無軌膠輪車自動打掩系統研發

劉超華，郭慶華，齊賀鵬，衛中寬，李志強，張 舉

（1.中煤平朔發展集團有限公司，山西朔州 036002；2.中煤天津設計工程有限公司，天津 300120）

0 引言

隨著工業化進程的快速發展，人們對煤礦資源的需求逐年增加。為了滿足人們對能源的需求，煤礦企業需要不斷擴大生產規模、提高產量，這使煤礦物料的運輸搬運面臨巨大的挑戰。在煤礦生產過程中，無軌膠輪車作為一種重要的輔助運輸工具，具有線路簡便、系統簡單、轉載環節少、效率高、適應性強等優勢，在礦用輔助運輸中占據越來越重要的地位[1-2]。

然而，隨著煤礦安全標準的不斷提高，煤礦運輸車輛的安全性和穩定性成為企業亟需解決的問題。傳統無軌膠輪車制動系統在應對緊急情況或行駛在車況復雜的路面時存在安全隱患，例如制動不及時、制動失效、溜車等[3-4]。此外，人工操作的無軌膠輪車在高負荷工作下，易造成人員疲勞和操作事故，增加了事故發生的風險[5]。為解決上述安全隱患，提高無軌膠輪車運輸的安全性和效率，許多研究機構和企業已經開始探索自動化技術在無軌膠輪車上的應用。自動化技術能夠實現無人操作和智能控制，有效降低事故風險，并提高運輸效率[6]。其中，自動打掩系統作為無軌膠輪車的重要組成部分，具有廣闊的應用前景和研究價值。

本文采用實驗室試裝和試驗場驗證相結合的方法，針對在役WC5XE 防爆柴油機無軌膠輪車進行性能升級，開發自動打掩系統，為煤礦企業的生產運營提供科學先進的技術支持，探索無軌膠輪車自動化運輸的未來方向，促進煤礦產業的轉型升級，為我國煤礦行業的安全生產和可持續化發展作出貢獻。

1 設計方案

本文研究設計的自動打掩系統實現了無軌膠輪車停車時自動阻車、車輛啟動時輪擋自動升起功能。在阻車裝置中，利用增設的機械機構、液壓機構及電氣機構，實現無軌膠輪車的停車自動打掩。

1.1 總體結構設計

通過對目標無軌膠輪車車型尺寸的計算分析，對車輛的打掩系統進行機械設計、液壓回路設計與控制策略設計，并對系統建立數學模型。自動打掩系統的結構組成主要包括液壓系統、輪擋單元和輔助機構，其執行機構三維建模如圖1 所示。

圖1 打掩裝置執行機構三維建模

1.2 裝置技術原理

自動收落的打掩裝置利用門檔桿控制電磁換向閥，釋放液壓油缸的壓力。液壓缸內置有彈性元件，用于推動輪擋單元自動落下，從而實現車輛的自動輪擋駐車功能。

1.2.1 輪擋收起的行車狀態

液壓機構通過控制液壓桿運動，實現輪擋單元的收回，確保輪擋單元可靠地完成收啟動作，并且在需要時能夠迅速響應（圖2）。

圖2 打掩裝置完全收起狀態

1.2.2 輪擋落下的駐車狀態

液壓系統采用內置的彈性元件來推動液壓桿伸出。通過自動輪擋打掩設計，車輛可以在停車時實現方便、安全的操作，為車輛停車提供可靠的保障（圖3）。

1.2.3 液壓系統結構

液壓系統的結構如圖4 所示。其中，液壓泵用于把液壓油泵入液壓回路；液壓油箱用于存儲液壓油；蓄能器用于儲存能量，使液壓泵不工作時液壓回路仍可保持油壓，以驅動液壓油缸伸縮；電控系統通過控制三位四通電磁換向閥的移動，實現液壓油缸的伸縮，控制輪擋單元的收落；液壓鎖用于為雙作用液壓油缸保壓，避免因液壓回路失壓而導致液壓油缸不能正常伸縮；雙作用液壓油缸用于實現輪擋單元的收落。電控系統中，蓄電池用于供給電能；主令開關是車輛的電路總開關；門擋開關布置在駕駛室車門中間，用于控制輪擋單元起落；輪擋指示燈在輪擋單元落下阻車時指示燈亮，輪擋單元收起時熄滅。

圖4 液壓系統結構

1.3 自動打掩系統的優勢

（1）自動化功能：該系統利用門擋開關采集信息，判斷駕駛員意圖，以實現自動化打掩功能，無需駕駛員手動干預，提高了操作的便利性和安全性。

（2）結構緊湊：打掩系統設計結構緊湊，輪擋單元在車廂底部連接的外置彈簧和內置彈性元件，在車輛行車狀態下可有效收起和落下，且不需占用過多空間，有利于保證車輛的正常行駛和停車過程。

（3）快速響應：系統采用液壓機構配合電磁換向閥控制輪擋單元快速升起和落下，提高了車輛的停車安全性和行車效率。

（4）安全可靠：自動打掩系統需要駕駛員拉開門擋開關才能下車，并在駕駛員拉開門擋開關時車輛自動進行打掩。這一過程能夠有效防止車輛在無駕駛員的情況下滑行或碰撞，保障了車輛與人員的安全。

2 實車運行驗證

自動打掩系統在試驗場中分別進行平地和14°上、下坡面實驗，以測試不同路況下打掩機構的落下效果，確保其完美配合無軌膠輪車的運行，準確無誤地實現打掩功能。在實驗過程中，嚴格遵循相關安全規程和操作規范，確保試驗的順利進行和人員的安全。

車輛在平地或坡面停止，駕駛員不拉手閥，直接拉開門擋下車，車輛實現自動打掩功能。自動打掩系統作用時制動油壓的變化曲線如圖5 所示。試驗結果表明，自動打掩系統成功實現了打掩機構的快速落下和收啟動作分別在2 s 內完成，均符合預期，自動打掩系統成功實現預定功能，且車輛未發生溜車現象。

圖5 制動油壓變化曲線

3 結束語

本文基于煤礦輔助運輸現狀，為解決在運輸作業中可能出現的安全隱患，在無軌膠輪車上加裝自動打掩系統。該系統的設計目標是提高無軌膠輪車運輸的安全性和效率，降低事故發生的可能性，為現代化工業生產提供更加可靠的物料搬運工具。實際應用效果表明，該系統具有自動化水平高、結構緊湊、響應迅速、安全性高等優點，并且可以廣泛適用于不同型號和規格的無軌膠輪車，滿足復雜工況的需求，為煤礦輔助運輸和其他相關行業提供更加安全、高效的物料搬運解決方案。