无轨胶轮车自动打掩系统研发

刘超华，郭庆华，齐贺鹏，卫中宽，李志强，张 举

（1.中煤平朔发展集团有限公司，山西朔州 036002；2.中煤天津设计工程有限公司，天津 300120）

0 引言

随着工业化进程的快速发展，人们对煤矿资源的需求逐年增加。为了满足人们对能源的需求，煤矿企业需要不断扩大生产规模、提高产量，这使煤矿物料的运输搬运面临巨大的挑战。在煤矿生产过程中，无轨胶轮车作为一种重要的辅助运输工具，具有线路简便、系统简单、转载环节少、效率高、适应性强等优势，在矿用辅助运输中占据越来越重要的地位[1-2]。

然而，随着煤矿安全标准的不断提高，煤矿运输车辆的安全性和稳定性成为企业亟需解决的问题。传统无轨胶轮车制动系统在应对紧急情况或行驶在车况复杂的路面时存在安全隐患，例如制动不及时、制动失效、溜车等[3-4]。此外，人工操作的无轨胶轮车在高负荷工作下，易造成人员疲劳和操作事故，增加了事故发生的风险[5]。为解决上述安全隐患，提高无轨胶轮车运输的安全性和效率，许多研究机构和企业已经开始探索自动化技术在无轨胶轮车上的应用。自动化技术能够实现无人操作和智能控制，有效降低事故风险，并提高运输效率[6]。其中，自动打掩系统作为无轨胶轮车的重要组成部分，具有广阔的应用前景和研究价值。

本文采用实验室试装和试验场验证相结合的方法，针对在役WC5XE 防爆柴油机无轨胶轮车进行性能升级，开发自动打掩系统，为煤矿企业的生产运营提供科学先进的技术支持，探索无轨胶轮车自动化运输的未来方向，促进煤矿产业的转型升级，为我国煤矿行业的安全生产和可持续化发展作出贡献。

1 设计方案

本文研究设计的自动打掩系统实现了无轨胶轮车停车时自动阻车、车辆启动时轮挡自动升起功能。在阻车装置中，利用增设的机械机构、液压机构及电气机构，实现无轨胶轮车的停车自动打掩。

1.1 总体结构设计

通过对目标无轨胶轮车车型尺寸的计算分析，对车辆的打掩系统进行机械设计、液压回路设计与控制策略设计，并对系统建立数学模型。自动打掩系统的结构组成主要包括液压系统、轮挡单元和辅助机构，其执行机构三维建模如图1 所示。

图1 打掩装置执行机构三维建模

1.2 装置技术原理

自动收落的打掩装置利用门档杆控制电磁换向阀，释放液压油缸的压力。液压缸内置有弹性元件，用于推动轮挡单元自动落下，从而实现车辆的自动轮挡驻车功能。

1.2.1 轮挡收起的行车状态

液压机构通过控制液压杆运动，实现轮挡单元的收回，确保轮挡单元可靠地完成收启动作，并且在需要时能够迅速响应（图2）。

图2 打掩装置完全收起状态

1.2.2 轮挡落下的驻车状态

液压系统采用内置的弹性元件来推动液压杆伸出。通过自动轮挡打掩设计，车辆可以在停车时实现方便、安全的操作，为车辆停车提供可靠的保障（图3）。

1.2.3 液压系统结构

液压系统的结构如图4 所示。其中，液压泵用于把液压油泵入液压回路；液压油箱用于存储液压油；蓄能器用于储存能量，使液压泵不工作时液压回路仍可保持油压，以驱动液压油缸伸缩；电控系统通过控制三位四通电磁换向阀的移动，实现液压油缸的伸缩，控制轮挡单元的收落；液压锁用于为双作用液压油缸保压，避免因液压回路失压而导致液压油缸不能正常伸缩；双作用液压油缸用于实现轮挡单元的收落。电控系统中，蓄电池用于供给电能；主令开关是车辆的电路总开关；门挡开关布置在驾驶室车门中间，用于控制轮挡单元起落；轮挡指示灯在轮挡单元落下阻车时指示灯亮，轮挡单元收起时熄灭。

图4 液压系统结构

1.3 自动打掩系统的优势

（1）自动化功能：该系统利用门挡开关采集信息，判断驾驶员意图，以实现自动化打掩功能，无需驾驶员手动干预，提高了操作的便利性和安全性。

（2）结构紧凑：打掩系统设计结构紧凑，轮挡单元在车厢底部连接的外置弹簧和内置弹性元件，在车辆行车状态下可有效收起和落下，且不需占用过多空间，有利于保证车辆的正常行驶和停车过程。

（3）快速响应：系统采用液压机构配合电磁换向阀控制轮挡单元快速升起和落下，提高了车辆的停车安全性和行车效率。

（4）安全可靠：自动打掩系统需要驾驶员拉开门挡开关才能下车，并在驾驶员拉开门挡开关时车辆自动进行打掩。这一过程能够有效防止车辆在无驾驶员的情况下滑行或碰撞，保障了车辆与人员的安全。

2 实车运行验证

自动打掩系统在试验场中分别进行平地和14°上、下坡面实验，以测试不同路况下打掩机构的落下效果，确保其完美配合无轨胶轮车的运行，准确无误地实现打掩功能。在实验过程中，严格遵循相关安全规程和操作规范，确保试验的顺利进行和人员的安全。

车辆在平地或坡面停止，驾驶员不拉手阀，直接拉开门挡下车，车辆实现自动打掩功能。自动打掩系统作用时制动油压的变化曲线如图5 所示。试验结果表明，自动打掩系统成功实现了打掩机构的快速落下和收启动作分别在2 s 内完成，均符合预期，自动打掩系统成功实现预定功能，且车辆未发生溜车现象。

图5 制动油压变化曲线

3 结束语

本文基于煤矿辅助运输现状，为解决在运输作业中可能出现的安全隐患，在无轨胶轮车上加装自动打掩系统。该系统的设计目标是提高无轨胶轮车运输的安全性和效率，降低事故发生的可能性，为现代化工业生产提供更加可靠的物料搬运工具。实际应用效果表明，该系统具有自动化水平高、结构紧凑、响应迅速、安全性高等优点，并且可以广泛适用于不同型号和规格的无轨胶轮车，满足复杂工况的需求，为煤矿辅助运输和其他相关行业提供更加安全、高效的物料搬运解决方案。