矿用无轨胶轮车感应防撞装置的设计

乔哲伟

（南京北路自动化系统有限责任公司， 江苏 南京 211199）

引言

随着煤矿生产技术水平以及生产工具自动化水平的提升，无轨胶轮在我国很多矿井得到了非常广泛的使用。和以前的把线路架空的电力机车相比，它具有了适应性好、供电设备较少、运输效率高等优点。无轨胶轮大多适应于铜矿开采或斜井开采的矿山，但是在目前实际的煤矿使用当中，巷道倾角给无轨胶轮带来的影响比较大。只要制动系统失去控置，碰撞就会发生在橡胶轮胎上。以目前情况来看，在市场上现有的橡胶轮胎的防止相撞措施通常是在大坡度的地方或者在大幅度转角的区域装上防止相撞的橡胶条，尽管如此防撞的效果仍不是很好，不能从根本上有效降低发生意外故障车辆的行驶速度，降低汽车发生碰撞的危险可能性。本文主要以某矿山为实例，构思设计了一种全新型实用的汽车防止发生碰撞装置，即整套无轨橡胶轮胎传感器防止碰撞的设备装置，并在社会实践中得到实际的应用。

1 煤矿矿场概述

晋煤集团旗下某煤矿矿场面积约7.58 km2，煤矿采煤机采煤的能力为0.9 Mt/年，矿田回采煤从3层到1 层，平均上下厚度为2.6 m，矿井采用了斜井式开采的方法，但是，回采的技术比较落后，即采用一次全高综采技术方法，采用无轨胶轮作为辅助来运输。煤矿作为副斜井的井长设计长度为3 800 m，巷道的边坡向下-7°，巷道作成拱形形状断面，断面尺寸（宽×高）为5.0 m×4.5 m。但因为巷道坡度过大，从井口的位置一直下山延伸至车场最底部，在没有轨胶轮运送过程中，制动系统处在长时间防护作用模态[1-2]，进而就会导致制动系统损伤破坏较为频繁，胶轮碰撞频繁，会威胁到作为防护的安全橡胶轮胎。为了避免制动系统损坏，这个矿场在斜式井的两边安装了防止相撞的橡胶条，进而就可以减少碰撞损坏，但是，这种方法的防治作用比较差。根据矿井运输室的内部统计，在2018 年全年期间一共发生过5 次橡胶车碰撞的危险事故，直接导致在经济上的损失大约为47.9 万元，并且，这种事故的发生也会影响到矿山的安全高效运输，为此，晋煤集团总公司设计制造了一套履带式胶轮车防撞装置就被，保障了斜井运输安全。

2 无轨胶轮车感应防撞装置的结构及工作原理

2.1 感应防撞装置结构

1）无轨胶轮汽车防止相撞装置主要是由传感器、牵引连、横梁、牵引链、导向槽、导向轮、红外测速仪、立柱、液压伸缩杆等这些部分组成。如图1 所示。

2）装置中共有两个立柱，立柱的长度为4.0 m，立柱与11 号工字钢通过焊接连接，立柱与巷道使用锚杆来固定；顶部梁的长度为5.0 m，顶梁与立柱之间用拉索来牢牢固定。电缆线连接螺母之间的预紧力应大于200 N·m。

图1 防撞装置结构

3）用地锚来固定液压式伸缩杆的底座与顶板。伸缩杆的最大伸缩高度为2.5 m，伸缩杆顶部与牵引链固定连接。液压式控制阀装置在液压杆中。

4）装置里面的两个导轮与横梁固定连接[3]，导轮与横梁之间的距离为0.5 m，两个导轮之间的尺寸距离为2.0 m。

5）有三根弹性防撞梁被固定在导向轮上两条引链的末端。每一根防撞梁的尺寸长度为3.0 m，宽为0.3 m，材料主要由树脂做成，两个防撞梁之间的间距为0.5 m[4]。在牵引链的牵引下防撞梁可以移动并恢复；把传感器装在下面的防撞梁上并与控制器相连接。

6）将红外速度监视器装置在立柱上。仪器主要由一些光波接收器、红外发射器、处理器等组成，PLC 控制器与光波处理器相连接。

2.2 工作原理

1）每隔长度500 m 的距离安装一个无轨胶轮装置，胶轮车在运输和生产过程中，在动作保护前液压伸缩杆处于收缩状态，距离底板之间的长度为3.5 m。

2）当胶车失去控置时，红外测速仪就会检测到运输此时的行车速度为11 m/s（约40 km/h）时，处理器就会对一些数据及时进行信号处理，并且通过信号线路传输给PLC 控制器。

3）当接收到数据信号之后，PLC 控制器会及时进行处理，并与液压控制阀一起向装置上的联锁开关发出“启动”指示命令。电动液压电源与电动控制阀相连接，电压压力为112 V。

4）液压伸缩杆上的电控液压阀通过电之后，伸缩杆会在液压的压力作用下慢慢伸长，会使弹性防撞梁处于牵引链和导轮的作用下。

5）当弹性防撞梁下降到底板上方1.2 m 时，装置在防撞梁底部的传感器与装置在导向槽上限制器内的传感器接触，并且将及时把信号输送给PLC 控制器。

3 装置的优缺点

1）结构比较简单可靠，成本相对较低：该装置结构相对简单，安装与维护起来很方便，制造的成本也低。

2）自动化程度高：该装置上有各种各样的传感器可以监测车速，并且判断车辆是否发生了碰撞危险，如果发生了碰撞危险，控制器就能及时地发出保护动作来降低危险。自动化机械程度高，该装置不需要专人来值班，直接降低了劳动强度。

3）防撞效果好：与之前的巷道防撞带相比较，该设备采用了测速装置，具有良好的防撞实际效果。

4）适用性强：该设备不但可以在煤矿生产中应用，而且还能够在建筑、运输等领域应用。

5）但是该装置在实际使用中仍然存在一些弊端，主要表现在：防撞梁在长时间发生碰撞后会导致变形，因此需要隔一段时间更换一次；还会受到道路中电气设备影响，红外测速仪还会出现电路信号接收失真现象，间接地影响接收数据方的准确性。

4 实际应用效果分析

2019 年3 月期间，在矿场副斜井中一共装了4台无轨胶轮感应防撞装置，分别安装在300 m、920 m、1 410 m、2 700 m、3 100 m 处，截至到2019 年9 月为止，该装置一共堵塞次数为9 次，运输事故率下降至3%以下，节省约40 多万元维护成本。

5 结语

通过在矿场上的实际应用，发现无轨胶轮汽车防撞装置具有防撞效果明显、自动化机械程度高、成本较低、安全系数高、适应性很强等优点，大幅度降低了斜井运输事故发生率，保障了矿井运输的安全可靠高效。