礦用無(wú)軌膠輪車感應(yīng)防撞裝置的設(shè)計(jì)

喬哲偉

（南京北路自動(dòng)化系統(tǒng)有限責(zé)任公司， 江蘇 南京 211199）

引言

隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平以及生產(chǎn)工具自動(dòng)化水平的提升，無(wú)軌膠輪在我國(guó)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(jī)車相比，它具有了適應(yīng)性好、供電設(shè)備較少、運(yùn)輸效率高等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)軌膠輪大多適應(yīng)于銅礦開采或斜井開采的礦山，但是在目前實(shí)際的煤礦使用當(dāng)中，巷道傾角給無(wú)軌膠輪帶來(lái)的影響比較大。只要制動(dòng)系統(tǒng)失去控置，碰撞就會(huì)發(fā)生在橡膠輪胎上。以目前情況來(lái)看，在市場(chǎng)上現(xiàn)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(zhuǎn)角的區(qū)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(fā)生意外故障車輛的行駛速度，降低汽車發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)可能性。本文主要以某礦山為實(shí)例，構(gòu)思設(shè)計(jì)了一種全新型實(shí)用的汽車防止發(fā)生碰撞裝置，即整套無(wú)軌橡膠輪胎傳感器防止碰撞的設(shè)備裝置，并在社會(huì)實(shí)踐中得到實(shí)際的應(yīng)用。

1 煤礦礦場(chǎng)概述

晉煤集團(tuán)旗下某煤礦礦場(chǎng)面積約7.58 km2，煤礦采煤機(jī)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(shù)比較落后，即采用一次全高綜采技術(shù)方法，采用無(wú)軌膠輪作為輔助來(lái)運(yùn)輸。煤礦作為副斜井的井長(zhǎng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)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?yàn)橄锏榔露冗^(guò)大，從井口的位置一直下山延伸至車場(chǎng)最底部，在沒有軌膠輪運(yùn)送過(guò)程中，制動(dòng)系統(tǒng)處在長(zhǎng)時(shí)間防護(hù)作用模態(tài)[1-2]，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)損傷破壞較為頻繁，膠輪碰撞頻繁，會(huì)威脅到作為防護(hù)的安全橡膠輪胎。為了避免制動(dòng)系統(tǒng)損壞，這個(gè)礦場(chǎng)在斜式井的兩邊安裝了防止相撞的橡膠條，進(jìn)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(jù)礦井運(yùn)輸室的內(nèi)部統(tǒng)計(jì)，在2018 年全年期間一共發(fā)生過(guò)5 次橡膠車碰撞的危險(xiǎn)事故，直接導(dǎo)致在經(jīng)濟(jì)上的損失大約為47.9 萬(wàn)元，并且，這種事故的發(fā)生也會(huì)影響到礦山的安全高效運(yùn)輸，為此，晉煤集團(tuán)總公司設(shè)計(jì)制造了一套履帶式膠輪車防撞裝置就被，保障了斜井運(yùn)輸安全。

2 無(wú)軌膠輪車感應(yīng)防撞裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 感應(yīng)防撞裝置結(jié)構(gòu)

1）無(wú)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(dǎo)向槽、導(dǎo)向輪、紅外測(cè)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(gè)立柱，立柱的長(zhǎng)度為4.0 m，立柱與11 號(hào)工字鋼通過(guò)焊接連接，立柱與巷道使用錨桿來(lái)固定；頂部梁的長(zhǎng)度為5.0 m，頂梁與立柱之間用拉索來(lái)牢牢固定。電纜線連接螺母之間的預(yù)緊力應(yīng)大于200 N·m。

圖1 防撞裝置結(jié)構(gòu)

3）用地錨來(lái)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(gè)導(dǎo)輪與橫梁固定連接[3]，導(dǎo)輪與橫梁之間的距離為0.5 m，兩個(gè)導(dǎo)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(dǎo)向輪上兩條引鏈的末端。每一根防撞梁的尺寸長(zhǎng)度為3.0 m，寬為0.3 m，材料主要由樹脂做成，兩個(gè)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(dòng)并恢復(fù)；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(jiān)視器裝置在立柱上。儀器主要由一些光波接收器、紅外發(fā)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(zhǎng)度500 m 的距離安裝一個(gè)無(wú)軌膠輪裝置，膠輪車在運(yùn)輸和生產(chǎn)過(guò)程中，在動(dòng)作保護(hù)前液壓伸縮桿處于收縮狀態(tài)，距離底板之間的長(zhǎng)度為3.5 m。

2）當(dāng)膠車失去控置時(shí)，紅外測(cè)速儀就會(huì)檢測(cè)到運(yùn)輸此時(shí)的行車速度為11 m/s（約40 km/h）時(shí)，處理器就會(huì)對(duì)一些數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理，并且通過(guò)信號(hào)線路傳輸給PLC 控制器。

3）當(dāng)接收到數(shù)據(jù)信號(hào)之后，PLC 控制器會(huì)及時(shí)進(jìn)行處理，并與液壓控制閥一起向裝置上的聯(lián)鎖開關(guān)發(fā)出“啟動(dòng)”指示命令。電動(dòng)液壓電源與電動(dòng)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(guò)電之后，伸縮桿會(huì)在液壓的壓力作用下慢慢伸長(zhǎng)，會(huì)使彈性防撞梁處于牽引鏈和導(dǎo)輪的作用下。

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

3 裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單可靠，成本相對(duì)較低：該裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝與維護(hù)起來(lái)很方便，制造的成本也低。

2）自動(dòng)化程度高：該裝置上有各種各樣的傳感器可以監(jiān)測(cè)車速，并且判斷車輛是否發(fā)生了碰撞危險(xiǎn)，如果發(fā)生了碰撞危險(xiǎn)，控制器就能及時(shí)地發(fā)出保護(hù)動(dòng)作來(lái)降低危險(xiǎn)。自動(dòng)化機(jī)械程度高，該裝置不需要專人來(lái)值班，直接降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

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

4）適用性強(qiáng)：該設(shè)備不但可以在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用，而且還能夠在建筑、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)用。

5）但是該裝置在實(shí)際使用中仍然存在一些弊端，主要表現(xiàn)在：防撞梁在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生碰撞后會(huì)導(dǎo)致變形，因此需要隔一段時(shí)間更換一次；還會(huì)受到道路中電氣設(shè)備影響，紅外測(cè)速儀還會(huì)出現(xiàn)電路信號(hào)接收失真現(xiàn)象，間接地影響接收數(shù)據(jù)方的準(zhǔn)確性。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2019 年3 月期間，在礦場(chǎng)副斜井中一共裝了4臺(tái)無(wú)軌膠輪感應(yīng)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(shù)為9 次，運(yùn)輸事故率下降至3%以下，節(jié)省約40 多萬(wàn)元維護(hù)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在礦場(chǎng)上的實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)無(wú)軌膠輪汽車防撞裝置具有防撞效果明顯、自動(dòng)化機(jī)械程度高、成本較低、安全系數(shù)高、適應(yīng)性很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大幅度降低了斜井運(yùn)輸事故發(fā)生率，保障了礦井運(yùn)輸?shù)陌踩煽扛咝А?/p>