胶轮系统论文（通用7篇）
胶轮系统论文 篇1
相对于传统矿井运输工具, 矿用无轨胶轮车摆脱了轨道的限制, 期初期投资成本低廉, 还可一机多用, 具有超强的爬坡能力的同时还有超高的调度灵活性, 操作起来灵活迅速, 这一系列特性保证了无轨胶轮车连续的无转载长距离运输的实现。然而, 为了达到矿用安全的要求, 矿用无轨胶轮车必须在监控仪的全程监控下才能开始作业, 监控仪会监控无轨胶轮车发动机的机表温度、冷却水温度、排气温度等一系列数据, 通过一系列分析保证矿车安全与煤矿安全。目前, 不少煤矿企业均采用了无轨胶轮车作为煤矿企业的辅助运输设备。因为无轨胶轮车具有十分明显的优势, 主要特点表现为机动灵活, 安全高效, 不受轨道的限制, 适应性很强, 能降低井下职工的劳动强度, 并提高矿井的生产效率, 并保证了矿井的安全生产。但是由于井下的环境极其恶劣, 受井下巷道狭窄的影响, 视线明显受到限制, 使得行车状况变得极为复杂。为了保证矿用无轨胶轮车的安全运行, 就需要对煤矿企业井下矿用无轨胶轮车进行调度控制和监控监测。为了适应矿井的生产需要, 本文重点介绍矿用无轨胶轮车的运输监控系统, 此系统的合理应用基本上实现了矿用无轨胶轮车运输调度的信息化和自动化, 促进了矿井的安全生产。
1 监控系统组成及其工作原理
1.1 系统组成
地上设备和井下设备是矿用无轨胶轮车运输监控系统的主要组成部分, 其中地上设备包括了网络服务器、工作站和交换机等设备, 而位置识别分站、调度分站、信号机、本安电源和传感器及传输中继组成了井下设备, 其中, 井下的以太环网是系统主干网络的核心[1]。
1.2 系统工作原理
与各个关联分站进行识别, 和传感器及信号机保持通信, 保证了监控系统调度分站可以收集到各个设备的相关信息, 同时分析和处理收集到的数据, 然后将最终得出的结果数据分享到总站上, 保证监控系统主机随时动态把握无轨胶轮车的运行状况。与此同时, 监控系统主机会对系列数据进行反馈, 并通过总线对调度分站进行命令识别, 接受和存储动态数据, 然后将数据, 如车辆运行状态、车辆位置、报警信息、运行轨迹等一一显示到工作人员的电脑上。
2 监控系统功能
矿用胶轮车运输监控系统是针对井下无轨胶轮车辅助运输系统而研制推出的具有车辆监测、交通调度管制功能的系统。该系统用以CAN总线为基础的分布式控制网络结构, 由地面主机、数据接口箱和数据光端机等网络设备、调度控制分站、车辆位置识别分站、信号牌、车辆标识卡和机车保护监控仪等设备组成。其监控系统的功能为:
(1) 具有井下车辆当前位置、行驶方向的识别功能。
(2) 车辆安装机车保护监控仪时, 可监测车辆的水温、表温、排温、油压、水位、车速、里程及沿途瓦斯等车辆运行状态, 并实时上传到地面监控主机。
(3) 能实现脱离地面监控主机的分布式车辆自动调度控制功能。调度控制分站自动控制井下行车信号, 保证井下车辆运行安全、畅通。
(4) 具有人工调度优先的车辆手动调度控制功能。地面调度员通过系统软件手动控制井下行车信号, 进行车辆运行管理。
(5) 运输监控系统软件能分析机车故障过程中机车保护监控仪记录的各测点状态参数, 给出车辆养护参考。
(6) 具有动画演示井下车辆实时运行状态、重演指定时间内车辆运行轨迹的功能。
(7) 具有故障报警功能、历史记录查询功能、报表生成打印功能。
3 运输监控系统调度中需要注意的问题
3.1 划分运输路线区段
在无轨胶轮车的运输轨道中, 每间隔一定的距离都会有一个用于来往车辆警醒错车的避车硐室, 井下运输过程中, 巷道交叉口的功能与避车硐室的功能相同, 较大的空间专门为各个运输方向的车辆提供了调头、错车的区域。因此, 运输线路又可在运输调度管理和系统设置中分为错车区和区段两个部分, 其中, 错车区是巷道交叉口和避车硐室的专门所在位置, 而后者则特指错车区段之间的运输巷段[2]。
3.2 布置监控信号的原则
受限于采区运输轨道、井下主要运输路线、错车场和工作面运输轨道的不一的长短及宽度, 监控系统可在实际运用中, 根据实际车辆的方向、宽度和错车场的面积、巷道的宽度, 因地制宜, 规划不同的调度方式和行车规范。例如巷道中只行驶一辆车或行驶多辆车, 在较宽的巷道中能够任意行车等。
3.3 安全行车原则
多弯道、多粉尘、窄视角是井下作业的制约因素, 因此, 为了保证井下的行车运输安全, 有效防治冲撞、追尾等事故, 依据运行巷道的情况, 采用不同的运行原则, 同时根据不同大小空间的错车区, 对每个错车区的无轨胶轮车数量进行严格控制, 并且严格控制无轨胶轮车的错车、调头地点。而这一切的实现, 都是以监控系统可随时捕捉井下错车区或区段现有的无轨胶轮车数量和预防多个无轨胶轮车进入同一错车区或区段为前提的[3]。
4 结论
矿用无轨胶轮车由于面对繁杂的工作环境, 需要对众多参数进行测量分析, 同时要求数据分析的精确性, 对数据分析结果反应的迅速性及精确性, 这一切都要求矿用无轨胶轮车的监控仪必须按照汽车级别的监控仪标准模式去设计。与此同时, 矿用无轨胶轮车辆监控仪还须合理分配车辆资源, 兼顾胶轮车内部的功能优势, 从而减少对外部原件的数量需求。另外, 胶轮车监控系统能够实时监控井下胶轮车的行驶位置及行驶参数, 为车辆的科学、合理调配、指挥提供了便利, 不仅进一步提高了车辆的利用率, 而且又降低了车辆无效运行造成的油耗成本和人力成本, 创造了可观的经济效益和安全效益。
参考文献
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[3]薛彦飞.冯家塔煤矿无轨胶轮车监控系统应用[M].陕西煤炭, 2011 (3) :23-25.
胶轮系统论文 篇2
1 无轨胶轮车的特点及适用条件
1.1 无轨胶轮车特点
煤矿无轨胶轮车作为一种现代化的辅助煤矿运输工具,它既可以运输矿井作业人员,还可运送煤矸石、机械设备以及施工物料等。无轨胶轮车除了具有可运物料种类多,操作灵活外,还具有一些其他优点。
(1)可减少劳动力。由于无轨胶轮车属于一种整体运送与安装工具,在井下不需拆解,拆除、铲装、卸载以及运输只用一辆机车就可完成,而且无须转载环节便可实现从地面车库直达井下采掘面。与传统的单轨、卡轨运输相比,不但可大量节约运输劳动力,而且可减轻工人劳动强度。
(2)可显著提高运输效率。由于无轨胶轮车不用轨道便可实现运输,现场装载完货物后,无须转载便可从地面到井下工作面点对点直达,这样实现了连续化辅助运输,提高了运输速度,与其他辅助运输相比,运输效率显著提高,降低工时,值得各矿井推广应用。
(3)可降低运输费用。据有关部门统计,无轨胶轮车运输每吨煤的成本一般为4元左右,使用其他煤矿辅助运输系统的运输成为大约为3倍~4倍的无轨胶轮车运输。无轨运输系统比其他辅助运输系统吨煤运输成本低很多,吨煤运输成本的降低,促进了矿井经济效益的大幅提升。
(4)适应性强。无轨胶轮车可配置的工作机构较多,如铲斗、货箱、叉架等,可根据矿井实际需求,快速转换各种工作,达到一机多用。这种多功能运输在整体搬运矿井大型机械设备时特别适用,在实际生产中应用较广。
(5)机动、灵活。无轨胶轮车操作便捷,性能优良,车身通常采用铰接形式,可实现曲率半径3m~6m转弯,低机身,能很好地适应起伏巷道,并且轮胎耐用,制动系统良好。
(6)安全性高。矿井辅助运输系统也是矿井事故来源的一个重要方面,矿井使用无轨胶轮车做辅助运输系统后,可有效降低工人作业强度,可使工人作业精力更充沛。同时加之无轨胶轮车的一体化设计,可省去很多转载步骤,有效减少安全隐患,此外井下作业人员的减少,也会降低安全事故的发生率,提高矿井生产的安全性。
综合考虑无轨胶轮车的特点,它的使用价值确实很高,它的应用逐步改善了矿井的运输现状,有效解决了辅助运输制约矿井生产能力的提高,提高了矿井生产率,但在应用无轨胶轮车时也有一定的适用条件。
1.2 无轨胶轮车的适用条件
基于无轨胶轮车具有一定的外形尺寸,并且大载重量,车轮要求地板应有足够的强度。因此应用无轨胶轮车的矿井巷道坡度、宽度以及地板强度都应符合要求。对于哪些倾角不大、浅贮存、煤层近水平的矿井比较适用无轨胶轮车,如12°左右的上下山与斜副井等。下面我们就具体介绍一下无轨胶轮车的适用要求。
1.2.1 巷道应有合适的坡度
无轨胶轮车连续在6°坡运行的长度应小于1200m,在小于6°坡运行时,应把局部纵向坡度控制在14°以下,若运行巷道是坚硬、光滑有水滴的地板还应降低运行坡度。当运行巷道地板较松软时,应把运行横向坡度控制在5°以下,巷道倾角控制在12°以下,并且应事先做好相应的行车标识。
1.2.2 巷道宽度、弯曲半径应复合要求
无轨胶轮车最适合在矩形断面巷道运行,可借助多功能车的宽度与搬运支架车的宽度,来对巷道宽度进行限定,并以留有足够安全距离。对于巷道最小高度的确定,可用支架搬运车实际高度进行大致确定,然后以此为基础向上延伸300mm,此外还应留有一定安全距离。无轨胶轮车巷道转弯最小外半径应控制在7m~8m。
1.2.3 底板抗压强度应达标
无轨胶轮车车轮会对底板产生巨大压力,要求地板强度应足够,并且底板应尽量平整。砂岩以及砂质页岩底板比较适宜无轨胶轮车运行,而软岩以及大涌水量巷道不适宜无轨胶轮车运行。
需硬化矿井工作面运输通道时,采用的混凝土应有足够强度,同时底板应有相应的排水沟或集水坑。若遇到破碎较严重或地质较软底板时,应先进行加固处理,如埋设垫板、增铺砂卵石等,最终使巷道达到无轨胶轮车运行要求后,再使用无轨胶轮车。
1.2.4 井下空气与配风
无轨胶轮车在煤矿井下运行时巷道应有足够通风量,应按《煤矿安全规程》相关规定要求其空气质量。应依照多台车辆同时运行的配风要求,来增加巷道配风。
2 国内外无轨胶轮车的应用现状
2.1 国外无轨胶轮车的应用现状
国外很早就开始研究应用无轨胶轮车了,他们应用的无轨胶轮车功能较多,种类也较齐全。由英国制造的EMIC913 TAXI指挥车以及南非制造的PJB与SWV无人车都可容纳多人,并且他们还都依据自身矿井生产条件,进行了多功能车的开发,如多功能车RUK4、客货双用PET6多功能车等,这些车型大多具有强大功能,并且操作简便,灵活、可靠、使用范围广,易维护等优点,这些无轨绞车的应用都提高了煤矿企业经济效益。
2.2 国内无轨胶轮车应用现状
我国开发应用无轨胶轮车起始于20世纪80年代,但当时发展缓慢,到20世纪90年代随着煤矿井下辅助运输系统的迅速发展,无轨胶轮车才得到了快速发展,直到今天无轨胶轮车在我国各大矿井才得到了大量应用,无轨胶轮车的应用改善了煤矿辅助运输制约我国高效生产的瓶颈问题,提高了矿井运输效率,有助于我国矿井实现高产、高效。但由于当前我国的无轨胶轮车制造技术还不是很成熟。主要还是靠引进外国先进产品,这些新产品在遇到问题后,很难得到及时维修,并且日常维护、保养也很难做到位,这对我国煤矿开采的高速发展已形成制约。
3 我国无轨胶轮车发展趋势
(1)煤矿企业应积极主动寻求国内科研单位合作,以自身特点为基础,来进行无轨胶轮车的开发研制,以促使矿井开采实现高产高效。
(2)开发的无轨胶轮车应形成系列,多功能、多品种,并且各品种间配件最好能实现通用化,应提高设备使用性能,改善设备的安全性与适应性。
(3)应建立健全煤矿辅助运输理论体系,以便在理论上支持矿井辅助运输设备的开发、研制,促进矿井辅助运输系统的发展。
4 结束语
总之,无轨胶轮车的一些优点是当前其他辅助运输设备所不具备的,要想使无轨胶轮车获得更好地推广与应用,我们必须掌握无轨胶轮车特点、适用条件,了解应用现状,明确发展趋势。此外,各矿井在选用无轨胶轮车时,还应从本矿井实际情况出发,因地制宜、科学选择。只有这样才能使无轨胶轮车的效能得到充分发挥,才能为煤矿企业带来更大经济效益。
参考文献
[1]李听.无轨辅助运输在传统煤矿的应用[J].煤矿机械,2011,7.
胶轮系统论文 篇3
为了能够实现井下运输较为繁忙路段的运输信号传输, 产生了胶轮车运输监控系统。本文将会分析、探讨煤矿中胶轮车运输监控系统的使用优越性和使用过程中出现的问题, 以来积极推动该系统技术的进一步发展、完善。
1 监控系统的构成、布置及工作原理等
1.1 监控系统的结构
如图1所示, 本文所研究的煤矿中胶轮车运输的监控系统的结构示意图。
该监控系统主要是由电子标签、信号机、收讯机、控制分站、通讯网关以及监控主机等五部分构成。在现场的工作中, 胶轮车本身安有相应标号的电子标签, 收讯机可以实时的接收到胶轮机发出的信号, 并传输到控制分站, 控制分站与其它的分站之间是通过现场总线进行彼此间的连接的, 并借助网讯网关来完成监控主机的实时信息的收集处理, 然后再根据实际的运输状态在相应的信号机处显示不同的信号, 以此来完成胶轮车运输的监控。
该监控系统在工作过程中的合理性, 直接影响到煤矿井下胶轮机运输的效率及安全性, 这也是煤矿中胶轮车运输监控系统设计过程中必需研究的重要问题。
1.2 监控系统的布置
一般的, 煤矿中会混有易爆的气体 (如瓦斯气体) , 所以实际使用的辅助运输设备是防爆的胶轮车。根据监控系统的有效控制原则, 井下监控系统的布置是按照以下原则进行的:首先, 由于煤矿井下条件所限, 运输线路狭小, 所以在运输道路中每间隔300米左右设置车辆会车硐室、在各区段丁字路口处均安放读卡器1~3台、红绿灯2台;其次, 在各路段的进口处安装指示牌及语音提示的设备若干;还有, 在末处的用电转变所安装上通信接口设备, 进行数据的收集;最后, 胶轮车上安置识别卡, 该目的就是减少车辆在运输过程中阻塞的情况, 使井下胶轮车的运输更加安全有序的进行。
1.3 监控系统的功能
在煤矿井下的监控系统有以下的功能:首先, 能识别井下胶轮车的位置以及其行驶方向等, 并且监控系统能将这些实时的数据及时的传送到监控主机中;其次, 实现了分布式胶轮车的自动调度及控制的相关功能, 进行调度的控制分站能自动的实时控制煤矿井下车辆运行的信号, 进而保证了井下车辆的安全、有序的运行;再有, 地面的调度操作人员也能够借助系统软件进行手动的控制, 管理车辆的运行情况;最后, 该系统又借助动画演示的操作来观察井下车辆的实时运行状态、轨迹的功能且装有故障报警以及查询历史记录等等一系列的功能。
2 煤矿井下胶轮车监控系统使用的特点
该监控系统所具备的优点有:1) 识别车辆的位置, 采用的RFID技术, 及时的监测到车辆的位置、运行状况等情况, 及时了解井下的工作情况;2) 有优先的人工调度功能, 操作人员可在地面的监控室中及时的操控全局的运作;3) 监控系统中出现设备的故障以及运输车辆的故障等情况时, 及时的显示警示信息;4) 该系统有网络通信的系列功能, 能够方便地连接矿井中的综合系统, 实时的同其它系统进行信息的交互等。
缺点主要表现在:1) 监控系统一旦出现供电中段, 井下运行车辆将出现拥堵;2) 需要经常维护, 维护不及时, 造成设备出现故障, 井下运行车辆将出现拥堵;3) 井下运行车辆过多, 信息处理量变大, 设备处理不及时或缓慢, 造成信号延时或信号无变化, 造成车辆拥堵或无法运行。
3 运输监控系统使用的必要性
煤矿井下运输事故频发的客观原因主要就是缺乏运输系统的相关监控措施。新的技术可以极大地提升施工的安全性, 表现在:首先, 广泛使用信息化的技术, 提升了煤矿在开采中的计划性与预见性, 大大的降低开采中意外事故的发生;其次, 先进的机械自动化, 极大地提高生产工作的效率, 还减少了操作工人的数量, 就梅花井煤矿举例, 2013年生产原煤1100万吨, 使用了该系统后, 提高生产效率达80%以上, 减少操作人员300人, 对企业的长远发展极有意义;还有, 采用更加先进、安全的开采挖掘方式, 提高其安全性;最后, 积极的使用先进、新型的相关设备, 大大的提高了运输过程中的安全指标等。
煤矿中胶轮车运输监控系统是针对于煤矿井下以胶轮车组成的辅助运输系统而推出的可实时进行车辆的监控以及调度管理的系统。在煤矿井下安装功能完整的信号设备, 能将各个设备间的信息连接起来, 构成一个可控制的系统。运输监控系统安装以后, 可以有效地防止在井下工作中机车发生碰头、追尾等意外事故的发生, 保证胶轮车行驶的安全性, 提高机车运输的工作效率, 减少井下车辆的调车时间及运输区段中车辆运输往返的周期, 节省井下车辆的数量, 极大降低了成本。总而言之, 安装胶轮车运输监控系统可以给煤矿企业带来十分可观的经济、社会效益, 这也将是现代化矿山开采挖掘的必然趋势。
4 总结
实际的煤矿井下工作中, 胶轮车的辅助运输方式是比较先进的, 也将会得到广泛的应用, 监控系统的有效使用也很好的解决了煤矿胶轮车运输过程中的系列难题, 减少了运输道路拥堵的现象。另外, 在不同的井下状况下不同路段还存有不同的复杂状况, 在胶轮车运输过程中的监控与实时的调度间还存有问题有待于进一步的研究, 进而满足煤矿开采挖掘的需求。
摘要：针对煤矿中胶轮车运输过程中监控系统进行研究, 进一步认知煤矿井下胶轮车运输监控系统运行的原理及过程等, 整体分析其存在的优缺点, 有利于煤矿井下胶轮车运输系统的进一步推广和应用。
关键词：煤矿,胶轮车运输,监控系统,利弊分析
参考文献
[1]薛彦飞.冯家塔煤矿无轨胶轮车监控系统应用[J].陕西煤炭, 2011.
胶轮系统论文 篇4
防爆胶轮车运输距离长, 无需装载、卸载, 机动灵活, 已成为矿井辅助运输的发展趋势。中国中西部大中型矿井均已采用防爆胶轮车作为辅助运输工具。矿用防爆胶轮车采用防爆柴油机作为动力装置, 防爆保护要求严格, 且按照MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》的规定配置了监控保护装置[1]。由于防爆胶轮车驾驶员素质不一, 超限驾驶行为极多, 不仅会造成车辆损坏, 还会引发事故, 危及人员、矿井安全。
为提高对井下防爆胶轮车运行的监管能力, 遏制违章操作, 需要建设防爆胶轮车运行状态实时监测系统。某厂家生产的防爆胶轮车运输监控系统采用RFID (Radio Frenquency Identification, 射频识别) 技术, 在辅助运输巷道沿线布置识别分站并与现场总线相连, 借助防爆胶轮车监控保护装置及其内置的RFID模块, 实现车辆位置识别和运行工况数据的上传。辅助运输线路长达数十千米, 需要布设的识别分站数量多, 铺设电缆长, 系统建设投入极高, 后期维护量大, 不利于系统的长期使用。
随着现代通信技术的发展, CDMA2000, TDS-CDMA, WCDMA等3G通信技术开始应用于煤矿井下[2]。3G通信网络信号覆盖范围大, 通话质量好, 具备一定的数据传输功能, 可用于井下各移动点或临时固定点监测数据和图像的无线传输。矿井3G通信网络与地面商用通信网络相比, 传输带宽受到较大限制, 上行带宽不足2 Mbit/s。但防爆胶轮车运行工况数据量较小, 变化速率低, 不涉及控制和反馈, 对传输带宽和实时性要求不高, 因此, 借助矿井3G通信网络实现井下车辆运行状态的实时监测是完全可行的, 且可避免建设巷道沿线的监控设施, 也无需专门维护。鉴此, 本文提出了一种基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统。
1 系统总体架构
基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统结构如图1所示。在现有矿井3G通信网络基础上, 系统仅需为防爆胶轮车配置具备3G数据传输功能的通信终端。系统运行时, 通信终端将防爆胶轮车环境数据和运行工况数据通过3G通信网络上传到监控中心的数据服务器。数据服务器对通信终端上传的数据进行显示、统计、存储和查询。通信终端在投入运行前, 需要通过系统软件设置其工作参数, 如数据接口速率、数据格式、数据服务器的网络IP地址和端口号等。
2 通信终端设计
系统获取的防爆胶轮车运行工况数据来源于监控保护装置。国产防爆胶轮车配套的监控保护装置以YE0.3/24型柴油机车监控保护仪[3,4]为主。该保护仪由监控主机、显示器和传感元件组成, 监测并显示车辆的行驶速度、发动机转速、发动机表面温度、排气温度、冷却水温度、机油温度、冷却水水位、机油压力和环境瓦斯浓度等信息, 超限时进行声光报警, 控制停车, 可统计行驶里程、发动机运转时间和油耗等, 具备RS232和RS485总线传输接口。通信终端具备与监控保护仪配接的总线通信接口, 用于获取监控保护仪检测的防爆胶轮车实时运行工况数据。
通信终端结构如图2所示。其采用轻便的矿用浇封兼本质安全型设计, 体积小。浇封电源的输入为由防爆胶轮车供配电装置提供的非本质安全型DC24V电压, 经电源保护栅处理成本质安全型DC12V电压, 再由DC/DC模块转换为DC 5V电压为通信终端各模块供电。微处理器采用CortexM3内核的ARM芯片, 通过集成的多路UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用异步收发传输器) 与内部3G模块或通过RS232接口与机车监控保护装置相连。为提高通信终端与不同型号机车监控保护装置的兼容性, 通信终端预留了CAN总线接口。
3 G通信模块内部嵌入TCP协议, 具备UART, USB等通信接口, 可直接使用微处理器向其发送“@”指令以实现网络连接和数据接收、发送功能。本系统采用MC323型3G模块。
系统按照监测信息的重要程度和变化灵敏度来规定通信终端上传数据的频率, 见表1。这样既满足了监测信息的实时性, 又降低了信息传输对3G通信网络带宽的占用程度。
3 系统测试
为验证系统的可靠性, 对3G通信网络的数据传输服务和通信终端的自动恢复功能进行测试。测试内容:数据服务器关闭后恢复测试, 检验数据服务器故障恢复后通信连接的恢复能力;频繁双向小数据量测试, 检验系统频繁收发小数据包的能力;双向大数据压力测试, 检验系统临时传输大数据的能力;在线空闲测试, 检验通信终端维持已建立链路的能力;去天线测试, 检验网络信号中断或变弱、恢复正常后, 通信终端自动恢复连接的能力;重复上电测试, 检验通信终端频繁断电重启后的自动恢复能力;拨号及短信干扰测试, 检验通信终端抵抗不明电话、短信干扰的能力;SIM卡拔插测试, 检验机车振动造成SIM卡接触不良时, 通信终端的自动恢复能力。在实验室环境和公共网络中, 对通信终端和数据服务器进行以上测试, 并在实验室环境模拟车载情况连续运行7d, 测试结果见表2。
注:g为重力加速度。
4 结语
基于矿井3G通信网络的防爆胶轮车监测系统已在神华神东煤炭集团公司锦界煤矿得到应用, 已连续6个月无故障运行。该系统实现了井下防爆胶轮车运行工况的实时监测, 有利于煤矿加强对辅助运输系统、设备、人员的监管;以矿井已有的3G通信网络为基础, 避免了重复建设投入, 同时充分利用3G通信网络良好的无线传输特性, 保证了系统的可靠性。考虑到矿井3G通信网络的通话业务较数据业务专业, 系统可借助该网络进一步实现机车调度功能, 提高矿井辅助运输效率。
参考文献
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[3]张立斌, 汪学明, 程刘胜.一种新型矿用柴油机车保护装置的设计[J].工矿自动化, 2011, 37 (4) :11-13.
WC5E无轨胶轮车动力系统研制 篇5
1 WC5E无轨胶轮车动力系统设计
太原轨道交通装备有限责任公司生产的WC5E无轨胶轮车动力系统主要采用液力机械传动方式, 双桥驱动。主要由防爆柴油机、液力变矩器、动力换档变速箱和驱动桥组成。
防爆柴油机与液力变矩器直接连接。液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮等3个工作轮组成, 泵轮轴与柴油机输出轴相连, 涡轮轴与变速箱的输入轴相连。3个工作轮组成了1个循环圆系统, 有压力的液压油在这个循环圆中流动, 也就是说, 柴油机输出的转速和扭矩, 由泵轮通过液体传递给涡轮输出。在这个能量传递的过程中, 因为导轮的作用, 使液力变矩器的涡轮扭矩与泵轮扭矩有1个变矩比, 这个变矩比随涡轮与泵轮之间转速比降低而增加。因此液力变矩器能自动适应负载的变化, 在负载增大时, 液力变矩器的涡轮力矩自动增加, 转速自动降低;外负载减小时, 情况相反。由此形成了1条近似恒功的输出特性曲线, 具有良好的隔振、减振作用, 能使起动和传动平稳, 提高设备的使用寿命;它的功率传递是靠液体动量矩的变化来实现的, 具有良好的转速、转矩自动适应性。可提高作业机械的工作效率, 提高行走车辆在泥泞路面的通过能力。
动力换挡变速箱的输入轴与变矩器输出轴相连, 两个输出轴分别驱动前后驱动桥。该变速箱为液压换挡定轴式圆柱斜齿轮传动变速箱, 采用气动换挡方式, 操作简单。
2 防爆柴油机主要防爆技术特点
防爆柴油机采用江阴卡利格公司生产的KLG6108QFB (B) 柴油机, 具有功率足、油耗省、结构紧凑、扭矩储备大、性能稳定等特点, 具有良好的动力性、经济性、可靠性。该柴油机采用了多项防爆技术, 达到了《MT990-2006矿用防爆柴油机通用技术条件》的要求。
1) 采用气启动马达, 有效防止电气火花的产生;气源来自风缸或外部压缩空气, 风缸空气由柴油机自带的压缩机供给。
2) 进气系统由空气滤清器、阻火器和空气关断阀等部件组成, 阻火器可允许可燃气体和空气混合物通过, 但能防止火焰穿过。在空气滤清器后和阻火器前安装有空气关断阀, 当柴油机在可燃气体中运转时, 关闭空气切断阀可使柴油机停机。
3) 排气系统由水冷排气波纹管、废气处理箱组成。柴油机机体排气口温度可达500~600℃, 高温气体直接通过隔爆结合面排入水冷废气波纹管, 该波纹管由内外两层波纹管组成, 内部是排气通道, 两层波纹管之间是水道, 通过循环水来降低排气温度。随后排气进入废气处理箱, 在废气处理箱中用水做介质, 起到消焰、降温及降低烟尘的作用。通过多级处理后, 废气排气口温度可降低到70℃以下。
4) 冷却系统采用水冷方式, 通过柴油机自带的风扇进行吸风式冷却, 可使柴油机机体任一部位的表面温度降低到150℃以下。
5) 采用了YE0.3/24矿用柴油机车保护监控仪, 当出现下列情况之一时, 自动保护装置应能及时发出声、光报警信号, 其声光信号应使驾驶员能够清晰识别, 并在报警后1 min内使防爆柴油机无轨胶轮车动力系统自动停止运转。包括:排气温度最高至70℃时;表面温度最高至150℃时;冷却液温度 (强制冷却) 最高至98℃时;机油压力低至294 k Pa时;柴油机高于2 530 r/min时;废气处理水箱水位低至规定值时;瓦斯浓度达到1.0% (有煤或岩与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中瓦斯浓度达到0.5%) 时。
3 结束语
胶轮系统论文 篇6
随着现代煤矿高效率、高安全性、高产值的要求,国家对煤矿井下辅助运输的要求也越来越高,小绞车、柴油机车等有轨运输方式已经逐渐显示出效率低、污染大、占用人员多等劣势。目前,国内相关科研制造单位和一些先进的大型煤矿进行合作,通过引进国外先进技术和设备,已经研制出符合我国煤矿实际的生产环境和设备所需的无轨辅助运输设备,如防爆柴油无轨胶轮车、蓄电池矿用无轨胶轮车,基本可以满足煤矿井下辅助运输的规范和要求,但性能还不够稳定,不能完全取代进口产品。为克服有轨胶轮车和防爆柴油机车的缺点,本文把电动汽车的概念引入煤矿井下无轨胶轮车中,以充分发挥其节能、低污染、机动灵活、安全高效等优势。电动汽车非常适合煤矿井下材料、设备、人员的辅助运输,特别是在整体运送和安装支架过程中,更凸显出其优越性[1],也是各大科研单位研究的重点。
现在,无轨胶轮电动车驱动系统中的防爆异步电动机、防爆电池组在技术上相对成熟,关键问题是控制器的设计。控制器主要使用防爆设计,控制方法上采用矢量控制技术,具有高效、高可靠性的特点。本文基于三相异步电动机矢量控制理论,在Matlab/Simulink环境下建立无轨胶轮电动车用异步电动机矢量控制系统模型,通过对给定参数的不断调整,完成了对系统的仿真,作为进一步实验研究的理论依据。
1 异步电动机矢量控制技术
本文以三相交流异步电动机为研究对象,对煤矿井下无轨胶轮电动车驱动系统进行分析。三相交流异步电动机是一个高阶次、强耦合、非线性的多变量系统,其数学模型的建立基于以下假设:① 转子参数归算到定子侧,等效成三相绕组;② 三相定子合成磁势在空间上按正弦规律分布;③ 忽略定、转子磁路饱和及铁损;④ 假设系统定常。
矢量控制技术可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦。以磁场等效原则,进行坐标系的变换。首先通过三相-两相坐标变换,将三相静止坐标系下定子交流电流ia,ib,ic等效成两相静止坐标系下的交流电流iα,iβ,然后通过由转子磁场定向的旋转坐标系变换,将其等效成两相旋转坐标系下的电流iM1,iT1。此时,交流电动机就等效成一台直流电动机,并且该直流电动机的总磁通量等效于原交流电动机的磁通量。通过分别控制参考磁链和参考转矩,相当于分别控制直流电动机的励磁电流和电枢电流的方法,就可以直观地控制交流电动机的运行。图1为矢量控制的基本流程[2]。
本文研究的异步电动机在两相同步旋转坐标系下按转子磁场定向的数学模型为[3]
式中:uM1、uT1分别为异步电动机定子电压的2个正交分量(定子电压励磁分量和转矩分量);Ls、Lr分别为电动机定子电感和转子电感;p为微分算子;ω1为异步电动机定子角频率;Lm为等效定转子绕组间的互感;ωs为转差角频率;r1、r2分别为折算后电动机定子和转子绕组电阻;iM1、iT1分别为定子电流解耦后的励磁分量和电流转矩分量;iM2、iT2分别为转子电流励磁分量和转矩分量。
电磁转矩方程:
转子磁链方程:
式中:Te为电磁转矩;ψ2为转子磁链;np为电动机极对数;
由此可以看出,矢量控制技术实现了对三相异步电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦。定子电流被分解成与直流电动机等效的2个相互垂直的分量iM1和iT1。其中,磁链分量iM1通过坐标转换之后控制异步电动机转子磁链;转矩分量iT1用作电动机转矩的调节,从而达到对转子磁链和电磁转矩进行解耦控制的最终目的。
2 矢量控制系统仿真模型
无轨胶轮电动车矢量控制系统由蓄电池组、交流电动机、功率模块、控制器、减速器和离合器等部分构成。矢量控制系统中的控制器主要接收加速踏板、刹车和“P,D,R,N”(停车、前进、倒车、空档)等开关的输出信号,控制功率模块的输出量,再经过机械传动装置控制电动机的开关和加减速[4],实现对驱动电动机转速和转矩的解耦控制。
异步电动机矢量控制系统仿真模型如图2所示。采用实时计算磁链幅值和空间位置的直接磁场定向,以及精度更高的双闭环控制方案。外环的转速闭环控制由PI调节器构成,提供转矩参考值。内环包括电流闭环控制以及转矩闭环控制实现及时跟踪反馈。其中矢量控制器模块实现定子电流的解耦;坐标变换及其反变换模块将三相静止坐标与两相旋转坐标相互转换;磁链观测模块实时监测磁链的幅值和方位。由此,在Matlab/Simulink环境下搭建出了交流异步电动机矢量控制系统仿真模型,实现双闭环控制。
3 矢量控制系统仿真结果分析
仿真中假设无轨胶轮电动车在水平面上直线行驶,即坡度角为零,由电动汽车行驶方程式[5]选定电动车参数见表1,异步电动机参数见表2。
根据无轨胶轮车的实际运行状态,需要对其进行频繁空载启动、制动及带负载启动、制动,并且使其在低速下运行。因此,在此仿真系统中,对电动机空载启动及负载启动2种工况进行仿真测试。给定参考磁链ψ*2=8;转速PI调节器中P=100,I=1。
在给定初始参考转速ω*=50 rad/s,0.5 s后,转速变为100 rad/s的情况下,电动机空载启动曲线如图3所示。
由图3可看出,电动机在初始启动过程中,电磁转矩突然增大,但又迅速恢复到0,电动机转速逐渐达到给定值,并保持稳定运行,加速时间小于0.05 s。0.5 s时,ω*=100 rad/s,电磁转矩瞬时跳变为极大值,但又迅速恢复到平衡状态,电动机再一次加速,直至转速达到指令值。
在电动机空载稳定运行0.2 s后,加载20 N·m负载的情况下,负载仿真曲线如图4所示。
此时转矩迅速跳变为给定负载值,电动机转速略有下降,但迅速恢复平衡,恢复时间小于0.03 s,电流也相应增大并保持稳定,系统抗负载扰动能力良好。
仿真结果表明,当无轨胶轮电动车在空载启动和负载变化时,实际车速都能迅速跟踪给定车速,电动机转速和电磁转矩瞬时响应快而平稳,波动较小。
同时,定子电流与电磁转矩波形变化一致,电流的稳态跟踪性好,充分说明采用矢量控制方法控制定子电流实现了对电动机转矩的有效控制,从而进一步控制电动机转速,系统反馈跟踪能力强,实现了高性能的转速双闭环控制,同时也论证了该模型的正确性和控制算法的有效性。
4 结语
在分析异步电动机矢量控制理论基础上,建立了无轨胶轮电动车用异步电动机矢量控制系统的仿真模型,并进行了仿真分析。通过对无轨胶轮电动车在不同驾驶工况下的模拟测试表明,该矢量控制系统具有良好的动态和静态特性,能够满足无轨胶轮电动车在煤矿井下辅助运输中的高性能要求。
参考文献
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[2]尔桂花,窦曰轩.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2002.
[3]王成元,夏加宽,杨俊友,等.电动机现代控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006.
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矿用无轨胶轮车泊车辅助装置设计 篇7
煤矿井下运输货物和人员主要采用轨道机车、提升罐笼装置等传统运输方式。但轨道机车存在运输环节多、速度慢、占用设备、调度复杂、装卸货物麻烦等缺点, 许多煤矿井下辅助运输均以防爆无轨胶轮车取代轨道机车[1]。矿用防爆无轨胶轮车运输效率高, 灵活机动性强, 不受轨道限制, 在山西、宁夏、内蒙古等地区以平硐、斜井或者低瓦斯为主的矿井开采环境中应用很广泛。
矿用无轨胶轮车按用途可分为运输类车辆、铲运类车辆和特种类车辆。其中运输类车辆主要用于将井口或井底车场的人员、货物、设备运送到工作面或卸料点;铲运类车辆是以铲斗、铲板或者铲叉作为工作装置, 给运输类车辆装载、装卸设备和货物;特种类车辆是完成井下辅助性或特殊性任务的车辆。目前, 矿用无轨胶轮车在使用过程中均存在驾驶人员视线不好的问题, 特别是有些车辆将驾驶室设计为侧向方位, 驾驶员在倒车时无法看到盲区内的人和物, 不能够及时预防事故发生。
根据MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》的要求, 目前下井车辆都已配备自动保护装置。自动保护装置对发动机参数、行车参数、冷却系统都进行了相关监测, 并有自动停机措施[2]。在通用技术条件中未提及无轨胶轮车在倒车过程中的一些参数, 实际在现场应用中, 倒车距离及影像系统是非常重要的, 而在目前矿用无轨胶轮车上, 还没有一款成型的倒车雷达与影像系统, 煤矿因为倒车发生的安全事故也时有发生, 严重影响人员安全。为此, 笔者设计了矿用无轨胶轮车泊车辅助装置, 该装置可采集盲区内的图像信息和车辆与障碍物之间的距离数据并且传输至驾驶室图像仪表中, 解决了驾驶人员在倒车时视线受阻的问题。
1 装置采集信号量分析
泊车辅助装置需要采集的信号量分析如下:
(1) 车辆运行方向状态量采集:当车辆处于倒车状态时, 泊车辅助装置应能自动检测到车辆处于倒车状态并激活相应数据采集功能;车辆处于前进方向时, 泊车辅助装置应处于待机状态。
(2) 倒车距离数据采集:采集车辆尾部与障碍物之间的距离信息, 实现车辆尾部探测障碍物无缝覆盖。
(3) 图像信号采集:采集驾驶人员视线受阻区域图像信号。
(4) 视频图像信号切换:当车辆装配多个摄像头时, 图像信号在显示设备上只能同时显示1个区域图像, 泊车辅助装置应能支持手动切换, 将不同区域的图像输出至显示设备上。
2 装置设计
2.1 装置设计总体规划
矿用无轨胶轮车泊车辅助装置需采集的信号涉及距离数据、图像信号、倒车状态信号和开关量输入信号, 将倒车距离采集设备、图像采集设备、图像切换开关以及车辆运行方向识别设备设计成独立的传感器或设备, 接入泊车辅助装置主机, 如图1所示。
当矿用车辆档位拨到倒车档位时, 泊车辅助装置通过倒车压力或者档位位置开关识别出车辆处于倒车状态;由距离探测传感器采集车辆与障碍物之间的距离信息;通过车辆尾部的车载摄像仪实时采集倒车图像信号, 当泊车辅助装置主机检测到车辆处于倒车状态时, 将车辆与障碍物距离数据通过装置主机中的CAN总线或者RS485总线上传至泊车辅助装置配接的YE0.3/24机车保护监控仪或者ZBC24-X监示器, 通过配接的显示器显示出来;同时将倒车距离数据叠加于倒车图像信号之上, 输出至泊车辅助装置主机的视频输出口, 供接入的独立视频显示器使用。
2.2 车辆运行方向信号量采集
车辆运行方向信号量采集可通过倒车压力或者档位位置开关来实现。但有些矿用车辆在启动之前, 压力泵是不工作的, 没有建立液压系统和相应的管路压力, 因此, 利用压力开关检测车辆运行方向存在一定的局限性。
磁敏元件广泛应用于车辆上, 通过磁敏传感器可以实现排档杆位置的检测, 如图2所示。
当驾驶人员将排档杆拨到倒车档时, 磁敏传感器输出开关信号 (断开或者闭合) , 经信号调理电路后输出至泊车辅助装置主机检测电路, 当装置主机检测到开关状态变化 (断开或者闭合) 后, 经多次检测和滤波, 可判别排档杆在倒车档, 实现车辆运行方向识别。
2.3 倒车距离数据采集
地面技术中用于测量距离的技术手段很多, 如激光、红外、超声波、高频雷达等, 地面车辆上普遍采用超声波方式测量倒车距离。超声波传感器测距实际上是利用压电晶体的谐振来工作的, 谐振频率为40kHz的机械波[3]。机械波在同一介质中直线传播, 在发射的同时开始计时, 途中碰到障碍物就立即返回来, 超声波传感器收到反射波就立即停止计时, 并根据发射和接收超声波的时间差来计算距离障碍物的距离。
在本设计中, 考虑到井下巷道宽度、矿用车辆车身长度等因素, 选用探测距离为200~2 000mm的超声波传感器来测量倒车距离。传感器的超声波声叶图区域显示如图3所示。从图3可看出, 此类超声波传感器声叶图覆盖范围在600 mm左右[4], 因此, 在无轨胶轮车上装配超声波传感器时, 安装间距选择600mm即可实现车辆尾部探测区域的无缝覆盖。
2.4 图像信号采集
图像采集探头在市面上有很多, 尤其是在家用轿车的倒车视频中更是应用广泛。通常市面上的倒车影像都是采用小尺寸COMS感光元件, 成本相对较低, 但是这种CMOS感光元件由于在低照度环境下成像效果比CCD差, 同时低端CMOS的寿命比CCD短, 在工业上无高清监控需求领域, 考虑到视频拖影、低照度及寿命等原因都采用CCD探头来实现图像信号采集[5]。本设计中车载视频采集探头选用体积小巧的低照度CCD探头作为前端采集。另外, 由于视频采集探头安装在车上, 整体的结构需考虑抗砸性和抗震设计 (外壁3mm厚度, 内部多点固定支撑摄像头) 。同时考虑到视频采集探头在车上安装位置不尽相同, 设备通过可旋转、调节的底盘来固定和安装, 这样既能保证摄像仪图像可任意旋转, 也可以适应不同的车辆安装需求。
图像采集探头采用本安DC12V供电, 对外输出模拟视频信号, 通过同轴线缆接入泊车辅助装置主机视频输入接口。
2.5 图像与距离信号叠加及自动切换
倒车距离信号和图像信号采集后输入至泊车辅助装置主机, 如果装置显示设备选用视频显示器, 由于视频显示器显示的是模拟图像信号, 倒车距离数据无法显示, 因此, 需要将倒车距离数据叠加在模拟图像信号之上。针对数字图像信号, 常用的图像叠加采用FPGA方式处理[6], 对于模拟图像信号, 设计中采用分时显示方法处理, 如图4所示, 通过“字符图像”发生电路和微控制器之间配合, 控制视频输出和倒车雷达数据输出通道上的时序关系, 将倒车距离数据直接叠加到实时显示的图像上, 输出至视频输出接口。
3 结语
从矿用无轨胶轮车应用的实际情况出发, 在分析无轨胶轮车存在倒车安全隐患的基础上, 结合煤矿车载设备应用环境, 设计了矿用无轨胶轮车泊车辅助装置。该装置可以单独用作倒车测距、独立倒车视频监控, 也可以同时使用, 满足用户多样化选择要求。目前, 该无轨胶轮车泊车辅助装置已装配在WC5E无轨胶轮水泥罐车和WC80Y无轨胶轮80t框架车上, 现场应用结果表明, 装置运行稳定可靠, 能够有效监测400~2 000mm倒车距离, 倒车视频图像能够在低照度环境下清晰显示, 解决了在视线受阻区域倒车的安全问题。
摘要：针对无轨胶轮车倒车存在的安全隐患, 设计了矿用无轨胶轮车泊车辅助装置, 详细介绍了该装置倒车距离信号、图像信号、车辆行进方向信号和切换开关输入信号的采集原理。实际应用结果表明, 该装置性能稳定可靠, 能够有效监测4002 000mm倒车距离, 倒车视频图像能够在低照度环境下清晰显示, 解决了在视线受阻区域倒车的安全问题。
关键词：无轨胶轮车,泊车辅助装置,倒车,信号采集
参考文献
[1]戴志晔.煤矿井下无轨胶轮车的现状及应用[J].煤炭科学技术, 2003, 31 (2) :22-25.
[2]MT/T 989—2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件[S].
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[5]雷玉堂.CMOS摄像机与CCD摄像机的比较[J].中国公共安全:综合版, 2012 (16) :188-192.
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