一种电控无轨胶轮车速度失控防护装置

郝亚星

(中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

随着煤矿行业的发展，新技术、新装备的推广应用，无轨胶轮车以其运输速度快、能力大、效率高、成本低、灵活性强、安全性好及可实现不转载运输等特点，已广泛应用于煤矿生产运输中。然而无轨胶轮车在坡度较大，行程较长的坡度上下坡时因长时间制动，易引起制动器发热，甚至失效，而导致跑车事故，轻者撞坏设备、支架，重者造成人员伤亡[1-3]。经反复分析研究，设计开发了一种无轨胶轮车失速报警装置，即利用先进的无线通信技术将移动中的胶轮车和固定点的跳绳机构实现互联。设置在车内的控制器实时采集胶轮车速度，车速超过某一预先设定值时，输出报警信号，提醒司机进行制动减速，如果制动失效，司机通过按钮手动操作控制胶轮车落钩；超速时间超过设定值时，自动输出控制落钩；同时控制器发出跳绳命令(无线信号)，设置在胶轮车运行路线上的控制器接收到跳绳命令，驱动跳绳机构跳绳，保证胶轮车落下的尾钩勾住跳起的钢丝绳，吸能器迅速吸收失速胶轮车动能，达到拦截目的;同时控制报警箱进行“发生跑车，注意躲避！”语音报警，提醒巷道工作人员，提高生产运输安全性。

1 速度失控防护装置组成

该装置主要包含胶轮车上设备、巷道设备及调度室管理设备。

1)安装于胶轮车上的设备。包括控制器、尾钩机构、测速传感器、脱钩检测传感器、报警器、电磁铁等。主要实现胶轮车运行速度的检测、超速判断、超速时长分析、超速报警、脱钩控制、脱钩检测、与巷道设备的无线通信等。

2)安装于巷道的巷道设备。包括控制器、跳绳机构、电磁铁、吸能器、报警箱、显示屏和摄像仪等。主要实现与胶轮车的无线通信、识别区段内胶轮车信息、超速信息、控制跳绳机构实现跳绳拦截、拦截缓冲、巷道报警、显示胶轮车车速、巷道视频信息采集及通信。

3)调度室管理设备。包括计算机、监视器、录像机。主要实现巷道胶轮车位置信息显示、超速报警及巷道视频信号的显示等。

无轨胶轮车速度失控防护装置拓扑图如图1所示。图1中巷道布置的控制器通过CAN总线联网后进入监控室的计算机，摄像仪通过光纤相连进入监控室的录像机中。胶轮车控制器通过无线通信和巷道的控制器进行数据传输，尾钩机构和控制器安装于胶轮车底部。巷道设备根据现场情况，在防护距离点进行设置安装。摄像仪设置在巷道重要的场所，便于监测胶轮车运行情况。

图1 无轨胶轮车速度失控报警装置拓扑图

2 装置功能

1)拦截机械制动功能。在胶轮车车辆制动失灵或超速时，司机操作控制按钮或者根据设定参数自动控制释放尾钩，尾钩勾住巷道地面钢丝绳，利用与钢丝绳相连的吸能器吸收失控车辆的动能，实现车辆平稳制动。

2)信号报警功能。胶轮车超速时，车内声光报警箱输出报警信号，提醒司机注意减速慢行；胶轮车制动失控时，巷道的报警箱进行声光报警，提醒巷道工作人员及车辆注意安全。

3)速度测量和设定功能。在运输过程中，全程实时测量胶轮车运行速度。并可设定报警或者脱钩速度限定值。

4) 交通管理功能。管理人员能够实时了解各区段内有胶轮车位置、速度等信息，便于及时发现问题并进行处理，保证胶轮车有序、安全运行。

5)运输记录。设置在调度室的计算机对井下区段路线进行模拟画面显示，能记录车辆行驶的速度、超速时间、超速区段等信息，便于运输管理、事故追查。

6)视频监视。视频监视装置安装示意图如图2所示，主要对胶轮车行驶情况进行视频录像和远端的画面显示，提供视频历史记录信息,方便管理人员查询。

1-脱扣结构；2-矿用车辆；3-控制器；4-踏板装置；5-弹绳结构；6-吸能器

3 工作原理

电气原理如图3所示。

1) 安装在胶轮车上的控制器设置有相应的机车编号信息及速度限制、超速等信息。胶轮车启动运行，测速机构工作，安装在胶轮车上的控制器采集胶轮车运行速度，并实时把胶轮车的运行速度、编号、跑车等信息通过无线模块发送出去;胶轮车进入控制器的接受范围内，巷道设置的控制器接收胶轮车发送的无线信息，控制器控制显示屏进行区域内胶轮车行驶速度的显示，便于巷道工作人员及司机查看;同时,上传给调度室的管理计算机，计算机模拟显示胶轮车的位置及车速，管理人员可通过显示器查看胶轮车的运行情况。

图3 电气原理框图

2) 当车速超过设定值后，胶轮车上控制器发出报警信号提醒司机降低车速安全行驶。在制动失灵情况下，胶轮车司机可以通过按下脱钩按钮发送脱钩命令，控制器接收到按钮信号后，输出控制尾钩机构动作，进行脱钩，控制器通过脱钩检测传感器检测尾钩落下情况；同时发送脱钩跳绳无线信号，以便巷道控制器接收进行跳绳。如果超速运行超过设定时间，控制器自动控制尾钩机构动作，进行脱钩。

设置在胶轮车行驶路线巷道中的控制器接收到胶轮车上控制器发出的跳绳信号，马上发出跳绳指令控制跳绳机构动作,弹起钢丝绳(可控制失速点一下所有拦截钢丝绳跳出)。失速胶轮车经过时，落下的尾钩勾住弹起的钢丝绳，在吸能器的缓冲作用下钢丝绳有效拦截住失速跑动的胶轮车，保障巷道设备、胶轮车及巷道工作人员的安全。如果胶轮车在拦截点下方失速，即已行驶过了距离胶轮车最近的跳绳装置，下级跳绳机构可对胶轮车进行有效拦截。

检测到胶轮车失控，胶轮车控制器控制尾钩脱钩，巷道控制器控制拦截绳跳起，同时通过报警箱进行全巷道“发生跑车、注意躲避”的声光警示，提醒巷道工作人员注意躲避，防止失速车辆对工作人员造成伤害。

在胶轮车正常行驶或者发生跑车时，跳绳机构控制器将自己接收范围里的胶轮车速度、编号、超速等信息通过总线发送到监控室的监视器上，方便及时了解现场状况并采取相应措施。

为了提高拦截的可靠性，可根据情况，使失速位置下方所有拦截绳跳起。当问题处理后对跳起的拦截钢丝绳进行“复位”处理，使钢丝绳放置在绳槽中，便于车辆顺畅运行。

4 装置特点

1)采用无线通信技术，实现胶轮车与巷道设备联动，可靠性大幅提高。

2)采用先进高性能的传感器对胶轮车运行测速，速度测量精度高，提高了装置控制的准确度。

3)柔性减速吸能器设计，技术领先，缓冲距离长，使胶轮车及司机的损伤程度降到了最低。

4)具有自动识别胶轮车行驶速度，判断超速、警示、控制拦截机构动作，同时具有司机手动控制拦截机构动作，实施拦截。

5)采用联网方式，自动识别各运行区段胶轮车信息，显示胶轮车运输所在的区段位置信息，便于管理人员管理调度。

5 结论

通过该电控防护装置的开发设计，采用科学的、合理的4G通信模式智能保护控制方案后，能有效地防护矿用车辆速度失控跑车，为矿用车辆速度失控提供合理的智能保护；优化煤矿运输车辆安全形势的分析能力，提高整车的安全性能，降低设备故障及人员伤亡事故率，增强适用性；同时增加车辆的运营安全系数，提高无轨胶轮车产品的市场竞争力和煤矿井下的运行效率，提高矿井系统的安全性。