煤礦井下膠輪車新型制動系統的應用研究

趙越仁

（晉能控股集團有限公司煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000）

引言

膠輪車由于其結構緊湊、使用靈活的特點已經成為井下巷道內物料運輸的核心設備，但由于膠輪車載重量大、井下地質條件復雜，所以在下坡路段經常會出現膠輪車車速過大導致的失控現象，給煤礦井下的運輸安全帶來了嚴重的隱患。針對目前腳輪車制動系統結構復雜，完全靠人工控制，制動效率低、可靠性差的不足，本文分析一種新的井下膠輪車制動系統，該系統包括車身制動機構和井巷制動裝置，利用監測控制系統實現對膠輪車運行狀態的實時監測，一旦出現超速，系統自動報警提醒，若車輛超速時間超過設定值且車速持續加快，系統將自動進行制動，同時在井巷制動裝置上設置有緩沖吸振結構，能夠有效降低在制動時對膠輪車的損壞，提高制動的穩定性。

1 車載制動系統

根據腳輪車制動需求，本文所提出的車載制動系統主要包括膠輪車運行狀態監測系統、尾鉤機構控制器、尾部拖鉤裝置、脫鉤檢測裝置等，用于實現車速監測、自動脫鉤、脫鉤檢測等，滿足超速情況下的自動脫鉤制動需求[1]。

膠輪車運行狀態監測系統，主要用于對膠輪車的運行速度進行監測，其核心是測速傳感器，將測速傳感器設置到膠輪車的橋殼處，用緊固螺栓將傳感器的測速齒圈固定在膠輪車的傳動機構上，膠輪車在運行過程中將帶動測速傳感器進行旋轉，根據單位時間內的旋轉圈數就可以實現對膠輪車運行速度的監測，然后將監測結果傳輸到控制中心內，實現對車速運行情況的實時監測和報警，測速傳感器安裝結構如下頁圖1-1所示。

尾鉤脫鉤控制裝置，設置在腳輪車尾部的車架上，由脫鉤控制系統和電磁鐵構成，當人工決定制動或者是系統發出制動信號后，系統控制電磁鐵失電，磁鐵瞬間失去磁性，將吸附在上面的尾鉤釋放，完成脫鉤動作，為了確保脫鉤的準確性，在系統內還設置有不同車速下的脫鉤速度，從而保證不同狀態下脫鉤的可靠性，尾鉤脫鉤控制裝置如下頁圖1-2所示。

尾部拖鉤裝置，設置在腳輪車的后側，是一個大的鉤型卡，主要用于勾住設置在巷道內的阻攔索，使車輛進行可靠的制動，尾部脫鉤裝置吸附在電磁鐵上既能夠通過控制系統自動釋放，也能夠被人工釋放，從而滿足不同情況下制動可靠性的需求。釋放后尾鉤會緊貼地面滑動，當遇到設置在巷道內的阻攔索后能對膠輪車產生一個反向拉力，實現對車輛的輔助制動，減少膠輪車的制動距離，提升制動安全性，該拖鉤裝置如下頁圖1-3所示[2]。

拖鉤監測裝置，主要是用于監測膠輪車是否完成對拖鉤的釋放，提醒駕駛員注意，當系統監測到拖鉤釋放后系統發出蜂鳴報警，并對拖鉤的位置進行判斷，為駕駛員調整膠輪車的運行狀態提供依據，該拖鉤監測裝置如下頁圖1-4所示。

圖1 車載制動系統示意圖

2 井巷制動裝置

井巷制動裝置是膠輪車制動系統的輔助，主要包括了吸能緩沖裝置和攔阻索，攔阻索是由鋼絲繩構成，主要設置在巷道內，和膠輪車運行方向垂直，當膠輪車釋放拖鉤后，使拖鉤勾住攔阻索，實現對膠輪車的制動。若攔阻索的長度不可調，則膠輪車的拖鉤勾住后，無緩沖，直接對膠輪車進行硬制動，不僅會對膠輪車的機體強度產生嚴重的影響，而且還有可能導致膠輪車的傾覆，影響制動安全，因此在井巷制動系統中將攔阻索和吸振緩沖機構相連接。緩沖機構實質上是液壓油缸，當攔阻索受力后一方面通過油液緩沖作用在攔阻索上的力，另一方面使絞車逐漸釋放鋼絲繩，實現對膠輪車的軟制動[3]，有效提升制動時的安全性，根據實際測試，利用該吸能緩沖裝置能夠將膠輪車制動時的沖擊力降低了87%，對提升膠輪車的結構強度和制動穩定性具有十分重要的意義，膠輪車吸能緩沖裝置結構如圖2所示。

圖2 吸能緩沖裝置圖

3 制動裝置驗證

為了對該制動裝置的運行可靠性進行分析，以井下膠輪車為研究對象，使其處于7.5 t的滿載狀態，在坡度為15°的地方進行制動試驗[4]，車輛運行時的最大速度為40 km/h，根據試驗結果統計，傳統制動方案下車輛的平均制動距離為43.4 m，當采用新的制動系統后，車輛的平均制動距離約為10.03 m，比優化前降低了76.4%。同時在10次試驗過程中采用傳統制動方案車輛有3次制動距離超過了要求規定的50 m，制動合格率為70%，采用新的制動方案后，10次制動合格率為100%，因此新方案的制動率比優化前有了顯著的提升，極大地增加了膠輪車制動的可靠性，該制動試驗如圖3所示。

圖3 制動試驗現場照片

4 結論

1）車載制動系統主要包括膠輪車運行狀態監測系統、尾鉤機構控制器、尾部拖鉤裝置、脫鉤檢測裝置等，用于實現車速監測、自動脫鉤、脫鉤檢測等，滿足超速情況下的自動脫鉤制動需求。

2）井巷制動裝置是膠輪車制動系統的輔助，主要包括了吸能緩沖裝置和攔阻索，能夠將膠輪車制動時的沖擊力降低了87%。

3）該系統能夠將膠輪車的制動距離降低了76.9%，將制動成功率提升到了100%。