矿用电机车乘车安全距离监测与自动闭锁防护装置.pdf

收稿日期:作者简介:张 伟()男山西潞城人工程师从事煤矿机电技术工作:./.矿用电机车乘车安全距离监测与自动闭锁防护装置张 伟(潞安化工集团 王庄煤矿山西 长治)摘 要:文章针对目前井工开采使用电机车运送人员的企业设计了一种电机车乘车安全距离检测和自动闭锁防护装置 该装置的成功研制与应用可彻底杜绝由于乘车人员扒车、跳车或从危险地点上下车而引发的安全事故 该装置设计人性化自动闭锁防护功能稳定可靠可为矿井运输提供借鉴关键词:电机车乘车人员安全距离自动闭锁中图分类号:文献标识码:文章编号:()窄轨电机车是煤矿井下运送人员的主要运输设备 在煤矿生产过程中矿工因赶时间、抢座位而引起的扒车、跳车、车未停稳上下车或从危险地点上下车等严重违章行为引发的运输安全事故时有发生严重威胁着职工的人身安全 基于此设计了一种电机车乘车安全距离检测和自动闭锁防护装置 本装置安全可靠、针对性强可彻底解决上述问题具有较大的推广意义 项目设计)本装置由电磁锁、速度检测、超声波测距、单片机控制、遥控等相关电路组成)首先采用加速度传感器检测车辆是否静止和超声波检测与车厢门口障碍物的实际距离 并通过对这些条件的检测来判断电机车是否满足人员上下车的基本要求)当车辆处于静止状态且与车门平行的障碍物(一般为巷道帮、其他车辆)超过允许乘车距离时(设计乘车距离为 )单片机才会在乘车人员按下开锁按键后打开电磁锁 电磁锁打开后乘车人员才可随手摘下防护链或打开车门进行上下车)若检测车辆未在静止状态或实际乘车距离小于允许乘车距离时单片机将始终闭锁电磁锁使防护链或车门不能打开从而保证乘车人员的安全)为保证测距装置的检测范围每个车门应至少安设两个以上超声波测距探头用以多方位检测乘车距离确保乘车安全)本装置还具有遥控功能在乘车人员高峰期时电机车司机或跟车工能够使用无线发射模块遥控打开电磁锁使矿工的乘车时间尽可能缩短无线收发模块分左右两路车厢左右各一路 在遥控打开左右两侧任意一路的电磁锁后该路所有的检测功能(车辆运动检测和乘车距离检测)将被暂时关闭 数秒后恢复检测功能)本装置用两种颜色高亮度 作为相应指示灯用于显示本装置的实时状态 技术方案)本装置由于功耗小故采用两节 层叠干电池串联后作为本装置电源 也可采用电机车照明电源 /做为本装置电源 使用电机车照明电源时各节车厢之间的连接应采用优质矿用橡套电缆并配合矿用防爆插销或矿用接线盒使用为使本装置稳定可靠工作设计专用的稳压电路如图 所示 本装置稳压电源设计为 宽电压输入可保证在电压波动较大的情况下稳定工作其中 为压敏电阻其压敏电压值为 当系统电压超过 时可有效进行保护 为保护二极管其作用是防止电源反接、为滤波电容、组成 稳压电路 当电源电压大于 时稳压管 导通 导通使得 导通 又导致 导通从而引起 进入放大工作状态多余的压降降到 上 使得进入系统的电压始终不超过 .为开关电源其输入电压 效率较高 为开关电源的续流二极管 是开关电源所必需的电感、为滤波电容用于进一步滤除 的高频杂波 为三端稳压芯片输出电压为.主要为 加速度传感芯问问题题探探讨讨 第第 卷卷 第第 期期 年年 月月片和 指示灯提供电源)超声波测距电路原理设计:本设计采用 单 片 机 超 声 波 的 实 现 主 要 采 用 的晶振用以获得较为稳定的时间频率 用.端口输出 的超声波方波信号而接收.端口输出的返回信号则是利用中断口来实现的 如图 所示图 智能防护链专用稳压电路原理图 超声波测距电路设计原理图 超声波传发射电路由 反向器和超声波换能器 构成换能器的作用是将反向器的输出电功率转换为机械功率(超声波)发射出去 图中可以看出:.端口输出的 方波信号经反向器、送到超声波换能器其中的一个电极另一路经二级反向器、送至超声波换能器的另一个电极这种设计有助于提高换能器的发射强度超 声 波 接 收 部 分 电 路 采 用 集 成 电 路该芯片的共振接收频率为 常用于家用电器红外遥控器接收器由于其共振接受频率和换能器输出频率较为接近故利用它作为超声波接 受 电 路 实 践 表 明:芯 片 用 于 超声波的接收检测电路不但灵敏度较高且干扰能力很强几乎不存在误动作 考虑到井下环境的特殊性还专门设计了从 脚 输第 期 张 伟:矿用电机车乘车安全距离监测与自动闭锁防护装置 入的由 和 组成的负反馈串联电路用于控制 内部的放大增益 为超声波接收头当收到超声波时会在 集成电路的 脚上产生一个下降沿该脚接到 的外部中断 上即单片机.在接收到外部中断 的中断请求后会转入外部中断 的中断服务程序进行距离计算和处理以下是 的引脚注释:脚:超声信号输入端 脚:该脚与地之间组成 串联负反馈 脚:该脚与地之间连接为检波电容推荐参数为 .脚:接地端 脚:该脚与电源间接入一个电阻用以设置带通滤波器的中心频率 推荐阻值 .脚:该脚与地之间接一个积分电容该电容取值不宜过大否则会使检测距离缩短推荐参数.脚:遥控指令输出端 脚:正极.超声波测距工作过程及原理:首先用 产生 的超声波发射频率然后采用 反向器组成的推挽输出放大电路驱动超声波发射头最后采用 集成电路对超声波进行接收 当前方有物体时超声波接 收 头 接 收 到 物 体 反 射 的 超 声 波 信 号 后 会输出一个低电平 通过检测发出超声波与接收到超声波信号的时间差通过 计算出实际距离当前方物体距离机车超过安全乘车距离时(设计为 )则成为满足开启防护链或车厢的必备条件之一电机车运动检测电路原理设计如图 所示图 电机车运动检测电路设计原理 是一款技术相当成熟的 轴加速度检测芯片可选择的检测范围有、等多种规格 它既能检测静止加速度还能检测动态加速度 在本装置中的作用及应用在机车停止时 的 轴的加速度几乎为 或很小单片机通过读取 中 轴加速度的数据可以对电机车的工作状态进行判断 若电机车为运动状态单片机将始终对电磁锁进行闭锁从而使防护链或车门不能打开当电机车为静止状态且乘车距离满足规定距离时单片机将在乘车人员按下开锁按钮后发出指令打开电磁锁 电磁锁打开后乘车人员才可随手摘下防护链或打开车门进行上下车以下是 轴加速度检测芯片 的引脚注释:脚:数字接口电源 脚:该脚必须连同 脚、脚、脚一起接地 脚:保留但必须保持断开或与 脚 连接 脚:片选低电平 脚:中断输出.脚:中断输出.脚:内部无连接 脚:串行数据输出(线)脚:串行数据输入(线)脚:串行通信时钟 第 卷.无线收发模块工作原理设计无线发射模块采用市面上性能较好的 无线发射模块(现有产品)该模块的调制方式为调幅工作电压 (/电池 粒)工作电流 传输距离空阔地在 之间与发射模块配套的接收模块为 高频超再生四路解码接收模块 该模块的工作电压为 静态电流.工作方式有三种:(点动:按住不松手就输出松手停止输出)、(互锁:四路同时只有一路输出)、(自锁:四路相互独立输出、互不影响按一下输出再按一下停止输出)根据智能防护链的需要我们设计为互锁工作方式(多路同时只有一路输出)确保乘车人员只能从一侧下车为区分电机车左右两侧门的控制可将左右两侧的接收处理分别按、两键设置(、两键做备用)如图、图 和图 所示图 智能防护链收发模块实物图图 接受模块接线示意图 执行继电器控制原理 表 为无线接受模块电路脚位的使用说明表 无线接受模块电路脚位的使用说明脚位名称功能说明输出状态指示数据输出数据输出数据输出数据输出电源正极电源负极接天线端 无线遥控工作过程:遥控机车防护链时电磁锁将在打开并持续 (时间可调)后自动关闭 如:当电机车司机需要开启机车防护链时按下无线遥控 按键无线接收模块将在接收到该键的键码后立即在数据输出口 产生一个低电平当单片机.端口检测到低电平时迅速在端口 输出高电平使得执行继电器吸合执行继电器吸合后将导致电磁锁吸合电磁锁吸合后将失去对防护链或车厢门的闭锁控制功能 经过一定时间延时单片机在端口 输出低电平使执行继电器断开电磁锁回路此时电磁锁锁舌将在舌簧作用下弹出恢复其特有的闭锁控制功能.指示灯点亮工作原理本装置设计有红色和绿色两种 指示灯当实际乘车距离小于规定乘车距离或车辆还在运动状态时单片机.管脚输出低电平三极管 导通使红色 灯点亮反之机车在静止状态下下车距离大于规定距离时单片机输出高电平三极管 截止红色 熄灭绿色 指示灯则表示电磁锁的工作状态当电磁锁释放(闭锁)时单片机.管脚输出低电平三极管 导通使绿色 点亮 反之当电磁锁吸合(解除闭锁)时单片机.管脚输出高电平三极管 截止绿色 熄灭 实施效果本装置的人性化设计不但有效杜绝了因矿工扒车、跳车、车未停稳上下车或从险隘地点上下车等违章乘车行为引发的运输安全事故而且避免了乘车高峰期出现的人员拥挤 根据应用后可知:该装置灵敏度极高且性能稳定故障率低为矿井创造了很高的安全效益值得在全煤行业推广 结 语矿用乘人电机车上下人员乘车距离检测与智能闭锁防护装置自投运以来(下转第 页)第 期 张 伟:矿用电机车乘车安全距离监测与自动闭锁防护装置 图 侧压比 随埋深的散点图.最大剪应力随埋深的分布规律最大剪应力为最大主应力与最小主应力之差的/潞宁煤矿深部巷道最大剪应力随埋深变化规律如图 所 示 分 析 可 知 最 大 剪 应 力 最 大 为.最小为.埋深 范围最大剪应力离散性较小埋深继续增大最大剪应力且增大明显巷道围岩更易发生剪应力破坏图 最大剪应力随埋深变化规律 结 语)潞宁煤矿深部巷道原岩应力场总体上水平应力占优势为典型的构造应力场 最大主应力始终为最大水平主应力垂直主应力大于最小水平主应力)潞宁煤矿深部巷道多处于高原岩应力值区域侧压比离散性较小 最大剪应力在埋深为 范围时离散性较小埋深继续增大最大剪应力增大明显说明深部巷道易发生剪应力破坏参考文献:康红普伊丙鼎高富强等.中国煤矿井下原岩应力数据库及原岩应力分布规律.煤炭学报():.李 江杨靖.煤矿地质应力测量及应力分布特征研究.能源与环保():.苏宏刚罗黎明.地应力测试技术研究现状.陕西煤炭():.康红普司林坡张 晓.浅部煤矿井下原岩应力分布特征研究及应用.煤炭学报():.伊丙鼎.煤矿井下原岩应力数据库及原岩应力影响因素研究.北京:煤炭科学研究总院.张 晓.小孔径水压致裂原岩应力测量技术研究及现场应用.北京:煤炭科学研究总院.本期编辑:路 方(上接第 页)除了定期更换电池外未曾发生故障更未出现拒动和误动说明该装置设计是合理可行的该装置的成功应用填补了我国矿井运输领域的技术空白具有很好的推广前景和良好的社会效益本期编辑:路 方搞好安全生产责任重于泰山 第 卷