輪胎全壽命管理系統在煤礦安全管理中的應用

王野

摘 要：礦用巨型輪胎承載著自卸卡車采煤剝土的任務，同時也影響卡車的安全運行與成本消耗。研究探討了建立輪胎全壽命管理所需的過程，該管理過程通過細化和管控影響輪胎壽命的各個因素，最大化地延長了輪胎使用壽命，降低了成本。

關鍵詞：礦用輪胎;全壽命管理

目前，我國露天礦開采工藝以單斗卡車工藝為主，礦用自卸卡車是其最主要的運輸工具，輪胎作為卡車的重要部件，直接與工作環境接觸，承擔著卡車的牽引力和載荷。

一、輪胎全壽命系統的介紹

本系統目前是國際市場上最先進、最可靠的巨型輪胎監控管理系統，是國際輪胎行業專家、輪胎服務是礦山普遍認可的唯一可靠的系統。

工作原理：由胎內傳感器每三秒鐘將胎內的壓力、溫度數據通過RF天線傳輸給系統接收器與車載顯示器，系統接收器每15min會將接收到的胎溫、胎壓數據整理成數據包通過無線網絡將數據包傳輸到后臺電腦軟件終端進行數據共享。通過藍牙技術，可以實現手持藍牙終端與系統接收器進行連接實時監測胎溫、胎壓的數據。當輪胎溫度、壓力達到設定的報警值時，在駕駛室內部的顯示器將采用中文、英文兩種報警方式來提醒車輛操作人員，在調度室的軟件中將以顏色及數字顯示報警。

二、影響巨型礦用輪胎使用壽命的因素

1.維修對輪胎的影響。維修對輪胎的影響主要是指各種維修實踐對輪胎性能的影響，如輪胎靜態壓力的合理設定、輪胎定位校準、輪胎定期檢查保養等。維修安裝輪胎時靜態壓力對輪胎性能的影響。

X軸為輪胎實際充氣壓力相對推薦靜態壓力的百分比，Y軸為輪胎壽命相對推薦靜態壓力時正常壽命的降低百分比。由此可見輪胎過多充氣和過低充氣同樣有害，當輪胎充氣壓力大于或小于輪胎推薦靜態壓力的20%時，輪胎壽命減少約20%。

2.卡車對輪胎的影響?？ㄜ噷喬サ挠绊懼饕侵缚ㄜ嚨母鞣N因素對輪胎的影響，如卡車的載重量、卡車本身的結構以及卡車的速度等。隨著卡車載荷的增加，輪胎變形增大導致輪胎發熱，輪胎的性能從額定載重時的4500h降低到了超載40%時的1500h，下降幅度超過65%。

3.道路對輪胎的影響。道路對輪胎的影響比較復雜，礦山卡車運輸道路是最大的影響因素，良好的道路設計和維護可減少燃油消耗、提高輪胎壽命和駕車的舒適性。

4.周圍環境的溫度對輪胎的影響。周圍環境的溫度對輪胎的影響往往容易被忽視，環境溫度的變化會影響輪胎的壓力和溫度變化，進而影響輪胎的性能。在其他操作環境相似的情況下，寒冷地區的輪胎壽命要比炎熱地區的輪胎壽命高，環境溫度的變化要求輪胎的靜態壓力隨之動態調整。

三、系統現場應用功能

1.輪胎氣壓不達標報警。在系統監測到輪胎內部氣壓沒有達到系統設定的最低值時，在駕駛室內部的顯示器將采用中、英文兩種報警方式來提醒車輛操作人員，在調度室的控制軟件中將以圖形及數字，顯示輪胎氣壓不達標，并且系統會用急促音及突出顏色提示注意，并將報警數據儲存于系統中以備查看。將報警數據自動生成分析報告。

2.輪胎氣壓超標報警。在系統監測到輪胎內部氣壓超過系統設定的最高值時，在駕駛室內部的顯示器將采用中、英文兩種報警方式來提醒車輛操作人員，在調度室的控制軟件中將以圖形及數字，顯示輪胎氣壓超標，并且系統會用急促音及突出顏色提示注意，并將報警數據儲存于系統中以備查看。

3.輪胎溫度超標報警。在系統監測到輪胎溫度高于設定的標準值時，在駕駛室內部的顯示器將采用中、英文兩種報警方式來提醒車輛操作人員，在調度室的控制軟件中將以圖形及數字，顯示輪胎氣壓超標，并且系統會用急促音及突出顏色提示注意，并將報警數據儲存于系統中以備查看。

4.輪胎漏氣報警。在系統監測到輪胎內部氣壓快速降低時，在駕駛室內部的顯示器將采用中、英文兩種報警方式來提醒車輛操作人員，在調度室的控制軟件中將以圖形及數字，顯示輪胎氣壓超標，并且系統會用急促音及突出顏色提示注意，并將報警數據儲存于系統中以備查看。

5.系統工作狀態自身檢測。系統工作時會檢測自身的工作狀態（包括傳感器、GPS），如系統發現自身工作異常將在駕駛室內部顯示器上給出提示信息。

6.車輛運行速度及運距檢測。當車輛停止或者運行在礦區時系統將車輛的實時運行速度及運距信息傳送到調度室顯示屏幕上，對于超速車輛給予報警提示，并按照用戶需求提供運距統計信息。

7.GPS衛星定位功能。安裝輪胎實時監控系統后，無論車輛位于什么位置，調度室人員都可以對車輛進行實時監控，找到車輛的準確位置，精確記錄車輛輪胎的報警路段。

四、卡車輪胎全壽命管理系統功能

1.實時監控輪胎運行狀況。目前大多數露天礦山對輪胎壓力監測的方式是以交接班時定時、定期人工測量，或依據經驗觀測輪胎的形變情況，經驗化確定輪胎壓力是否符合標準，而輪胎壓力是動態變化的，隨著負載量、行駛速度、連續工作時間、氣候、輪胎溫度的變化而不斷非線性變化，露天礦山卡車一般連續運行，輪胎溫度升高時，胎內氣壓會發生一定變化，胎內壓力升高，當溫度和壓力超限時就有爆炸的危險。傳統的輪胎監測方式比較被動，監測到的數據不準確，實時性差。輪胎全壽命管理系統可實時監測輪胎溫度和壓力，并傳輸到監控系統服務器。

2.科學化換位換面。傳統的卡車輪胎換位未進行科學分析，因此不能保證換位的最優化，礦山道路環境變化和不同品牌輪胎進行調整后，也沒有相應的輪胎匹配和換面程序，輪胎兩側花紋磨損超過允許值會造成單只輪胎單側超載發熱，進而導致輪胎早期損壞甚至報廢。卡車輪胎換位方法取決于輪胎本身的性能、工況、駕駛方式和礦山生產運輸環境及道路狀況，影響換位的因素主要有車型、載重、操作習慣（加減速、剎車等）、裝載卸載區域等，例如道路左向行駛和右向行駛對輪胎左右磨損受力有明顯不同。影響輪胎換位的磨損率是一個復雜的物理化學過程，切割磨損率與載重呈線性正比，但摩擦或疲勞磨損率則與載重呈指數線性關系。輪胎全壽命管理系統通過綜合數據量化分析找出最佳時間點和換位順序，該時間點和換位順序對輪胎磨損最小，并有效減輕輪胎損壞。

3.TKPH動態分析。輪胎的TKPH值選擇須考慮露天礦一定時期內生產道路的變化（坡度、彎度、運距等），運載材料的變化，環境氣候的變化等，即使在同

一礦山不同路段由于坡度和彎道的不同，造成卡車負載不均衡，加上速度的變化，從而產生動態變化的TKPH值。輪胎全壽命管理系統可根據TKPH值動態變化，結合不同路線變化情況指導生產調度系統調整車輛運行方案，動態管理卡車載重及速度極限，減少輪胎發熱，確保安全。

4.動態調整卡車運行速度。當前許多礦山設定卡車運行速度上限值為30 km/h，該值基于經驗估計，缺乏量化計算，輪胎全壽命管理系統基于細節量化的工程參數分析，合理確定不同路段最佳行駛速度，規范駕駛員操作習慣，既有利于提高卡車生產效率，又避免了車速過高對輪胎的負面影響[5]。只要壓力和溫度不超過計算優化范圍，卡車行駛速度可適當上調，當卡車長時間運行造成輪胎壓力和溫度接近或超過允許優化范圍時，動態監控系統會實時通知調度系統，要求卡車減速或停車檢查。

5.組合使用多種不同性能輪胎。由于進口輪胎價格高昂，提高國產輪胎占有率是露天礦降低生產成本的有效途徑，目前國產輪胎雖與進口輪胎尚有一定技術差距，但通過多年技術積累已取得長足進步，這就使得如何通過合理組合使用不同性能的輪胎從而降低成本變得日益重要?？ㄜ囕喬ト珘勖芾硐到y通過大量的數據統計并分析，及時調整卡車運行速度和裝載質量，提高輪胎組合中國產輪胎的使用壽命，使卡車運行整體效益最大化，有效降低對進口輪胎的依賴性。

6.輪胎報廢綜合分析。輪胎報廢原因除與廠家生產工藝、膠料選用有關，還與礦山道路條件、運行中有無高溫高壓等異常工況有關，高壓使得輪胎伸張變形，胎體彈性降低，卡車運行時所受動負荷增大，如遇沖擊會導致胎面破裂，同時高壓使輪胎接地面積減小，胎冠中部磨損加快導致輪胎過早磨損報廢。而輪胎低壓由于輪胎變形幅度大，摩擦增加導致發熱，引起輪胎變軟內部疲勞，加速鋼絲與橡膠的老化變形，導致輪胎切割分離報廢，熱分離報廢和胎側切割，高溫高壓會使輪胎內部結構弱化，加上沖擊等因素，會導致輪胎早期報廢。

7.動態實時壓力設置。高壓和低壓都會損傷輪胎，高壓會導致輪胎受沖擊和切割的概率增加，低壓會導致輪胎發熱、磨損增加，滾動摩擦阻力的增加還會導致卡車油耗增加。輪胎全壽命管理系統壓力調整監控包括靜態壓力設置和動態壓力監控，靜態壓力設置綜合分析輪胎本身性能（如不同品牌、磨損率、輪胎位置等）、礦山生產運輸條件（如載重量、速度、道路狀況等）和環境溫度的變化而定期調整。動態氣壓調整則是首先分析動態溫度、壓力以便確定合理的運行溫度和壓力范圍，然后根據實際運行狀況實時調整控制壓力和溫度。這與目前傳統的靜態壓力監控不同，突破了傳統以監控工具為主的被動壓力控制。

8.建立礦用輪胎數據庫及信息化管理系統。輪胎全壽命管理系統改變原有礦山靜態經驗化管理模式，通過對每條輪胎的量化管理，實時準確記錄和監控每條輪胎在全壽命周期的具體情況。根據數據建立輪胎全壽命管理數據庫，實時跟蹤管理，技術人員通過對數據分析，出具有關輪胎性能、維修優化、成本分析等報告。

輪胎全壽命監測系統具備精確的數字控制模塊，受外界的影響比較小，帶上系統專為礦用設備量身定做，因此能夠有效的提高行車的安全性能。

參考文獻

[1]李煜.巨型礦用輪胎全壽命管理系統的應用研究[D].內蒙古大學，2017.

[2]丁瑞.巨型礦用輪胎全壽命管理研究[J].中國煤炭，2017，40（S1）：125-129.