黑岱溝露天煤礦礦用卡車輪胎監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

賀一博，史原源

（1.神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司黑岱溝露天煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300；2.內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司煤矸石熱電廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

在采礦運(yùn)輸中，卡車輪胎在運(yùn)行狀態(tài)下的安全程度與節(jié)約成本、保證安全生產(chǎn)密切相關(guān)?？ㄜ囕喬ケO(jiān)測系統(tǒng)確保輪胎運(yùn)行在最佳的工況環(huán)境下，延長輪胎壽命，提高輪胎維修效率，提高車輛出動(dòng)率，節(jié)約維護(hù)成本。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測雖可監(jiān)測輪胎壓力、輪胎溫度，并可同時(shí)監(jiān)測輪胎物理損壞情況，但僅僅依靠人工表面檢查并不足以確保輪胎始終運(yùn)行在最佳運(yùn)行狀態(tài)下?？ㄜ囕喬ケO(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎管理和監(jiān)控的自動(dòng)化能夠?qū)囟取毫?、加速度、速度還有位置等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對輪胎壽命、道路環(huán)境、荷載和車輛狀況進(jìn)行分析挖掘，使輪胎管理由原來的定期檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)監(jiān)測[1-2]。

1 輪胎監(jiān)測技術(shù)生成背景

輪胎故障一直以來都是突發(fā)性交通事故的重要原因之一[3]。根據(jù)美國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)表的結(jié)果看來，據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國每年由于胎壓問題造成爆胎、汽車偏移、相互碰撞等路面交通事故大約25 萬起，在我國，因?yàn)楸ザ鸬慕煌ㄊ鹿誓軌蛘嫉绞鹿士偭康?0%多。目前，美國、英國等歐美國家已經(jīng)制定了輪胎壓力監(jiān)測的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，而中國雖然已經(jīng)制定出輪胎壓力監(jiān)測推薦標(biāo)準(zhǔn)，但是還未強(qiáng)制推行，強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)仍處于研究階段[4]。

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System），簡稱TPMS，是一種利用固定于汽車輪胎內(nèi)的高靈敏度微型無線傳感裝置發(fā)射無線信號，采集行使或靜止的狀態(tài)下汽車輪胎的壓力、溫度等數(shù)據(jù)的先進(jìn)技術(shù)。該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置，其中發(fā)射裝置固定在輪胎內(nèi)部的輪轂上，其主要構(gòu)件包含傳感器、發(fā)射天線和鈕扣電池[5]。接收裝置安放在駕駛室中，實(shí)時(shí)接收和顯示發(fā)射裝置提供的壓力和溫度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而確保輪胎的壓力和溫度始終保持在一個(gè)恒定范圍，進(jìn)而降低輪胎爆裂的概率。在輪胎氣壓過低和漏氣時(shí)也可隨時(shí)提醒駕駛員，以預(yù)防交通事故的發(fā)生[6]。

2 輪胎監(jiān)測技術(shù)在露天礦應(yīng)用的目的

目前，輪胎監(jiān)測主要應(yīng)用于日常生活，實(shí)際上以家用汽車為主要載體。但相比于日常生活使用，工業(yè)生產(chǎn)更需要此類技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。露天煤礦大多以公路運(yùn)輸為，而公路運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ邽榈V用卡車。在成本管理中，礦用卡車有2 項(xiàng)重要指標(biāo)：安全成本和經(jīng)濟(jì)成本。以小松公司生產(chǎn)的930E-4SE 卡車為例，其購買價(jià)格約為3 000 萬元人民幣，每臺(tái)卡車裝有6 條輪胎，每條輪胎價(jià)格大約為30 萬元。因而輪胎管理是否得當(dāng)，直接會(huì)影響到卡車的安全性和經(jīng)濟(jì)成本，如果將輪胎監(jiān)測技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于礦用自卸卡車，不但可以節(jié)省開支，更能夠保障露天礦安全生產(chǎn)，使卡車的維護(hù)保養(yǎng)更加便利，更有依據(jù)[7]。

3 輪胎檢測技術(shù)原理及結(jié)構(gòu)

黑岱溝露天煤礦輪胎檢測技術(shù)應(yīng)用是建立1 個(gè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輪胎管理和監(jiān)控的自動(dòng)化，發(fā)現(xiàn)輪胎運(yùn)行過程中的問題，確保運(yùn)輸生產(chǎn)運(yùn)行安全，延長輪胎使用壽命。

1）系統(tǒng)邏輯劃分。整個(gè)系統(tǒng)邏輯上分為5 個(gè)單元：①安裝于輪胎內(nèi)部的傳感器；②傳感器數(shù)據(jù)采集與處理；③車載端司機(jī)數(shù)據(jù)操作和可視化；④服務(wù)器和數(shù)據(jù)倉庫；⑤數(shù)據(jù)管理、分析和應(yīng)用。系統(tǒng)的“傳感器”，由其對應(yīng)的“傳感器采集與處理”單元控制，將采集的數(shù)據(jù)上傳到“車載端司機(jī)數(shù)據(jù)操作和可視化”單元。“車載端司機(jī)數(shù)據(jù)操作和可視化”掛接CPE，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸，采集數(shù)據(jù)的上傳給“服務(wù)器和數(shù)據(jù)倉庫”，并下發(fā)來自各子系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)給車上的“傳感器采集與處理”單元。

2）系統(tǒng)應(yīng)用。系統(tǒng)應(yīng)用分為實(shí)時(shí)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)分析2 大部分。實(shí)時(shí)應(yīng)用中，卡車司機(jī)和后臺(tái)管理的相關(guān)人員都能看到實(shí)時(shí)的輪胎壓力和輪胎溫度信息。在壓力和溫度出現(xiàn)異常時(shí)有對應(yīng)的報(bào)警聲音和信息提示。對車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行及日常的點(diǎn)檢維修等有指導(dǎo)意義。統(tǒng)計(jì)分析主要對一段時(shí)間內(nèi)收集的壓力溫度等信息進(jìn)行分析。對TKPH，輪胎壽命、道路環(huán)境、荷載、駕駛習(xí)慣和車輛狀況等進(jìn)行分析[8-9]。

4 卡車輪胎監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)意義

1）在改變輪胎監(jiān)測監(jiān)控方式后，可極大提升司機(jī)和檢修作業(yè)人員的安全系數(shù)。黑岱溝露天煤礦礦用卡車輪胎檢測是通過傳統(tǒng)的方式，定期進(jìn)行人工檢查，利用司機(jī)師傅的經(jīng)驗(yàn)對輪胎剝離、變形、鼓包等情況進(jìn)行分析，從而主觀地確定輪胎壓力是否符合標(biāo)準(zhǔn)，能否正常運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，輪胎的溫度、壓力都是隨著地面平整度、環(huán)境溫度、負(fù)荷質(zhì)量、行駛速度、持續(xù)工作時(shí)間等各項(xiàng)因素而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，這種變化是無法通過實(shí)際目測而準(zhǔn)確分析出來。露天礦三班倒的機(jī)制下，通常是人歇車不歇，全年下來，車輛除加油、檢修等特殊情況下熄火外，基本上都要投入生產(chǎn)。在這種情況下，輪胎內(nèi)部氣壓、溫度會(huì)發(fā)生很大變化，一旦胎溫升高、胎壓增大，勢必會(huì)產(chǎn)生爆胎的隱患，對于安全性是極大的考驗(yàn)。使用輪胎自動(dòng)監(jiān)測可有效提高駕駛員與維修人員及設(shè)備的安全性[10]。

2）降低輪胎維護(hù)成本。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整、改善輪胎運(yùn)行狀況。卡車在實(shí)際行駛過程當(dāng)中，通過輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，司機(jī)和后臺(tái)管理員均可通過數(shù)字顯示屏看到輪胎溫度、壓力情況，在顯示異常時(shí)可以及時(shí)停車檢查或降溫，從而有效避免胎面鼓包、熱剝離、爆胎等情況發(fā)生。每當(dāng)發(fā)生鼓包、熱剝離、爆胎等情況時(shí)，卡車不得不進(jìn)入維修廠區(qū)進(jìn)行維修，綜合下來，人力、物力都將計(jì)算在維護(hù)成本之內(nèi)。因而輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的使用更加合理化最大化的提高輪胎使用壽命，從而降低維護(hù)成本。

3）提高綜合生產(chǎn)力。使用輪胎監(jiān)測系統(tǒng)后，可以利用溫度、壓力傳感器對輪胎進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過對影響輪胎報(bào)廢的各項(xiàng)因素進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)分析，可有效延長輪胎壽命，進(jìn)而提高實(shí)動(dòng)率?？ㄜ嚱档途S修時(shí)間，增加運(yùn)行時(shí)間，可以切實(shí)降低時(shí)間成本和運(yùn)輸成本，從而大幅提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

5 輪胎監(jiān)測技術(shù)在黑岱溝露天煤礦應(yīng)用情況

黑岱溝露天礦終端及輪胎在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝從2018 年1 月26 日開始，到2018 年9 月全部完成。輪胎傳感器的安裝從2018 年2 月4 日開始，到2019 年7 月30 日全部完成。

車載終端及輪胎在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝首先對3臺(tái)樣車進(jìn)行了安裝。針對各種不同車型的安裝使用的硬件規(guī)格、各部件安裝位置及走線方式都形成了安裝規(guī)范，剩余車輛的安裝都按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行。

輪胎傳感器安裝在輪胎內(nèi)部，采用柔性安裝的方式。輪胎安裝輪輞后密封在胎內(nèi)，采集及傳輸胎內(nèi)實(shí)時(shí)溫度和壓力數(shù)據(jù)。

卡車輪胎在線監(jiān)測系統(tǒng)自2019 年3 月底開始試運(yùn)行，并于2019 年6 月26 日完成初驗(yàn)，在2019年9 月20 日完成終驗(yàn)。

6 黑岱溝露天煤礦卡車經(jīng)濟(jì)成本和安全成本

1）礦用卡車輪胎成本的影響因素有很多，如礦區(qū)道路平整程度，道路坡度、道路表面覆蓋物等，而造成輪胎破損、廢棄的原因主要有高溫?zé)釀冸x，尖銳物扎破、劃破，輪胎脫膠，輪胎鼓包以及輪胎爆炸等，其中受胎溫、胎壓異常而導(dǎo)致輪胎廢棄的主要因素包括輪胎高溫?zé)釀冸x、胎面脫膠、輪胎鼓包、輪胎爆炸。黑岱溝露天煤礦卡車輪胎單耗見表1。研究分析卡車輪胎成本?？梢园l(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用胎壓監(jiān)測技術(shù)后，黑岱溝露天煤礦自卸卡車輪胎消耗量同比上一年均有所下降。

表1 黑岱溝露天煤礦卡車輪胎單耗

2）卡車輪胎監(jiān)測系統(tǒng)上線之后，在卡車輪胎發(fā)生壓力異常、溫度異常時(shí)予以報(bào)警，駕駛員和輪胎管理員通過顯示屏報(bào)警信息及時(shí)了解輪胎狀況，從而及時(shí)排除安全隱患。在未安裝輪胎監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，全年輪胎熱剝離62 條，胎面脫膠13 條，鼓包21 條，爆15 條；在安裝輪胎監(jiān)測系統(tǒng)之后，全年輪胎熱剝離39 條，胎面脫膠29 條，鼓包29 條，爆20 條。通過對比分析，在安裝輪胎監(jiān)測系統(tǒng)之后，輪胎損壞率明顯降低，全年無生產(chǎn)安全事故發(fā)生。

7 結(jié)語

1）卡車輪胎在線監(jiān)控系統(tǒng)上線前，維修人員需要在規(guī)定周期內(nèi)對將近200 臺(tái)車的1 000 多條輪胎進(jìn)行點(diǎn)檢，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。系統(tǒng)上線后，維修人員可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)檢和維修，使維修人員點(diǎn)檢的勞動(dòng)強(qiáng)度降低60%～80%，提高工作效率。

2）在生產(chǎn)作業(yè)中，當(dāng)輪胎出現(xiàn)溫度和壓力異常時(shí)，通過報(bào)警信息，提醒司機(jī)以及后臺(tái)監(jiān)管人員進(jìn)行處理，有效避免欠壓運(yùn)行、熱剝離等現(xiàn)象，大大降低了高溫、高壓尤其是雙高運(yùn)行輪胎出現(xiàn)的機(jī)率，提高生產(chǎn)作業(yè)安全性。

3）通過對卡車輪胎進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以實(shí)現(xiàn)卡車輪胎的精細(xì)化管理，對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)解決。通過測試，能夠延長輪胎使用壽命10%～15%。由此可見，輪胎監(jiān)測技術(shù)在黑岱溝露天煤礦礦用卡車上的應(yīng)用具有積極的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。