無軌膠輪車自動打掩系統(tǒng)研發(fā)

劉超華，郭慶華，齊賀鵬，衛(wèi)中寬，李志強，張 舉

（1.中煤平朔發(fā)展集團有限公司，山西朔州 036002；2.中煤天津設計工程有限公司，天津 300120）

0 引言

隨著工業(yè)化進程的快速發(fā)展，人們對煤礦資源的需求逐年增加。為了滿足人們對能源的需求，煤礦企業(yè)需要不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模、提高產(chǎn)量，這使煤礦物料的運輸搬運面臨巨大的挑戰(zhàn)。在煤礦生產(chǎn)過程中，無軌膠輪車作為一種重要的輔助運輸工具，具有線路簡便、系統(tǒng)簡單、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少、效率高、適應性強等優(yōu)勢，在礦用輔助運輸中占據(jù)越來越重要的地位[1-2]。

然而，隨著煤礦安全標準的不斷提高，煤礦運輸車輛的安全性和穩(wěn)定性成為企業(yè)亟需解決的問題。傳統(tǒng)無軌膠輪車制動系統(tǒng)在應對緊急情況或行駛在車況復雜的路面時存在安全隱患，例如制動不及時、制動失效、溜車等[3-4]。此外，人工操作的無軌膠輪車在高負荷工作下，易造成人員疲勞和操作事故，增加了事故發(fā)生的風險[5]。為解決上述安全隱患，提高無軌膠輪車運輸?shù)陌踩院托?，許多研究機構和企業(yè)已經(jīng)開始探索自動化技術在無軌膠輪車上的應用。自動化技術能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作和智能控制，有效降低事故風險，并提高運輸效率[6]。其中，自動打掩系統(tǒng)作為無軌膠輪車的重要組成部分，具有廣闊的應用前景和研究價值。

本文采用實驗室試裝和試驗場驗證相結合的方法，針對在役WC5XE 防爆柴油機無軌膠輪車進行性能升級，開發(fā)自動打掩系統(tǒng)，為煤礦企業(yè)的生產(chǎn)運營提供科學先進的技術支持，探索無軌膠輪車自動化運輸?shù)奈磥矸较?，促進煤礦產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，為我國煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)和可持續(xù)化發(fā)展作出貢獻。

1 設計方案

本文研究設計的自動打掩系統(tǒng)實現(xiàn)了無軌膠輪車停車時自動阻車、車輛啟動時輪擋自動升起功能。在阻車裝置中，利用增設的機械機構、液壓機構及電氣機構，實現(xiàn)無軌膠輪車的停車自動打掩。

1.1 總體結構設計

通過對目標無軌膠輪車車型尺寸的計算分析，對車輛的打掩系統(tǒng)進行機械設計、液壓回路設計與控制策略設計，并對系統(tǒng)建立數(shù)學模型。自動打掩系統(tǒng)的結構組成主要包括液壓系統(tǒng)、輪擋單元和輔助機構，其執(zhí)行機構三維建模如圖1 所示。

圖1 打掩裝置執(zhí)行機構三維建模

1.2 裝置技術原理

自動收落的打掩裝置利用門檔桿控制電磁換向閥，釋放液壓油缸的壓力。液壓缸內(nèi)置有彈性元件，用于推動輪擋單元自動落下，從而實現(xiàn)車輛的自動輪擋駐車功能。

1.2.1 輪擋收起的行車狀態(tài)

液壓機構通過控制液壓桿運動，實現(xiàn)輪擋單元的收回，確保輪擋單元可靠地完成收啟動作，并且在需要時能夠迅速響應（圖2）。

圖2 打掩裝置完全收起狀態(tài)

1.2.2 輪擋落下的駐車狀態(tài)

液壓系統(tǒng)采用內(nèi)置的彈性元件來推動液壓桿伸出。通過自動輪擋打掩設計，車輛可以在停車時實現(xiàn)方便、安全的操作，為車輛停車提供可靠的保障（圖3）。

1.2.3 液壓系統(tǒng)結構

液壓系統(tǒng)的結構如圖4 所示。其中，液壓泵用于把液壓油泵入液壓回路；液壓油箱用于存儲液壓油；蓄能器用于儲存能量，使液壓泵不工作時液壓回路仍可保持油壓，以驅(qū)動液壓油缸伸縮；電控系統(tǒng)通過控制三位四通電磁換向閥的移動，實現(xiàn)液壓油缸的伸縮，控制輪擋單元的收落；液壓鎖用于為雙作用液壓油缸保壓，避免因液壓回路失壓而導致液壓油缸不能正常伸縮；雙作用液壓油缸用于實現(xiàn)輪擋單元的收落。電控系統(tǒng)中，蓄電池用于供給電能；主令開關是車輛的電路總開關；門擋開關布置在駕駛室車門中間，用于控制輪擋單元起落；輪擋指示燈在輪擋單元落下阻車時指示燈亮，輪擋單元收起時熄滅。

圖4 液壓系統(tǒng)結構

1.3 自動打掩系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）自動化功能：該系統(tǒng)利用門擋開關采集信息，判斷駕駛員意圖，以實現(xiàn)自動化打掩功能，無需駕駛員手動干預，提高了操作的便利性和安全性。

（2）結構緊湊：打掩系統(tǒng)設計結構緊湊，輪擋單元在車廂底部連接的外置彈簧和內(nèi)置彈性元件，在車輛行車狀態(tài)下可有效收起和落下，且不需占用過多空間，有利于保證車輛的正常行駛和停車過程。

（3）快速響應：系統(tǒng)采用液壓機構配合電磁換向閥控制輪擋單元快速升起和落下，提高了車輛的停車安全性和行車效率。

（4）安全可靠：自動打掩系統(tǒng)需要駕駛員拉開門擋開關才能下車，并在駕駛員拉開門擋開關時車輛自動進行打掩。這一過程能夠有效防止車輛在無駕駛員的情況下滑行或碰撞，保障了車輛與人員的安全。

2 實車運行驗證

自動打掩系統(tǒng)在試驗場中分別進行平地和14°上、下坡面實驗，以測試不同路況下打掩機構的落下效果，確保其完美配合無軌膠輪車的運行，準確無誤地實現(xiàn)打掩功能。在實驗過程中，嚴格遵循相關安全規(guī)程和操作規(guī)范，確保試驗的順利進行和人員的安全。

車輛在平地或坡面停止，駕駛員不拉手閥，直接拉開門擋下車，車輛實現(xiàn)自動打掩功能。自動打掩系統(tǒng)作用時制動油壓的變化曲線如圖5 所示。試驗結果表明，自動打掩系統(tǒng)成功實現(xiàn)了打掩機構的快速落下和收啟動作分別在2 s 內(nèi)完成，均符合預期，自動打掩系統(tǒng)成功實現(xiàn)預定功能，且車輛未發(fā)生溜車現(xiàn)象。

圖5 制動油壓變化曲線

3 結束語

本文基于煤礦輔助運輸現(xiàn)狀，為解決在運輸作業(yè)中可能出現(xiàn)的安全隱患，在無軌膠輪車上加裝自動打掩系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設計目標是提高無軌膠輪車運輸?shù)陌踩院托?，降低事故發(fā)生的可能性，為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)提供更加可靠的物料搬運工具。實際應用效果表明，該系統(tǒng)具有自動化水平高、結構緊湊、響應迅速、安全性高等優(yōu)點，并且可以廣泛適用于不同型號和規(guī)格的無軌膠輪車，滿足復雜工況的需求，為煤礦輔助運輸和其他相關行業(yè)提供更加安全、高效的物料搬運解決方案。