任肖利

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

目前防爆無軌膠輪車得到廣泛的應(yīng)用，然而防爆無軌膠輪車因超速行駛、剎車失靈或掛檔失敗造成的無軌膠輪車速度失控跑車現(xiàn)象屢有發(fā)生[1]，一旦發(fā)生無軌膠輪車跑車事故，都將造成嚴重的人員傷亡事故[2]。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》392條規(guī)定，無軌膠輪車在長坡段巷道內(nèi)行駛時，必須采取車輛失速安全措施，以保證無軌輔助車輛的安全可靠性[3]。因此，有必要設(shè)計一種可實現(xiàn)制動失效后，對車輛能進行有效地阻攔的阻車系統(tǒng)。

1 制動失效阻攔系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)無軌膠輪車的使用特點及井下工況，對制動失效阻攔系統(tǒng)進行設(shè)計，該系統(tǒng)主要包括：

1) 安裝于膠輪車上的設(shè)備控制器、尾部拖鉤機構(gòu)、測速傳感器、脫鉤檢測傳感器、報警器等。

2) 安裝于井下巷道的吸能裝置、阻攔索、超速檢測控制器等[4]。

1.1 車載設(shè)備

1) 尾鉤機構(gòu)控制器。如圖1所示,控制器固定于車架上，當控制器接收到司機發(fā)出的脫鉤指令或者接收到測速傳感器的超速信號時，會提示報警，在持續(xù)一段時間后，將會控制尾鉤機構(gòu)電磁鐵動作，釋放尾鉤，以便尾鉤能準確及時的落到地面?？刂破骺赏ㄟ^調(diào)整內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)任意速度下的脫鉤動作[5]。

(a)

(b)

2) 尾部拖鉤機構(gòu)。如圖2所示,拖鉤機構(gòu)固定于車架后方，其主要作用是鉤住阻攔裝置鋼絲繩，當車輛速度失去控制時，可自動或手動釋放，釋放后尾鉤緊貼地面隨車輛前行，當與阻攔索相遇時被阻攔索鉤住，連接阻攔索的吸能裝置對車輛產(chǎn)生一個與運動方向相反的阻攔阻力，使車輛減速制動，緩沖一定的距離后，車輛平穩(wěn)停止[6]。整個制動過程，被牽引車輛受到向后的制動力，并不會有側(cè)向力產(chǎn)生，車輛無側(cè)翻的危險[7]。

(a)

(c)

3) 測速傳感器。如圖3所示,傳感器通過固定支架固定于橋殼上，測速齒圈通過螺栓固定于傳動軸上，當傳動軸轉(zhuǎn)動時，帶動測速齒圈一起旋轉(zhuǎn)，測速傳感器接收測速齒圈的轉(zhuǎn)動速度，自動轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕v的行駛速度[8]。

4) 礦用本質(zhì)安全型位置傳感器。主要用于檢測尾鉤機構(gòu)是否完成釋放，可將尾鉤機構(gòu)的實時位置傳送到車載無線基站[9],脫鉤檢測傳感器見圖4。

(a)

(b)

圖4 脫鉤檢測傳感器

5) 報警器。當車輛發(fā)生速度失控制動失效的現(xiàn)象時，用來反映尾鉤機構(gòu)的位置，當尾鉤機構(gòu)釋放時，報警器發(fā)生報警，提示駕駛員尾鉤已釋放,報警器裝置見圖5。

圖5 報警器裝置

1.2 巷道設(shè)備

巷道設(shè)備包括吸能器、阻攔索、超速檢測控制器。

1) 吸能器。如圖6所示,吸能器主要通過阻攔索輸出阻力，阻攔索與尾鉤完全鉤住時，車輛的動能被吸能器吸收，使車輛發(fā)生減速制動，最終完全停車。整個緩沖制動過程為柔性緩沖，制動過程始終在人體可承受范圍內(nèi)。

圖6 吸能裝置

2) 阻攔索。阻攔索與吸能器連接，阻攔索橫跨井下巷道，在被尾鉤機構(gòu)鉤住后后，由于受到吸能器的作用，使車輛制動停止[10],阻攔索見圖7。

圖7 阻攔索

2 現(xiàn)場試驗

為驗證整套速度失控保護裝置的使用功能，在生產(chǎn)基地對該系統(tǒng)進行了現(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場試驗見圖8。

圖8 速度失控保護裝置現(xiàn)場試驗

2.1 試驗設(shè)備及場地

1) 試驗車輛。采用WC20R(D)平頭運人車，該車輛是目前各大礦井使用廣泛的運人車輛，故在該車上試驗具有一定的參考價值。WC20R(D)平頭運人車的主要技術(shù)參數(shù)： 適用巷道最大坡度14°,車輛總質(zhì)量4 500 kg。

2) 試驗場地。圖9為試驗現(xiàn)場布置圖，在整個試驗過程中，綜合考慮各個路口及每個路段的實際路況，確定試驗現(xiàn)場布置方案。試驗過程中，試驗車輛從出發(fā)位置開始，通過加速區(qū)域109 000 mm進行車輛加速，當達到試驗車速時，尾鉤即自動脫落，尾鉤脫落需在加速區(qū)域內(nèi)完成。吸能器分別布置于廠房門口和另外一側(cè)，此處布置有跳繩機構(gòu)，在車輛速度失控超速時(見圖10)，發(fā)出跳繩信號，跳繩機構(gòu)將使鋼絲繩自動彈起，使尾鉤在此處鉤住鋼絲繩，通過減速區(qū)域105 000 mm，吸能裝置開始作用，車輛開始減速，減速距離遠遠大于鋼絲繩的最大伸出距離，最終車輛在減速區(qū)域內(nèi)停車。

圖9 試驗場地及裝置分布

圖10 速度失控保護裝置現(xiàn)場試驗

3) 尾鉤機構(gòu)布置。尾鉤機構(gòu)是整套系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，該機構(gòu)能否正常的脫鉤或者進行其他動作，將直接影響著整套系統(tǒng)的使用性能，本項目試驗尾鉤機構(gòu)采用U型螺栓，將尾鉤機構(gòu)固定于車架大梁上，保證尾鉤機構(gòu)的機構(gòu)穩(wěn)定性及可靠性，同時合理的布置U型螺栓的位置，保證車架大梁可承受相對較大的彎矩及扭矩,如圖11所示。

圖11 尾鉤機構(gòu)在整車上的裝配

4) 吸能裝置布置。在廠區(qū)內(nèi)采用車間已有兩個5 t試驗塊將吸能裝置固定座壓緊，將吸能裝置通過螺栓固定于吸能裝置固定座上，10 t試驗塊與地面之間的靜摩擦力足以提供試驗車輛的最大制動力，因此采用此種固定方式,見圖12。

圖12 吸能器現(xiàn)場固定

2.2 試驗結(jié)果分析

試驗表明，車輛速度失控保護系統(tǒng)采用吸能器吸能制動，柔性緩沖效果明顯，車輛在時速20～30 km/h，4.5 t空載車輛時速20 km時，制動距離在10 m以上，4.5 t重載車輛時速30 km時，制動距離在65 m以內(nèi)，制動減速度始終在技術(shù)要求0.5g～2.5g的范圍內(nèi)，完全在人體所能承受的制動減速度范圍內(nèi)(人體能夠承受5g的制動減速度)，司機及乘員無不良生理反應(yīng)，詳見表1。

表1 試驗數(shù)據(jù)記錄

3 井下工業(yè)性試驗

工業(yè)性試驗以無軌膠輪運人車為載體平臺，主要驗證：

1) 在煤礦井下車輛以一定速度行駛(為保證人員安全，速度控制在25 km/h以下)，駕駛員未進行制動操作，模擬車輛速度失控狀態(tài)。在該狀態(tài)下，速度失控智能保護系統(tǒng)的工作機構(gòu)可正常動作，并有效完成車輛的阻攔。

2) 在15 km/h、20 km/h、25 km/h 3個不同的速度段，車輛最大制動距離均小于30 m,制動減速度均位于0.5g～2.5g，司機及乘員在保護系統(tǒng)制動過程中無不良生理反應(yīng)。

工業(yè)性試驗數(shù)據(jù)見表2。在試驗時，駕駛員不進行制動操作，待車速達到預(yù)設(shè)報警車速時，失速智能保護裝置開始正常動作，對車輛進行阻攔制動，最終使車輛安全平穩(wěn)的?？浚麄€試驗過程中最大制動距離始終滿足要求，司機及乘員在制動過程中未出現(xiàn)不良身體反應(yīng)，試驗表明該裝置可在無軌運輸?shù)V井中進行使用，可有效防治制動失效造成的跑車現(xiàn)象，保障井下作業(yè)人員的安全。

表2 工業(yè)性試驗數(shù)據(jù)記錄

4 結(jié)論

無軌膠輪車因制動系統(tǒng)性能不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)速度失控的安全隱患事故,故設(shè)計的無軌膠輪車制動失效阻攔系統(tǒng)必須通過井下工業(yè)性試驗,由試驗數(shù)據(jù)表明,該系統(tǒng)具有較強的阻攔穩(wěn)定性與可靠性。