB 50533—2009《煤礦井下輔助運輸設計規范》規定：無軌膠輪車運行的傾斜巷道傾角不宜大于6°；傾斜運行巷道大于1 000 m時，中間宜設不小于50 m長的水平緩沖段[8]。但標準中未明確坡度與坡長的對應安全關系。從現有采用無軌輔助運輸的礦井，收集總結膠輪車使用經驗，尤其是大坡度路段的使用經歷，為井下巷道設計的安全性提供借鑒,應盡量避免膠輪車在長距離大坡度巷道中使用。

2) 建立路試制動安全性能檢測的常態化機制，在車輛年檢時重點加強車輛制動性能的檢測。AQ 1064—2008《煤礦用防爆柴油機無軌膠輪車安全使用規范》規定：車輛每年應進行年檢，各項安全性能應符合MT/T 989和MT 990的要求[9]。在常規制動檢驗時，增加制動方向穩定性的定量檢測。

3) 增強用戶對無軌膠輪車制動安全性能路檢重要性的認知，化被動檢驗為主動預防。在車輛制動器維修或更換輪胎后，有必要對整車制動安全性能進行重新自檢。例如山東新巨龍能源有限責任公司就有一套完善的無軌膠輪車安全性能道路檢測方案[10]。在礦井下分別設置了300 m的平巷試驗場和200 m最大坡度12°的斜巷試驗場，定期對井下車輛平巷制動距離、最大靜制動力、坡道停車制動、爬坡能力、照明及信號可見度等項目的安全性能進行檢驗。在無車輛專業檢測設備的情況下，暫時解決了無軌膠輪車的安全檢測問題，為礦井無軌化運輸提供了有力的安全保障。

5 結論

為從源頭上降低無軌膠輪車的制動安全隱患,完善并提出了更加科學的礦用無軌膠輪車輛路試制動安全性能評價體系，在車輛制造源頭和礦用期間加強制動性能的檢測，對使用膠輪車的礦井巷道在設計時嚴控坡度指標，有助于改善膠輪車運行環境，降低因膠輪車制動失效而帶來的事故發生率，以確保礦井安全生產。