礦用無軌膠輪車失速保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王振華

（晉能控股集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

目前，伴隨著越來越多現(xiàn)代化手段被應(yīng)用到了煤礦運(yùn)輸行業(yè)當(dāng)中，無軌膠輪車也得到了廣泛的運(yùn)用，并在其中取得了十分有效的應(yīng)用價(jià)值。但是在運(yùn)行過程中，針對(duì)這些無軌膠輪車經(jīng)常發(fā)生的跑車、速度失控等問題，當(dāng)前采取的主要應(yīng)對(duì)手段就是借助于蹭幫、安裝防護(hù)板、防護(hù)網(wǎng)以及防護(hù)墻等方式進(jìn)行有效的減速制動(dòng)，但是這些方法從根本上存在較大的安全隱患，效果也不明顯[1]。因此，設(shè)計(jì)了一款無軌膠輪車失速保護(hù)系統(tǒng)并展開應(yīng)用研究。

1 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，我國(guó)大部分煤礦井下作業(yè)受煤礦作業(yè)區(qū)域坡度較大或者連續(xù)式下坡作業(yè)條件的影響，在使用無軌膠輪車過程中，經(jīng)常會(huì)由于車輛超速行駛、掛擋失敗以及剎車失靈等問題，而導(dǎo)致無軌膠輪車發(fā)生嚴(yán)重的跑車故障，而這種跑車故障一旦發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致無軌膠輪車在運(yùn)行過程中對(duì)工作人員人身財(cái)產(chǎn)安全造成一定威脅，因此逐漸成為了礦山作業(yè)當(dāng)中的重要安全隱患，因此，為確保提升無軌膠輪車運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，就必須積極引進(jìn)并應(yīng)用失速保護(hù)系統(tǒng)，比如WSKB 失速保護(hù)系統(tǒng)。接下來我將針對(duì)該系統(tǒng)當(dāng)中的主要裝置進(jìn)行分析。

2 無軌膠輪車失速保護(hù)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本文所研究系統(tǒng)參考了艦載機(jī)在著陸過程中的制動(dòng)方式，選擇使用在尾鉤部位掛阻攔繩進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)車輛由于掛擋失敗或者剎車失靈等因素導(dǎo)致車輛失速、跑車故障時(shí)，司機(jī)可以通過踩下制動(dòng)踏板，及時(shí)釋放尾鉤，在尾鉤到達(dá)吸能器位置之后，阻攔繩索就會(huì)隨之被尾鉤掛住，從而對(duì)車輛施加一個(gè)充足的外力，讓車輛能夠緩慢制動(dòng)，在經(jīng)過一段緩沖距離之后，最終讓車輛完全停下[2]。被制動(dòng)車輛受到后與下兩個(gè)方向上均勻的力而制動(dòng)，因此車輛一般不會(huì)出現(xiàn)側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在尾鉤當(dāng)中還有一個(gè)防脫裝置，用來確保繩索不會(huì)自動(dòng)脫落。采取了電控系統(tǒng)針對(duì)尾鉤狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)將具體的車輛信息上傳到基站當(dāng)中，即設(shè)計(jì)了如圖1 所示的監(jiān)控系統(tǒng)，在車輛接受到尾鉤脫落信號(hào)之后，無線基站會(huì)將報(bào)警信號(hào)發(fā)出，提醒車內(nèi)所有人員此時(shí)尾鉤已經(jīng)完成釋放，做好后續(xù)準(zhǔn)備。LED 顯示屏也會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，以便于對(duì)其他車輛進(jìn)行提醒。這些信息還會(huì)在經(jīng)過基站之后，上傳到上位機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，而區(qū)間測(cè)速與交通信號(hào)管理這兩大系統(tǒng)當(dāng)中的信息，都會(huì)借助于這個(gè)電控系統(tǒng)上傳到上位機(jī)系統(tǒng)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖

3 無軌膠輪車失速保護(hù)系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

3.1 無軌膠輪車失速保護(hù)裝置

3.1.1 車載設(shè)備

在系統(tǒng)當(dāng)中，將車載設(shè)備全部固定到了車輛本體上，車載設(shè)備可包括尾鉤及其釋放裝置、無線基站、傳感器以及本安電源等關(guān)鍵設(shè)備。就無線基站這一車載設(shè)備來說，主要采取不銹鋼材質(zhì)的基站外殼，采取拉絲設(shè)計(jì)方式。在基站當(dāng)中還分別嵌入了無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及工業(yè)數(shù)據(jù)的處理器，因此可以適應(yīng)各種惡劣的煤礦井下作業(yè)環(huán)境。就傳感器車載設(shè)備主要應(yīng)用了位置傳感器，用于位置檢測(cè)，芯片采取瑞士生產(chǎn)的傳感器芯片，具有精確度高、反應(yīng)靈敏、強(qiáng)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，外殼為不銹鋼材質(zhì)，有著良好的密封性能，防水等級(jí)能夠達(dá)到IP67，這種傳感器大多在汽車上也有應(yīng)用，具有良好的抗震性能。上述設(shè)備都具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，不會(huì)對(duì)無軌膠輪車原有性能造成改變[3]。

3.1.2 巷道設(shè)備

在失速保護(hù)裝置當(dāng)中的巷道設(shè)備主要包括本安無線基站、阻攔繩索如圖2 所示、巷道報(bào)警顯示器以及控制箱等等。其中的無線基站即無限接收控制器，其中有進(jìn)口的可編程PLC 以及嵌入式的以太網(wǎng)交換機(jī)，從而有效提升了數(shù)據(jù)處理效率與可靠性。其中的巷道報(bào)警顯示器主要為L(zhǎng)ED 顯示屏，選擇超量LED 燈材質(zhì)，在煤礦井下作業(yè)時(shí)照射距離可達(dá)200 m，內(nèi)部設(shè)置有報(bào)警裝置，報(bào)警聲響可達(dá)85 分貝以上。其中的阻攔繩索能夠有效防止攔截過程中沖擊無軌膠輪車，從而確保車上工作人員的人身安全，同時(shí)也能夠存儲(chǔ)充足鋼絲繩，借助于較長(zhǎng)的緩沖距離來對(duì)車輛沖擊力進(jìn)行吸收。另外，巷道按結(jié)構(gòu)劃分還可以分為直線型巷道（如圖2 所示）與三岔口巷道（如圖3 所示），因此在選擇巷道設(shè)備時(shí)需要充分考慮兩種不同結(jié)構(gòu)的巷道類型。

圖2 直線型巷道結(jié)構(gòu)

圖3 三岔口型巷道結(jié)構(gòu)

3.2 區(qū)間測(cè)速裝置設(shè)計(jì)

3.2.1 區(qū)間測(cè)速設(shè)計(jì)

區(qū)間測(cè)速裝置主要組成有無線發(fā)射裝置、無線接收裝置、光纜以及工控機(jī)等。其中無線發(fā)射裝置設(shè)置到了無軌膠輪車的駕駛室當(dāng)中，在車輛啟動(dòng)之后，無線發(fā)射裝置會(huì)通過無線電波向外界輸送車輛信息。無線接收裝置則設(shè)置到了區(qū)間測(cè)速巷道當(dāng)中，分別在起始點(diǎn)與終止點(diǎn)設(shè)置兩臺(tái)無線接受裝置，能夠針對(duì)無線發(fā)射裝置當(dāng)中發(fā)射出的無線電波進(jìn)行接收，并借助于兩臺(tái)接收裝置之間的光纜連接，實(shí)現(xiàn)相互之前的數(shù)據(jù)交換。工控機(jī)則設(shè)置到了調(diào)度室當(dāng)中，由無線接受裝置負(fù)責(zé)接收車輛信息，并將具體的參數(shù)上傳到工控機(jī)當(dāng)中，再由工控機(jī)當(dāng)中的無軌膠輪車區(qū)間測(cè)速上位機(jī)軟件開展后續(xù)的分析與計(jì)算[4]。

3.2.2 視頻錄制設(shè)計(jì)

視頻錄制裝置的主要組成一般由高清的網(wǎng)絡(luò)攝像設(shè)備以及補(bǔ)光燈設(shè)備組成。其中高清的網(wǎng)絡(luò)攝像設(shè)備主要復(fù)雜對(duì)視頻圖像進(jìn)行采集，并在區(qū)間測(cè)速的出口位置與入口位置分別安裝高清的網(wǎng)絡(luò)攝像設(shè)備，當(dāng)無軌膠輪車經(jīng)過這部分區(qū)域之后，由高清的網(wǎng)絡(luò)攝像設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)視頻信息進(jìn)行采集，而后將這些視頻信息存儲(chǔ)到調(diào)度室當(dāng)中的工控機(jī)內(nèi)部，從而更有助于在車輛發(fā)生超速之后對(duì)視頻信息進(jìn)行查閱分析[5]。

3.3 交通管理裝置設(shè)計(jì)

這種裝置在無軌膠輪車失速保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，主要的作用就是針對(duì)斜井巷道與輔助運(yùn)輸工作進(jìn)行智能化的交通管理。借助于對(duì)煤礦井口、井下的丁字或十字路口安裝LED 顯示屏，對(duì)車輛通行情況進(jìn)行合理控制，從而保障車輛運(yùn)行的有序性。本文中所研究的系統(tǒng)組成主要有地面設(shè)備與井下設(shè)備兩方面。其中地面設(shè)備可分為工控機(jī)設(shè)備、操作軟件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)設(shè)備以及系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備等等。井下設(shè)備可分為車載無線設(shè)備、紅外線接收設(shè)備、控制箱設(shè)備、礦用電纜設(shè)備、LED 顯示屏如圖3 所示以及礦用電源等等[6]。

3.4 硬件模塊搭建

以PIC18F4580 特性為基礎(chǔ)的硬件模塊搭建需要滿足以下功能：運(yùn)算功能。能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行接收并開展邏輯運(yùn)算，將其換算為具體的狀態(tài)信息；通信功能，能夠和上位監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行雙向的通信，將數(shù)據(jù)上傳，將命令接收，并與檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行單向通信，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收；控制功能，借助于對(duì)LED顯示屏進(jìn)行顯示控制，實(shí)時(shí)控制膠輪車運(yùn)行狀態(tài)；分配獨(dú)立地址功能，從而對(duì)不同基站進(jìn)行區(qū)分。因此總結(jié)來看，主要包括以下模塊：RS-485 通信模塊、無線通信模塊、CAN 通信模塊、輸出控制模塊、電源模塊。如下頁圖4 所示。

圖4 硬件模塊框架圖

4 應(yīng)用情況分析

針對(duì)本文中所研究的失速保護(hù)系統(tǒng)在某公司當(dāng)中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用測(cè)試，并取得了十分優(yōu)異的應(yīng)用成果，后期該系統(tǒng)在更多的煤礦井下得到大力推廣應(yīng)用。例如：副平硐全長(zhǎng)3 724 m，坡度6.5°，且連續(xù)下坡道路，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，安裝3 組共6 道吸能器及阻攔索。兼顧考慮副平硐整條運(yùn)輸線、安裝地點(diǎn)坡度較大、距離落平段距離較近及路面平整度，在副平硐1 200 m、2 200 m、3 200 m 道路兩側(cè)安裝2 個(gè)吸能器及阻攔索，相鄰兩道阻攔索之間間距50 m。同時(shí)，在副平硐井口及井底車場(chǎng)安裝區(qū)間測(cè)速無線接收分站，并在副平硐井口、井下十字路口及丁字路口安裝交通管理紅綠LED 顯示屏。根據(jù)實(shí)踐效果來看，通過無軌膠輪車時(shí)速控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠針對(duì)無軌膠輪車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)以及礦內(nèi)運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠有效解決我國(guó)大部分煤礦井下坡度過大、運(yùn)輸管理工作難度大的問題，有效提升了輔助運(yùn)輸工作的工作效率與安全性。