CN115009236B - 一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统及控制方法，该系统包括：设置在煤矿防爆车辆上的车载移动控制系统和设置在井下巷道的固定保护系统；车载控制移动系统包括：第一防爆控制箱、液压控制装置及机械执行装置；固定保护系统包括：第二防爆控制箱、跳绳机构、常闭式拦截装置。本发明能在车辆出现速度失控时起到良好的拦阻效果，降低对人员的伤害，为矿用车辆速度失控提供有效的智能保护，从而能提高整车安全性能，并降低事故发生效率。

Description

一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿失速车辆的智能电子式拦截控制系统，属于煤矿井下无轨辅助运输设备的设计与制造的技术领域。
背景技术
目前，大中型煤矿辅助运输大巷通常采用混凝土硬化路面，由无轨胶轮车运输井下人员、物料及设备等。由于煤矿井下路面狭窄，坡道较多，且通常存在淋水、煤泥、碎石等，进一步降低了橡胶轮胎与路面的附着系数，加剧了车辆的打滑失控风险。因此，一旦出现制动故障，由于缺乏有效的缓冲减速措施，行车安全隐患较大。
现有有轨矿车类斜巷跑车防护装置，使用地点均为有规律上下矿车的斜井，由于无轨胶轮车的上下是无规律的，将其安装在无轨胶轮车运输斜巷，容易导致防护装置无序起落影响车辆正常行驶。
为确保车辆安全运行，一方面，无轨胶轮车运输路段通常沿巷道壁两侧堆积废旧轮胎，或巷道的末端开设一段上山盲巷，一旦速度失控，车辆可以在司机驾驶下进行减速制动。该方式与车辆的速度、司机的驾驶水平等主观情况有关，车辆在发生跑车时随着速度的不断加快，往往无法按照理想状态减速制动，导致效果不佳，隐患极大。另一方面，当路况较差或巷道倾角进一步增大时，为了减轻无轨胶轮车自运行的安全隐患，对路面进行埋设螺纹钢或波浪处理，以增加轮胎与路面的附着性能，避免车辆制动时甩尾漂移。同时由于车辆重载及空载时轴荷承载及整车重心会发生较大变化，且井下路面条件及路况随时可能因维护保养而经常发生变化，存在极大的不确定性，因此，目前采用的几种方式均不能完全实现陡坡条件下无轨胶轮车的绝对可靠安全。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，出一种用于煤矿失速车辆的智能电子式拦截控制系统及控制方法，以期能在车辆出现速度失控时起到良好的拦阻效果，降低对人员的伤害，为矿用车辆速度失控提供有效的智能保护，从而能提高整车安全性能，并降低事故发生效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统的特点包括：设置在煤矿防爆车辆上的车载移动控制系统和设置在井下巷道的固定保护系统；
所述车载移动控制系统包括：第一防爆控制箱、液压控制装置及机械执行装置；
所述第一防爆控制箱包括：车辆信息数据采集模块、通讯交互模块及中央处理模块；
所述车辆信息数据采集模块包括：速度采集单元和压力采集单元；
所述车辆信息数据采集模块用于采集并实时采集车辆的运行数据；
所述通讯交互模块用于接收车辆的运行数据和发送中央处理模块的指令；
所述中央处理模块用于对所述车辆的运行数据进行监控和比较处理，并生成控制信息；
所述液压控制装置包括：速度传感器、压力传感器、防爆电磁阀；
所述压力传感器安装在制动踏板至制动器之间，并用于采集车辆制动系统的压力数据；
所述速度传感器安装在传动轴上，并用于采集车辆运行的实时车速；
所述防爆电磁阀用于接收第一防爆控制箱的控制信息，并控制机械执行装置工作；
所述机械执行装置用于实现车载尾钩与常闭式拦截装置的联动；
所述固定保护系统包括：第二防爆控制箱、跳绳机构、常闭式拦截装置；
所述第二防爆控制箱，用于和第一控制箱无线通讯，并根据第一防爆控制箱的控制信息生成固定保护系统的控制信息；
所述跳绳机构，用于根据第二防爆控制箱的控制信息捕捉所述机械执行装置弹跳出的车载尾钩，从而对车辆施加拦截力；
所述常闭式拦截装置，用于将车辆的动能转化为自身的热能，从而实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。
本发明一种基于所述的智能电子式阻拦控制系统的控制方法的特点是按如下步骤进行；
步骤1、煤矿防爆车辆在煤矿井下运行时，利用煤矿车辆上的速度传感器获取车辆运行的速度传感器并发送给第一防爆控制箱的控制器；
步骤2、所述第一防爆控制箱通过通讯交互模块接收车辆运行的实时速度，并通过中央处理模块将实时速度与所设定的车速安全值进行比较，若超过车速安全值，则执行步骤3；否则，返回步骤1顺序执行；
步骤3、利用煤矿车辆上的压力传感器实时监测车辆制动压力，并发送给第一防爆控制箱；
步骤4、第一防爆控制箱通过通讯交互模块接收车辆制动压力，并将车辆制动压力与预设的压力安全值进行比较，若超过预定的压力安全值，则启动速度预警，提醒驾驶员进行减速制动，并返回步骤1顺序执行；若未超过预定的压力安全值，则执行步骤5；
步骤5、第一防爆控制箱判定是否有踏板信号，若有踏板信号，则第一防爆控制箱判定车辆为失速状态；若没有踏板信号，且速度预警持续的时间超过设定的时间阈值，则第一防爆控制箱仍旧判定车辆处于失速状态；
步骤6、第一防爆控制箱发送脱钩指令给机械执行装置，用于控制车载尾钩进行脱钩动作；同时，第一防爆控制箱发送控制信号给第二防爆控制箱，所述第二控制防爆箱接收到控制信号后，控制所述跳绳机构的钢丝绳弹起，以捕捉所述机械执行装置弹跳出的车载尾钩，同时，所述常闭式拦截装置根据所述控制信号开始对车辆施加外力，使车辆的动能转化为拦截装置的热能，以实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
针对矿用车辆在井下巷道下坡路段速度失控，缺乏有效行车安全保护，相比当前防护方案因车辆重载及空载时轴荷承载及整车重心会发生较大变化，而井下路面条件及路况随时可能因维护保养而经常发生变化等因素，给跑车保护带来较大安全隐患这一落后方式，本发明根据我国大型煤矿的巷道条件和使用工况，提出一种用于煤矿失速车辆智能电子式拦截控制系统及其控制方法，采用基于当前通讯模式，“行驶速度+制动压力”联合监测、控制的方式，一旦速度失控，利用无线通讯技术将移动中的胶轮车和固定处的跳绳机构实现实时互联、智能保护，起到了良好的拦阻效果，降低了人员的伤害，为矿用车辆速度失控提供合理的智能保护，从而提高了整车安全性能，降低了事故发生效率。
附图说明
图1为本发明车载移动控制系统图；
图2为本发明固定保护系统图；
图3为本发明车载移动控制系统布置图；
图4为本发明第一防爆控制箱的示意图；
图5为本发明常闭式拦截装置的示意图；
图6为本发明车载移动控制系统的原理图；
图7为本发明控制方法的流程图；
图中标号：1车载移动控制系统；2固定保护系统；3第一防爆控制箱；4液压控制装置；5机械执行装置；6常闭式拦截装置；7跳绳机构；8第二防爆控制箱；9速度传感器；10压力传感器；11防爆电磁阀；12制动踏板；13制动器。
具体实施方式
本实施例中，一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统包括：如图1所示的设置在煤矿防爆车辆上的车载移动控制系统1，用以监控车辆运行速度和制动压力，进行失速判断、失速报警、脱钩控制、与巷道固定保护系统的无线通信等；以及如图2所示的设置在井下巷道的固定保护系统2，用以与车载移动控制系统1的无线通信、跳绳控制、拦截失速车辆，实施失速智能保护；智能电子式阻拦控制系统基于当前通讯模式，采用“行驶速度+制动压力”联合监测、控制的方式，利用无线通讯将移动中的胶轮车和固定处的跳绳机构7实现实时互联、智能保护，对速度失控车辆进行柔性减速制动，避免持续失控跑车及二次事故的发生。本控制系统独立于车辆原控制系统，不会对原车辆的电气性能、机械性能及制动性能造成影响。具体的说：
如图3和图6所示，车载移动控制系统1具有车速监测、失速判断、失速报警、脱钩控制、与巷道固定保护系统的无线通信等功能，包括：第一防爆控制箱3、液压控制装置4及机械执行装置5；
如图4所示，第一防爆控制箱3置于驾驶室内，主要包括：车辆信息数据采集模块、通讯交互模块及中央处理模块；
车辆信息数据采集模块包括：速度采集单元和压力采集单元；
车辆信息数据采集模块用于采集并实时采集车辆的运行数据；
通讯交互模块用于接收车辆的运行数据和发送中央处理模块的指令；
中央处理模块用于对车辆的运行数据进行监控和比较处理，并生成控制信息，若车辆的运行速度超过所设定的车速安全值，车载移动控制系统1将输出报警信号，提醒司机进行减速制动；
液压控制装置4包括：速度传感器9、压力传感器10、防爆电磁阀11；液压控制装置4采用原车压力源，通过安装在制动踏板12至制动器13之间的压力传感器10实现对系统制动压力的检测；
压力传感器10用于采集车辆制动系统的制动压力数据并传递给第一防爆控制箱3；
速度传感器9安装在传动轴上，并用于采集车辆运行的实时车速并传递给第一防爆控制箱3；
防爆电磁阀11用于接收第一防爆控制箱3的控制信息，并控制机械执行装置5工作；
如图5所示，机械执行装置5设置有尾钩机构，用于实现车载尾钩与常闭式拦截装置6的联动；
煤矿防爆车辆利用速度传感器9获取车辆运行的速度，并发送给第一防爆控制箱3的控制器，第一防爆控制箱3通过通讯交互模块接收车辆运行的实时速度，并通过中央处理模块将实时速度与所设定的车速安全值进行比较；与此同时车辆通过压力传感器10实时监测制动压力，第一防爆控制箱3通过通讯交互模块接收车辆制动压力，并将车辆制动压力与预设的压力安全值进行比较，若超过预定的压力安全值，则启动速度预警，提醒驾驶员进行减速制动；若未超过预定的压力安全值，则第一防爆控制箱3将继续判定是否有踏板信号，若有踏板信号输入，则第一防爆控制箱3判定车辆为失速状态；若无踏板信号输入，且速度预警持续的时间超过设定的时间阈值，则第一防爆控制箱3仍旧判定车辆处于失速状态；
如图6所示，液压控制装置4车辆在井下正常运行时系统压力应大于设定阈值，此时防爆电磁阀11处于上位。当前轮制动压力降至预定的压力安全值以下时，压力传感器10发出信号给第一防爆控制箱3，由中央处理模块进行比较、判定后，将发送电信号给防爆电磁阀11，防爆电磁阀11得电后换向到下位。液压控制装置4采用双回路安全控制，仅后轮制动压力小于预定的压力安全值时，防爆电磁阀11不会动作；只有当前、后轮制动压力同时小于预定的压力安全值时，前、后压力传感器10同时发出预警信号，第一防爆控制箱3将判定车辆处于失速状态，发送脱钩指令使防爆电磁阀11得电换向，推动机械执行装置5进行脱钩动作。
如图5所示，固定保护系统2包括：如图4所示的第二防爆控制箱8、跳绳机构7、常闭式拦截装置6；
第二防爆控制箱8用于和第一控制箱无线通讯，并根据第一防爆控制箱3的控制信息生成固定保护系统的控制信息；
跳绳机构7用于根据第二防爆控制箱8的控制信息捕捉机械执行装置5弹跳出的车载尾钩，从而对车辆施加拦截力；
常闭式拦截装置6用于将车辆的动能转化为自身的热能，从而实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。
第一防爆控制箱通过通讯交互模块接收车辆制动压力，并将车辆制动压力与预设的压力安全值进行比较，若超过预定的压力安全值，则启动速度预警，提醒驾驶员进行减速制动；若未超过预定的压力安全值，第一防爆控制箱将判定是否有踏板信号，若有踏板信号，则第一防爆控制箱判定车辆为失速状态；若没有踏板信号，且速度预警持续的时间超过设定的时间阈值，则第一防爆控制箱仍旧判定车辆处于失速状态，一旦制动失灵，可通过司机发送脱钩指令或由第一防爆控制箱3发送脱钩指令给机械执行装置，控制机械执行装置5的尾钩机构动作，进行脱钩动作。同时，第一防爆控制箱3发送控制信号给第二防爆控制箱8，第二控制防爆箱8接收到控制信号后，控制跳绳机构7的钢丝绳弹起，以捕捉所述机械执行装置5弹跳出的车载尾钩，同时，常闭式拦截装置6根据控制信号开始对车辆施加外力缓冲，使车辆的动能转化为拦截装置的热能，以实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。
本实施例中，如图7所示，一种智能电子式阻拦控制系统的控制方法是按如下步骤进行；
步骤1、煤矿防爆车辆按规定速度在煤矿井下运行时，利用煤矿车辆上的速度传感器9获取车辆运行的速度传感器9并发送给第一防爆控制箱3的控制器；
步骤2、第一防爆控制箱3通过通讯交互模块接收车辆运行的实时速度，并通过中央处理模块将实时速度与所设定的车速安全值进行比较，若超过车速安全值，则执行步骤3；否则，返回步骤1顺序执行；
步骤3、利用煤矿车辆上的压力传感器10实时监测车辆制动压力，并发送给第一防爆控制箱3；
步骤4、第一防爆控制箱3通过通讯交互模块接收车辆制动压力，并将车辆制动压力与预设的压力安全值进行比较，若超过预定的压力安全值，则启动速度预警，提醒驾驶员进行减速制动，踩下制动踏板后车速降低或压力恢复正常，则停止报警，并返回步骤1顺序执行；若未超过预定的压力安全值，则执行步骤5；
步骤5、第一防爆控制箱3判定是否有踏板信号，若有踏板信号，则第一防爆控制箱3判定车辆为失速状态；若没有踏板信号，且速度预警持续的时间超过设定的时间阈值，则第一防爆控制箱3仍旧判定车辆处于失速状态；
步骤6、第一防爆控制箱3发送脱钩指令给机械执行装置5，用于控制车载尾钩进行脱钩动作；同时，第一防爆控制箱3发送控制信号给第二防爆控制箱8，第二控制防爆箱8接收到控制信号后，控制跳绳机构7的钢丝绳弹起，以捕捉机械执行装置5弹跳出的车载尾钩，使机械执行装置5落下的尾钩勾住跳绳机构7弹起的钢丝绳，同时，常闭式拦截装置6根据控制信号开始对车辆施加外力，使车辆的动能转化为拦截装置的热能，以实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。

Claims (1)

1.一种用于煤矿失速车辆的智能电子式阻拦控制系统的控制方法，所述智能电子式阻拦控制系统包括：设置在煤矿防爆车辆上的车载移动控制系统和设置在井下巷道的固定保护系统；
所述车载移动控制系统包括：第一防爆控制箱、液压控制装置及机械执行装置；
所述第一防爆控制箱包括：车辆信息数据采集模块、通讯交互模块及中央处理模块；
所述车辆信息数据采集模块包括：速度采集单元和压力采集单元；
所述车辆信息数据采集模块用于采集并实时采集车辆的运行数据；
所述通讯交互模块用于接收车辆的运行数据和发送中央处理模块的指令；
所述中央处理模块用于对所述车辆的运行数据进行监控和比较处理，并生成控制信息；
所述液压控制装置包括：速度传感器、压力传感器、防爆电磁阀；
所述压力传感器安装在制动踏板至制动器之间，并用于采集车辆制动系统的压力数据；
所述速度传感器安装在传动轴上，并用于采集车辆运行的实时车速；
所述防爆电磁阀用于接收第一防爆控制箱的控制信息，并控制机械执行装置工作；
所述机械执行装置用于实现车载尾钩与常闭式拦截装置的联动；
所述固定保护系统包括：第二防爆控制箱、跳绳机构、常闭式拦截装置；
所述第二防爆控制箱，用于和第一防爆控制箱无线通讯，并根据第一防爆控制箱的控制信息生成固定保护系统的控制信息；
所述跳绳机构，用于根据第二防爆控制箱的控制信息捕捉所述机械执行装置弹跳出的车载尾钩，从而对车辆施加拦截力；
所述常闭式拦截装置，用于将车辆的动能转化为自身的热能，从而实现柔性制动，以拦截速度失控车辆；其特征是，所述智能电子式阻拦控制系统的控制方法是按如下步骤进行；
步骤1、煤矿防爆车辆在煤矿井下运行时，利用煤矿车辆上的速度传感器获取车辆运行的速度传感器并发送给第一防爆控制箱的控制器；
步骤2、所述第一防爆控制箱通过通讯交互模块接收车辆运行的实时速度，并通过中央处理模块将实时速度与所设定的车速安全值进行比较，若超过车速安全值，则执行步骤3；否则，返回步骤1顺序执行；
步骤3、利用煤矿车辆上的压力传感器实时监测车辆制动压力，并发送给第一防爆控制箱；
步骤4、第一防爆控制箱通过通讯交互模块接收车辆制动压力，并将车辆制动压力与预设的压力安全值进行比较，若超过预定的压力安全值，则启动速度预警，提醒驾驶员进行减速制动，并返回步骤1顺序执行；若未超过预定的压力安全值，则执行步骤5；
步骤5、第一防爆控制箱判定是否有踏板信号，若有踏板信号，则第一防爆控制箱判定车辆为失速状态；若没有踏板信号，且速度预警持续的时间超过设定的时间阈值，则第一防爆控制箱仍旧判定车辆处于失速状态；
步骤6、第一防爆控制箱发送脱钩指令给机械执行装置，用于控制车载尾钩进行脱钩动作；同时，第一防爆控制箱发送控制信号给第二防爆控制箱，所述第二防爆控制箱接收到控制信号后，控制所述跳绳机构的钢丝绳弹起，以捕捉所述机械执行装置弹跳出的车载尾钩，同时，所述常闭式拦截装置根据所述控制信号开始对车辆施加外力，使车辆的动能转化为拦截装置的热能，以实现柔性制动，以拦截速度失控车辆。
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