轮胎全寿命管理系统在煤矿安全管理中的应用

王野

摘 要：矿用巨型轮胎承载着自卸卡车采煤剥土的任务，同时也影响卡车的安全运行与成本消耗。研究探讨了建立轮胎全寿命管理所需的过程，该管理过程通过细化和管控影响轮胎寿命的各个因素，最大化地延长了轮胎使用寿命，降低了成本。

关键词：矿用轮胎;全寿命管理

目前，我国露天矿开采工艺以单斗卡车工艺为主，矿用自卸卡车是其最主要的运输工具，轮胎作为卡车的重要部件，直接与工作环境接触，承担着卡车的牵引力和载荷。

一、轮胎全寿命系统的介绍

本系统目前是国际市场上最先进、最可靠的巨型轮胎监控管理系统，是国际轮胎行业专家、轮胎服务是矿山普遍认可的唯一可靠的系统。

工作原理：由胎内传感器每三秒钟将胎内的压力、温度数据通过RF天线传输给系统接收器与车载显示器，系统接收器每15min会将接收到的胎温、胎压数据整理成数据包通过无线网络将数据包传输到后台电脑软件终端进行数据共享。通过蓝牙技术，可以实现手持蓝牙终端与系统接收器进行连接实时监测胎温、胎压的数据。当轮胎温度、压力达到设定的报警值时，在驾驶室内部的显示器将采用中文、英文两种报警方式来提醒车辆操作人员，在调度室的软件中将以颜色及数字显示报警。

二、影响巨型矿用轮胎使用寿命的因素

1.维修对轮胎的影响。维修对轮胎的影响主要是指各种维修实践对轮胎性能的影响，如轮胎静态压力的合理设定、轮胎定位校准、轮胎定期检查保养等。维修安装轮胎时静态压力对轮胎性能的影响。

X轴为轮胎实际充气压力相对推荐静态压力的百分比，Y轴为轮胎寿命相对推荐静态压力时正常寿命的降低百分比。由此可见轮胎过多充气和过低充气同样有害，当轮胎充气压力大于或小于轮胎推荐静态压力的20%时，轮胎寿命减少约20%。

2.卡车对轮胎的影响。卡车对轮胎的影响主要是指卡车的各种因素对轮胎的影响，如卡车的载重量、卡车本身的结构以及卡车的速度等。随着卡车载荷的增加，轮胎变形增大导致轮胎发热，轮胎的性能从额定载重时的4500h降低到了超载40%时的1500h，下降幅度超过65%。

3.道路对轮胎的影响。道路对轮胎的影响比较复杂，矿山卡车运输道路是最大的影响因素，良好的道路设计和维护可减少燃油消耗、提高轮胎寿命和驾车的舒适性。

4.周围环境的温度对轮胎的影响。周围环境的温度对轮胎的影响往往容易被忽视，环境温度的变化会影响轮胎的压力和温度变化，进而影响轮胎的性能。在其他操作环境相似的情况下，寒冷地区的轮胎寿命要比炎热地区的轮胎寿命高，环境温度的变化要求轮胎的静态压力随之动态调整。

三、系统现场应用功能

1.轮胎气压不达标报警。在系统监测到轮胎内部气压没有达到系统设定的最低值时，在驾驶室内部的显示器将采用中、英文两种报警方式来提醒车辆操作人员，在调度室的控制软件中将以图形及数字，显示轮胎气压不达标，并且系统会用急促音及突出颜色提示注意，并将报警数据储存于系统中以备查看。将报警数据自动生成分析报告。

2.轮胎气压超标报警。在系统监测到轮胎内部气压超过系统设定的最高值时，在驾驶室内部的显示器将采用中、英文两种报警方式来提醒车辆操作人员，在调度室的控制软件中将以图形及数字，显示轮胎气压超标，并且系统会用急促音及突出颜色提示注意，并将报警数据储存于系统中以备查看。

3.轮胎温度超标报警。在系统监测到轮胎温度高于设定的标准值时，在驾驶室内部的显示器将采用中、英文两种报警方式来提醒车辆操作人员，在调度室的控制软件中将以图形及数字，显示轮胎气压超标，并且系统会用急促音及突出颜色提示注意，并将报警数据储存于系统中以备查看。

4.轮胎漏气报警。在系统监测到轮胎内部气压快速降低时，在驾驶室内部的显示器将采用中、英文两种报警方式来提醒车辆操作人员，在调度室的控制软件中将以图形及数字，显示轮胎气压超标，并且系统会用急促音及突出颜色提示注意，并将报警数据储存于系统中以备查看。

5.系统工作状态自身检测。系统工作时会检测自身的工作状态（包括传感器、GPS），如系统发现自身工作异常将在驾驶室内部显示器上给出提示信息。

6.车辆运行速度及运距检测。当车辆停止或者运行在矿区时系统将车辆的实时运行速度及运距信息传送到调度室显示屏幕上，对于超速车辆给予报警提示，并按照用户需求提供运距统计信息。

7.GPS卫星定位功能。安装轮胎实时监控系统后，无论车辆位于什么位置，调度室人员都可以对车辆进行实时监控，找到车辆的准确位置，精确记录车辆轮胎的报警路段。

四、卡车轮胎全寿命管理系统功能

1.实时监控轮胎运行状况。目前大多数露天矿山对轮胎压力监测的方式是以交接班时定时、定期人工测量，或依据经验观测轮胎的形变情况，经验化确定轮胎压力是否符合标准，而轮胎压力是动态变化的，随着负载量、行驶速度、连续工作时间、气候、轮胎温度的变化而不断非线性变化，露天矿山卡车一般连续运行，轮胎温度升高时，胎内气压会发生一定变化，胎内压力升高，当温度和压力超限时就有爆炸的危险。传统的轮胎监测方式比较被动，监测到的数据不准确，实时性差。轮胎全寿命管理系统可实时监测轮胎温度和压力，并传输到监控系统服务器。

2.科学化换位换面。传统的卡车轮胎换位未进行科学分析，因此不能保证换位的最优化，矿山道路环境变化和不同品牌轮胎进行调整后，也没有相应的轮胎匹配和换面程序，轮胎两侧花纹磨损超过允许值会造成单只轮胎单侧超载发热，进而导致轮胎早期损坏甚至报废。卡车轮胎换位方法取决于轮胎本身的性能、工况、驾驶方式和矿山生产运输环境及道路状况，影响换位的因素主要有车型、载重、操作习惯（加减速、刹车等）、装载卸载区域等，例如道路左向行驶和右向行驶对轮胎左右磨损受力有明显不同。影响轮胎换位的磨损率是一个复杂的物理化学过程，切割磨损率与载重呈线性正比，但摩擦或疲劳磨损率则与载重呈指数线性关系。轮胎全寿命管理系统通过综合数据量化分析找出最佳时间点和换位顺序，该时间点和换位顺序對轮胎磨损最小，并有效减轻轮胎损坏。

3.TKPH动态分析。轮胎的TKPH值选择须考虑露天矿一定时期内生产道路的变化（坡度、弯度、运距等），运载材料的变化，环境气候的变化等，即使在同

一矿山不同路段由于坡度和弯道的不同，造成卡车负载不均衡，加上速度的变化，从而产生动态变化的TKPH值。轮胎全寿命管理系统可根据TKPH值动态变化，结合不同路线变化情况指导生产调度系统调整车辆运行方案，动态管理卡车载重及速度极限，减少轮胎发热，确保安全。

4.动态调整卡车运行速度。当前许多矿山设定卡车运行速度上限值为30 km/h，该值基于经验估计，缺乏量化计算，轮胎全寿命管理系统基于细节量化的工程参数分析，合理确定不同路段最佳行驶速度，规范驾驶员操作习惯，既有利于提高卡车生产效率，又避免了车速过高对轮胎的负面影响[5]。只要压力和温度不超过计算优化范围，卡车行驶速度可适当上调，当卡车长时间运行造成轮胎压力和温度接近或超过允许优化范围时，动态监控系统会实时通知调度系统，要求卡车减速或停车检查。

5.组合使用多种不同性能轮胎。由于进口轮胎价格高昂，提高国产轮胎占有率是露天矿降低生产成本的有效途径，目前国产轮胎虽与进口轮胎尚有一定技术差距，但通过多年技术积累已取得长足进步，这就使得如何通过合理组合使用不同性能的轮胎从而降低成本变得日益重要。卡车轮胎全寿命管理系统通过大量的数据统计并分析，及时调整卡车运行速度和装载质量，提高轮胎组合中国产轮胎的使用寿命，使卡车运行整体效益最大化，有效降低对进口轮胎的依赖性。

6.轮胎报废综合分析。轮胎报废原因除与厂家生产工艺、胶料选用有关，还与矿山道路条件、运行中有无高温高压等异常工况有关，高压使得轮胎伸张变形，胎体弹性降低，卡车运行时所受动负荷增大，如遇冲击会导致胎面破裂，同时高压使轮胎接地面积减小，胎冠中部磨损加快导致轮胎过早磨损报废。而轮胎低压由于轮胎变形幅度大，摩擦增加导致发热，引起轮胎变软内部疲劳，加速钢丝与橡胶的老化变形，导致轮胎切割分离报废，热分离报废和胎侧切割，高温高压会使轮胎内部结构弱化，加上冲击等因素，会导致轮胎早期报废。

7.动态实时压力设置。高压和低压都会损伤轮胎，高压会导致轮胎受冲击和切割的概率增加，低压会导致轮胎发热、磨损增加，滾动摩擦阻力的增加还会导致卡车油耗增加。轮胎全寿命管理系统压力调整监控包括静态压力设置和动态压力监控，静态压力设置综合分析轮胎本身性能（如不同品牌、磨损率、轮胎位置等）、矿山生产运输条件（如载重量、速度、道路状况等）和环境温度的变化而定期调整。动态气压调整则是首先分析动态温度、压力以便确定合理的运行温度和压力范围，然后根据实际运行状况实时调整控制压力和温度。这与目前传统的静态压力监控不同，突破了传统以监控工具为主的被动压力控制。

8.建立矿用轮胎数据库及信息化管理系统。轮胎全寿命管理系统改变原有矿山静态经验化管理模式，通过对每条轮胎的量化管理，实时准确记录和监控每条轮胎在全寿命周期的具体情况。根据数据建立轮胎全寿命管理数据库，实时跟踪管理，技术人员通过对数据分析，出具有关轮胎性能、维修优化、成本分析等报告。

轮胎全寿命监测系统具备精确的数字控制模块，受外界的影响比较小，带上系统专为矿用设备量身定做，因此能够有效的提高行车的安全性能。

参考文献

[1]李煜.巨型矿用轮胎全寿命管理系统的应用研究[D].内蒙古大学，2017.

[2]丁瑞.巨型矿用轮胎全寿命管理研究[J].中国煤炭，2017，40（S1）：125-129.