谢 磊
陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西神木719300
摘要：防爆无轨胶轮车可被应用于矿井危险环境中，有着很好的机动灵活性和爬坡能力，采用一个机车就可以完成支架的拆除、铲装、卸载及调整，可有效降低作业人员的劳动强度，不需要为其单独铺设轨道，可从工作面直接到达地面，具有高效快捷等特点，是矿井辅助运输最为先进的运输设备。胶轮车运行时间长，如果防爆措施失效，柴油机形成的火焰和高温则不能有效控制，与环境中的可燃气体接触会存在爆炸风险，因此需要设计胶轮车安全保护系统，对胶轮车运行状态进行实时监控，保证车辆的运行安全。
关键词：防爆无轨胶轮车;信号检测;安全保护
引言
运输系统是煤矿井下必不可少的构成部分，可以划分成为有轨运输和无轨运输两种，有轨运输在实践应用过程中受到很多限制，在很多场合无法满足实际使用需要。无轨运输以其显著的优势越来越受到煤矿行业的关注，在现代化大型煤矿中，防爆无轨胶轮车是非常重要的辅助运输设备。但由于煤矿井下工作环境比较特殊，对防爆无轨胶轮车运行的安全性提出了更加严格的要求。由于我国对防爆无轨胶轮车在煤矿井下的应用研究相对较晚。导致防爆无轨胶轮车在安全方面存在一定隐患，严重威胁着煤矿井下的安全生产。因此为提升防爆无轨胶轮车运行安全性，设计研究了一套安全系统，可有效保障车辆的运行安全，避免出现各种安全事故。
1防飞溅装置
在无轨胶轮车正常运行过程中，重载下橡胶实心（充填）轮胎极易甩起路面上的粉尘、积水，特别是刚从非硬化巷道出来后，还会携带大量泥（石）块，造成路面扬尘、甩出泥雾，造成巷道空气粉尘污染、巷道积尘、车身出现泥渍。从污染巷道驶出的车辆，虽然为了清除轮胎及底盘携带的大量泥（石）块，已在交叉点附近巷道底角位加装侧喷装置，对车辆底盘及轮胎起到了一定的清洗效果，但仍无法实现有效的清洗。经分析，无轨胶轮车扬起粉尘、泥水的原因主要是轮胎接触面带起和车身振动造成的附着物脱落。
2防爆无轨胶轮车安全保护系统的研究
2.1数据采集电路
尾气排放温度、冷却水温度均可以采用DS18B20传感器进行采集，供电电压为DC3~5V，可采集温度区间为-55～+125℃，采用单总线方式进行通信，将数据IO直接与处理器的GPIO口连接，有很好的抗电磁干扰能力。采集到的温度信号通过数字量串行发送到S3C2440A芯片，采用C语言编程应该严格按着时序要求。柴油机身温度的检测应用LM35H传感器，可采集温度区间为-55～+150℃，可以达到±14℃的准确率，供电电压为DC4~30V，可采用单源或双电源供电方式，输出信号接处理器的模数转换I/O口。一氧化碳浓度检测采用MQ-7传感器，气敏元件为二氧化锡，会随着一氧化碳浓度成比例增长，检测量程可达到10~1000ppm，供电电压为DC5V，而柴油机排放的尾气成分较多，会对一氧化碳检测产生干扰，需要选用具有过滤功能传感器。氮氧化物气检测对象为一氧化氮、二氧化氮，选择4NO-2000、4NO2-2000两种传感器，输出为0~1.44A电流信号，气体检测量程为0~1000ppm，需要通过运算放大器对电极C端及R端电势进行调整，W端这运算放器后与处理器的模数转换接口连接。瓦斯浓度的检测选用LMJC4/3.0传感器,供电电压为DC3V，量程可达到0~40000×10-6，输隐电压会随着气体浓度变大而增长，在检测1%瓦斯气体浓度时输出电压为20mV，处理器模数转换接口电压为0~3.3V，需要将输出信号放大至100倍。机油压力按1MPa量程选择，选择AP681-010-A压力传感器，经过ADC0809芯片转换后与处理器数字量信号端连接。冷却净化水箱水位检测采用浮子式液位计，采用DC5V供电，经过ADC0809转换后与处理器数字信号引脚连接。
车速检测采用AH3144E霍尔传感器，根据处理器接收到高、低电压信号来处理得到车速信号。
2.2核心控制器选型
控制器是整个系统的关键和核心，其性能的优劣会对安全保护监控系统运行的稳定性产生非常重要的影响。前市场上的控制器类型有很多种，．结合实际情况，本系统中最终选用的是嵌人式微处理器，具体型号为Ｓ３Ｃ２４４０Ａ。这种型号的处理器不仅具有非常丰貧的资源，且价格低廉，性能也相对较好，能够快速处理数据。另外还具有摄像头和网络接口，可以为安全保护监控系统．后续的拓展提供基础。
2.3控制功能
控制器的功能就是对各个专业传感器采集得到的信号数据进行分析处理。对每个需要检测的数据信号，可根据煤矿井下具体情况，提前在控制器内设置一个安全阈值。控制器将传感器检测收集的信号数据与系统设置的安全阈值进行比较分析。检测信号如果在安全阈值范围内认为是安全的，如果检测信号超过了安全阈值就认为存在危险。控制器根据处理分析结果输出对应的控制量，以达到控制的目的。控制器通过防爆无轨胶轮车蓄电池直接进行供电。
2.4车门闭锁
原地热车和其他车辆检查过程中，司机或检修工需绕车辆一周进行检查，为消除因手制动阀扳不到位而出现的车辆溜车的情况，积极调研停车及紧急制动液压系统。原系统中仅一组手制动阀实现了对该系统的控制，但受限于阀体的寿命，使用中无法100%保证有效。古城煤矿会同各生产厂家，决定在驾驶室车门合页处加装一套手动触动阀，在制动系统中与手制动阀串联布置。只有当车门闭合（油路畅通），关闭手制动阀，油路畅通时，才能顶开失效安全型停车及紧急制动器，实现车辆运动。
2.5安全系统主程序的设计
安全系统软件开发在ADS1.2编译软件中进行。软件采用模块化设计，系统程序主要包含三大部分，分别为启动程序、数据分析程序、响应控制程序。为了达到模块化的效果，对每个程序单独进行编译，方便日后的维护。安全系统正式运行时首先执行启动程序，主要对整个系统进行自检，自检过程中如果发现安全系统存在问题则系统无法正常启动。启动程序中还要实现各个模块的初始化。启动程序执行完成后开始执行数据分析程序。数据分析程序又主要由三大部分构成，分别为DS18B20程序、A/D程序和ADCO809程序。其中，DS18B20程序的作用是接受来自传感器的信号数据，A/D程序则是对数据信号进行转换。数据分析程序的作用是将传感器检测得到的实际数据信息与系统中设置的安全阈值进行比较分析。如果实际运行状态数据超过了安全阈值，安全系统会输出控制量，调用报警系统子程序。一方面对防爆无轨胶轮车进行控制，避免车辆发生危险；另一方面通过报警系统发出报警声响和灯光信号。而如果检测信号在正常范围内时，则将结果显示在显示器中，响应控制软件程序由三部分构成，分别为液晶显示、声光报警和控制程序。通过液晶显示程序可以将防爆无轨胶轮车运行状态数据信息显示在液晶显示器中，通过声光报警程序可以驱动声光报警系统发生警告声音和灯光，通过控制程序可以对防爆无轨胶轮车的发动机进行控制。
结语
经过现场实际应用表明，防爆无轨胶轮车安全保护系统具备很快的开机自检功能，可准确对传感器信号进行处理，检测各项参数是否在安全区间内运行，当出现异常情况会启动报警程序，10s内没有检测到工作人员操作，系统会自动将柴油发动机熄灭，有着很快的响应速度，可以满足使用要求。
参考文献
[1]马海兵.煤矿用防爆无轨胶轮车保护系统分析[J].内蒙古煤炭经济，2019（14）：103-104.
[2]阎立哲，李雲.矿用井下防爆无轨胶轮车运输安全技术分析及发展趋势[J].山西煤炭，2019，39（3）：85-88.