CN112277915B - 一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法，属于煤矿井下无轨辅助运输机器人制动控制的技术领域，安全型线控制动系统包括防爆电机、液压泵、压力表Ⅰ、电压力传感器、压力表Ⅱ、制动蓄能器、线控制动阀组、前桥制动器、后桥制动器和压力表Ⅲ。线控制动阀组包括集成在基座上的吸油过滤器、单向阀Ⅰ、安全阀、截止阀、电控驻车制动阀、单向阀Ⅱ、手动切换阀、手动泵、电控比例行车制动阀、电子液位液温计和液压油箱。本发明提高了煤矿无轨辅助运输机器人运行的安全性。

Description

一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法

技术领域

本发明属于煤矿井下无轨辅助运输机器人制动控制的技术领域，具体公开了一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法。

背景技术

煤矿井下无轨辅助运输设备由于具有高效能、多用途、机动灵活和技术先进等特点，在国外一些采煤技术先进的国家比如美国、澳大利亚、英国、南非等都得到了非常广泛的应用，且发展迅速。90年代中后期，我国为改变煤矿辅助运输方式落后于采掘技术发展的状况，神东、兖州和晋城等大型矿区先后引进成套无轨胶轮运输设备，在平峒、立井和斜井中都得到了成功应用，使用这一新型辅助运输方式后显著提高了辅助运输和矿井全员生产效率。

随着我国煤炭开采技术和装备自主创新研究的重大进展，综采自动化技术、综掘系列装备等领域都实现了重大突破，取得了良好的应用效果和经济效益，使我国煤炭开采技术和采掘装备整体上达到国际先进水平，实现了综采工作面生产过程的自动化。近年来，智慧矿山理念的提出更是吹响了煤炭行业进军智能化、信息化和无人化建设新阶段的号角。同时，智慧矿山建设也对煤矿辅助运输系统提出了连续化、标准化、智能化、少人化和信息化的发展要求，以实现煤矿井下人员和材料的智能调度配送、综采工作面设备的自动化安装回撤及综掘工作面的自动化物料保障。

当前煤矿辅助运输系统尚处于机械化发展阶段，难以适应智能综采工作面、无人掘进面等新技术发展的需要，已成为智慧矿山建设的发展瓶颈。现有的无轨辅助运输系统难以适应智能综采无人工作面、无人掘进面等新技术发展需要，亟需发展以物联网、自动化装备相结合的智能无轨辅助运输系统，弥补智能化矿井短板。当前无轨辅助运输系统存在的主要问题有：①煤矿井下物料需求种类繁杂、运输作业量大、运输工作随机性高，物料配送过程以机械化系统为主，自动化、信息化程度低，难以符合标准化和智能化的现代物流标准；②井下运输设备以防爆柴油机动力为主，系统能耗较高，车辆尾气、噪音污染严重，严重威胁相关从业人员的身心健康；③辅助运输设备受制于井下防爆要求，电气化和信息化程度普遍较低，以机械和液压系统为主，系统繁杂、环节较多、管路密布、可靠性低、维护量大；④主要运输设备以司机驾驶操作和人工调度为主，自动化程度较低，难以实现少人化要求。

安全型线性控制系统是指线控制动或保持原地不动的所有元部件的总成，是煤矿无轨辅助运输机器人安全运行的重要保障。煤矿无轨辅助运输机器人打破以往的驾驶员操作的人为控制制动系统，使用线控CAN总线远程遥控控制制动系统，一旦煤矿无轨辅助运输机器人制动系统失效，往往会造成严重的煤矿事故和财产损失。因此，煤矿无轨辅助运输机器人安全型线性控制系统制动性能的好坏是制约矿井辅助运输发展的重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法，提高煤矿无轨辅助运输机器人运行的安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，包括防爆电机、液压泵、线控制动阀组、前桥制动器和后桥制动器；线控制动阀组包括电控驻车制动阀、手动切换阀、手动泵、电控比例行车制动阀和液压油箱；防爆电机与液压泵连接；液压泵的进油口与液压油箱连接，出油口与电控驻车制动阀的进油口连接；电控驻车制动阀的回油口与液压油箱连接，工作油口与手动切换阀的进油口连接；手动切换阀的工作油口与电控比例行车制动阀的进油口连接，回油口与手动泵的出油口连接；手动泵的进油口与液压油箱连接；电控比例行车制动阀的回油口接回液压油箱，工作油口分别接入前桥制动器和后桥制动器。

进一步地，液压泵的出油口还连接有制动蓄能器。

进一步地，线控制动阀组还包括截止阀，截止阀的进油口与制动蓄能器连接，出油口与液压油箱连接。

进一步地，线控制动阀组还包括单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ；单向阀Ⅰ设置在制动蓄能器和电控驻车制动阀的连接点与液压泵之间；单向阀Ⅱ设置在手动切换阀和手动泵之间。

进一步地，线控制动阀组还包括吸油过滤器和安全阀；吸油过滤器的进油口与液压油箱连接，出油口与液压泵的进油口连接；安全阀的进油口设置在单向阀Ⅰ和液压泵之间，出油口与液压油箱连接。

进一步地，线控制动阀组还包括与液压油箱连接的电子液位液温计。

进一步地，单向阀Ⅰ和液压泵之间设置有电压力传感器和压力表Ⅰ；电压力传感器用于检测液压泵的出口压力；压力表Ⅰ用于显示液压泵的出口压力。

进一步地，制动蓄能器和电控驻车制动阀的连接点与制动蓄能器之间设置有压力表Ⅱ，压力表Ⅱ用于显示制动蓄能器的充液压力；电控比例行车制动阀的工作油口接有压力表Ⅲ，压力表Ⅲ用于显示制动压力。

进一步地，线控制动阀组还包括基座；吸油过滤器、单向阀Ⅰ、安全阀、截止阀、电控驻车制动阀、单向阀Ⅱ、手动切换阀、手动泵、电控比例行车制动阀、电子液位液温计和液压油箱集成于基座上；吸油过滤器的出油口与基座的S口连接，基座的S口与液压泵的进油口连接；单向阀Ⅰ的进油口与基座的P口连接，基座的P口与液压泵的出油口连接，单向阀Ⅰ的出油口与基座的PS口连接，基座的PS口与制动蓄能器连接；单向阀Ⅰ和基座的PS口之间引出油管与基座的C2口连接，基座的C2口与压力表Ⅱ连接；安全阀的进油口与基座的C1口连接，基座的C1口与压力表Ⅰ连接；安全阀和基座的C1口之间的引出油管与基座的MP口连接，基座的MP口与电压力传感器连接；电控比例行车制动阀的工作口分别与基座的A口和C3口连接，基座的A口与前桥制动器和后桥制动器的连接点连接，压力表Ⅲ与基座的C3口连接。

本发明还提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动方法，基于上述煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统实施，包括下述步骤：

煤矿无轨辅助运输机器人通电启动后，防爆电机工作带动液压泵转动，泵送高压液压油，当煤矿无轨辅助运输机器人准备行驶时，电控驻车制动阀和电控比例行车制动阀通电换向，电控驻车制动阀的进油口和工作油口相通，电控比例行车制动阀的进油口和工作油口相通，手动切换阀的进油口和工作油口相通，高压液压油经过电控驻车制动阀、手动切换阀和电控比例行车制动阀，分别达到前桥制动器和后桥制动器；

当煤矿无轨辅助运输机器人需要行车减速或者制动时，控制电控比例行车制动阀的电流或者电压的输入值，使电控比例行车制动阀的工作油口和回油口相通，前桥制动器和后桥制动器中的液压油通过电控比例行车制动阀的回油口回到液压油箱，实现煤矿无轨辅助运输机器人的行车制动；

当煤矿无轨辅助运输机器人需要驻车制动时，切断电控驻车制动阀的电流或者电压的输入信号，使电控驻车制动阀的工作油口和回油口相通，前桥制动器和后桥制动器中的液压油通过电控比例行车制动阀和手动切换阀，到达电控驻车制动阀的工作油口，经过电控驻车制动阀的回油口回到液压油箱，实现煤矿无轨辅助运输机器人的驻车制动；

当煤矿无轨辅助运输机器人出现故障需要移动时，此时电控驻车制动阀和电控比例行车制动阀处于失电的状态，搬动手动切换阀的切换按钮，使手动切换阀的回油口和工作油口相通，手动连续操作手动泵，液压油经过至手动切换阀和电控比例行车制动阀，分别达到前桥制动器和后桥制动器，使前桥制动器和后桥制动器解制动，实现煤矿无轨辅助运输机器人的可移动。

本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种以物联网、自动化装备相结合的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统及方法，为智能远程操控煤矿无轨辅助运输机器人的安全制动系统提供了一种可行性方案，有效提高了煤矿无轨辅助运输机器人运行的安全性。

附图说明

图1为煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统的原理图；

图2为线控制动阀组的原理图；

图3为线控制动阀组的轴测图I；

图4为线控制动阀组的轴测图II。

其中，附图标记对应的名称为：1-防爆电机，2-液压泵，3-压力表Ⅰ，4-电压力传感器，5-压力表Ⅱ，6-制动蓄能器，7-线控制动阀组，7.1-吸油过滤器，7.2-单向阀Ⅰ，7.3-安全阀，7.4-截止阀，7.5-电控驻车制动阀，7.6-单向阀Ⅱ，7.7-手动切换阀，7.8-手动泵，7.9-电控比例行车制动阀，7.10-电子液位液温计，7.11-液压油箱，8-前桥制动器，9-后桥制动器，10-压力表Ⅲ。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，包括防爆电机1、液压泵2、压力表Ⅰ3、电压力传感器4、压力表Ⅱ5、制动蓄能器6、线控制动阀组7、前桥制动器8、后桥制动器9和压力表Ⅲ10。线控制动阀组7包括集成在基座上的吸油过滤器7.1、单向阀Ⅰ7.2、安全阀7.3、截止阀7.4、电控驻车制动阀7.5、单向阀Ⅱ7.6、手动切换阀7.7、手动泵7.8、电控比例行车制动阀7.9、电子液位液温计7.10和液压油箱7.11。

吸油过滤器7.1的进油口（XY1口）和液压油箱7.11的YK1口连接，出油口（XY2口）与基座的S口连接。

单向阀Ⅰ7.2的进油口（DXF1口）与基座的P口连接，单向阀Ⅰ7.2的出油口（DXF2口）与基座的PS口连接，单向阀Ⅰ7.2和基座的PS口之间引出油管与基座的C2口连接。

安全阀7.3的进油口（AQF1口）接入单向阀Ⅰ7.2和基座的P口的之间且与基座的C1口连接，出油口（AQF2口）与液压油箱7.11的YK2口连接，安全阀7.3和基座的C1口之间的引出油管与基座的MP口连接。

截止阀7.4的进油口（JZF1口）与基座的PS口连接，出油口（JZF2口）与液压油箱7.11的YK3口连接。

电控驻车制动阀7.5的进油口（DCP1口）与单向阀Ⅰ7.2的出油口（DXF2口）连接，工作油口（DCA1口）与手动切换阀7.7的进油口（SDP1口）连接，回油口（DCT1口）与液压油箱7.11的YK4口连接。

手动切换阀7.7的工作油口（SDA1口）与电控比例行车制动阀7.9的进油口（DCP2口）连接，回油口（SDT1口）与单向阀Ⅱ7.6的出油口（DFX4口）连接，单向阀的进油口（DXF3口）与手动泵7.8的出油口（P2口）连接，手动泵7.8的进油口（S2口）与液压油箱7.11的YK5口连接。

电控比例行车制动阀7.9的工作油口（DCA2口）分别与基座的A口和C3口连接，回油口（DCT2口）与液压油箱7.11的YK6口连接。

电子液位液温计7.10与液压油箱7.11的YK7口连接，电子液位液温计7.10通过线控将液压油箱7.11的液位和温度信息传递到显示器上。

防爆电机1通过轴端连接液压泵2，液压泵2的出油口（P1口）通过液压胶管连接基座的P口，液压泵的进油口（S1口）通过液压胶管连接基座的S口，压力表Ⅰ3的Y1口通过测压软管连接基座的C1口，电压力传感器4的M1口通过螺纹连接到基座的MP口，压力表Ⅱ5的Y2口通过测压软管连接基座的C2口，制动蓄能器6的XNQ1口通过液压胶管连接基座的PS口，两个前桥制动器8通过液压胶管连接构成前桥制动组，两个后桥制动器9通过液压胶管连接构成后桥制动组，前桥制动组和后桥制动组之间通过液压胶管连接并接入基座的A口，压力表Ⅲ10的Y3口通过测压软管连接基座的C3口。

实施例2

本实施例提供一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动方法，基于实施例1所述煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统实施，包括下述步骤。

煤矿无轨辅助运输机器人通电启动后，防爆电机1工作带动液压泵2转动，在虹吸的作用下液压油从液压油箱7.11的油口YK1口经过吸油过滤器7.1的XY1口、XY2口，再到线控制动阀组7的S口吸入到液压泵2的S1口，产生的高压液压油从液压泵2的P1口到达线控制动阀组7的P口，在电压力传感器4的监测下，高压液压油首先经过单向阀Ⅰ7.2的DXF1、DXF2口，经过线控制动阀组7的PS口到达制动蓄能器6的XNQ1口为制动蓄能器充液。当液压油油压超过电压力传感器4的设定值时，液压油停止给制动蓄能器6充液，多余的高压液压油能够打开安全阀7.3，通过安全阀7.3的AQF1口到达安全阀7.3的AQF2口，经过液压油箱7.11的YK2口回到液压油箱。压力表Ⅰ3的Y1口连接线控制动阀组7的C1口，显示液压泵2的出口压力。压力表Ⅱ5的Y2口连接线控制动阀组7的C2口，显示制动蓄能器6的充液压力。

当煤矿无轨辅助运输机器人准备行驶时，电控驻车制动阀7.5和电控比例行车制动阀7.9通电换向，高压液压油经过电控驻车制动阀7.5的DCP1口到达DCA1口，高压液压油经过手动切换阀7.7的SDP1口到达SDA1口，高压液压油经过电控比例行车制动阀7.9的DCP2口到达DCA2口，高压液压油经过线控制动装置7的A口分别达到前桥制动器8的ZDQ1口和ZDQ2口、后桥制动器9的ZDQ3口和ZDQ4口。压力表Ⅲ10的Y3口连接线控制动阀组7的C3口，显示制动压力。

当煤矿无轨辅助运输机器人需要行车减速或者制动时，控制电控比例行车制动阀7.9的电流或者电压的输入值，来控制电控比例行车制动阀7.9阀芯的开口度，使阀芯处于另外一个位置，即电控比例行车制动阀7.9的DCA2口与DCT2口连通，使前桥制动器8和后桥制动器9里面的液压油直接通过ZDQ1口、ZDQ2口、ZDQ3口、ZDQ4口经过线控制动阀组7的A口，再到电控比例行车制动阀7.9的DCA2口、DCT2口，通过液压油箱7.11的YK6口回到液压油箱7.11，实现煤矿无轨辅助运输机器人的行车制动。

当煤矿无轨辅助运输机器人需要驻车制动时，切断电控驻车制动阀7.5的电流或者电压的输入信号，使阀芯换向处于另外一个位置，即电控驻车制动阀7.5的DCA1口与DCT1口相互连通，使前桥制动器8和后桥制动器9里面的液压油直接通过ZDQ1口、ZDQ2口、ZDQ3口、ZDQ4口经过线控制动阀组7的A口，再到电控比例行车制动阀7.9的DCA2口、DCP2口，再到电控驻车制动阀7.5的DCA1口、DCT1口，通过回到液压油箱7.11的YK4口回到液压油箱7.11，实现煤矿无轨辅助运输机器人的驻车制动。

当煤矿无轨辅助运输机器人停机或者检修时，为了使制动蓄能器6的油压卸掉，打开线控制动阀组7中的截止阀7.4，使截止阀7.4的JZF1口和JZF2口相通，制动蓄能器6里面的液压油从XNQ1口经过截止阀7.4的JZF1口、JZF2口，到达液压油箱7.11的YK3口回到液压油箱7.11。

当煤矿无轨辅助运输机器人出现故障需要移动时，此时电控驻车制动阀7.5、电控比例行车制动阀7.9处于失电的状态，搬动手动切换阀7.7的切换按钮，使手动切换阀7.7换向，使SDT1口与SDA1口相通，手动连续操作手动泵7.8，在虹吸作用下使液压油从液压油箱7.11油口YK5经过手动泵7.8的S2、P2口，经过单向阀Ⅱ7.6的DXF3口、DFX4口，经过手动切换阀7.7的SDT1口、SDA1口，再经过电控比例行车制动阀7.9的DCP2口、DCA2口，到达线控制动阀组7的A口，液压油最后到达前桥制动器8的ZDQ1口、ZDQ2口和后桥制动器9的ZDQ3口、ZDQ4口，使前桥制动器8、后桥制动器9解制动，实现煤矿无轨辅助运输机器人可移动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，包括防爆电机、液压泵、线控制动阀组、前桥制动器和后桥制动器；

所述线控制动阀组包括电控驻车制动阀、手动切换阀、手动泵、电控比例行车制动阀和液压油箱；

防爆电机与液压泵连接；

液压泵的进油口与液压油箱连接，出油口与电控驻车制动阀的进油口连接；

电控驻车制动阀的回油口与液压油箱连接，工作油口与手动切换阀的进油口连接；

手动切换阀的工作油口与电控比例行车制动阀的进油口连接，回油口与手动泵的出油口连接；

手动泵的进油口与液压油箱连接；

电控比例行车制动阀的回油口接回液压油箱，工作油口分别接入前桥制动器和后桥制动器；

煤矿无轨辅助运输机器人通电启动后，防爆电机工作带动液压泵转动，泵送高压液压油，当煤矿无轨辅助运输机器人准备行驶时，电控驻车制动阀和电控比例行车制动阀通电换向，电控驻车制动阀的进油口和工作油口相通，电控比例行车制动阀的进油口和工作油口相通，手动切换阀的进油口和工作油口相通，高压液压油经过电控驻车制动阀、手动切换阀和电控比例行车制动阀，分别达到前桥制动器和后桥制动器；

当煤矿无轨辅助运输机器人需要行车减速或者制动时，控制电控比例行车制动阀的电流或者电压的输入值，使电控比例行车制动阀的工作油口和回油口相通，前桥制动器和后桥制动器中的液压油通过电控比例行车制动阀的回油口回到液压油箱，实现煤矿无轨辅助运输机器人的行车制动；

当煤矿无轨辅助运输机器人需要驻车制动时，切断电控驻车制动阀的电流或者电压的输入信号，使电控驻车制动阀的工作油口和回油口相通，前桥制动器和后桥制动器中的液压油通过电控比例行车制动阀和手动切换阀，到达电控驻车制动阀的工作油口，经过电控驻车制动阀的回油口回到液压油箱，实现煤矿无轨辅助运输机器人的驻车制动；

当煤矿无轨辅助运输机器人出现故障需要移动时，此时电控驻车制动阀和电控比例行车制动阀处于失电的状态，搬动手动切换阀的切换按钮，使手动切换阀的回油口和工作油口相通，手动连续操作手动泵，液压油经过至手动切换阀和电控比例行车制动阀，分别达到前桥制动器和后桥制动器，使前桥制动器和后桥制动器解制动，实现煤矿无轨辅助运输机器人的可移动。

2.根据权利要求1所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，液压泵的出油口还连接有制动蓄能器。

3.根据权利要求2所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，线控制动阀组还包括截止阀，截止阀的进油口与制动蓄能器连接，出油口与液压油箱连接。

4.根据权利要求3所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，线控制动阀组还包括单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ；

单向阀Ⅰ设置在制动蓄能器和电控驻车制动阀的连接点与液压泵之间；

单向阀Ⅱ设置在手动切换阀和手动泵之间。

5.根据权利要求4所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，线控制动阀组还包括吸油过滤器和安全阀；

吸油过滤器的进油口与液压油箱连接，出油口与液压泵的进油口连接；

安全阀的进油口设置在单向阀Ⅰ和液压泵之间，出油口与液压油箱连接。

6.根据权利要求5所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，线控制动阀组还包括与液压油箱连接的电子液位液温计。

7.根据权利要求6所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，单向阀Ⅰ和液压泵之间设置有电压力传感器和压力表Ⅰ；

电压力传感器用于检测液压泵的出口压力；

压力表Ⅰ用于显示液压泵的出口压力。

8.根据权利要求7所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，制动蓄能器和电控驻车制动阀的连接点与制动蓄能器之间设置有压力表Ⅱ，压力表Ⅱ用于显示制动蓄能器的充液压力；

电控比例行车制动阀的工作油口接有压力表Ⅲ，压力表Ⅲ用于显示制动压力。

9.根据权利要求8所述的煤矿无轨辅助运输机器人的安全型线控制动系统，其特征在于，线控制动阀组还包括基座；

吸油过滤器、单向阀Ⅰ、安全阀、截止阀、电控驻车制动阀、单向阀Ⅱ、手动切换阀、手动泵、电控比例行车制动阀、电子液位液温计和液压油箱集成于基座上；

吸油过滤器的出油口与基座的S口连接，基座的S口与液压泵的进油口连接；

单向阀Ⅰ的进油口与基座的P口连接，基座的P口与液压泵的出油口连接，单向阀Ⅰ的出油口与基座的PS口连接，基座的PS口与制动蓄能器连接；

单向阀Ⅰ和基座的PS口之间引出油管与基座的C2口连接，基座的C2口与压力表Ⅱ连接；

安全阀的进油口与基座的C1口连接，基座的C1口与压力表Ⅰ连接；

安全阀和基座的C1口之间的引出油管与基座的MP口连接，基座的MP口与电压力传感器连接；

电控比例行车制动阀的工作口分别与基座的A口和C3口连接，基座的A口与前桥制动器和后桥制动器的连接点连接，压力表Ⅲ与基座的C3口连接。

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