1 對(duì)比分析

　　目前大多電機(jī)車(chē)的防撞裝置是靠彈性碰頭被動(dòng)地緩沖和吸收部分碰撞能量，來(lái)減輕撞擊危害的，但真正發(fā)生機(jī)車(chē)相撞時(shí)其防撞作用是微不足道的。煤礦井下環(huán)境特殊、巷道狹窄，岔道彎道較多，巷壁距道軌最大不足1 In。當(dāng)電機(jī)車(chē)行駛到彎道和岔巷時(shí)，安裝在電機(jī)車(chē)自身的發(fā)射器發(fā)出的電磁波或光線(xiàn)很容易被巷道墻壁或臨道過(guò)往車(chē)輛反射而造成剎車(chē)裝置誤報(bào)警誤動(dòng)作。其次，剎車(chē)裝置靠手閘、電機(jī)杠桿等機(jī)械機(jī)構(gòu)制動(dòng)，反應(yīng)速度或慢或急，制動(dòng)不平穩(wěn)，同樣容易導(dǎo)致車(chē)輛掉道或設(shè)備損壞，甚至造成人員受傷。所以，此類(lèi)剎車(chē)裝置用于煤礦井下不適宜，還可能留下安全隱患。

　　根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、理論知識(shí)和事故案例，結(jié)合目前市場(chǎng)上多種車(chē)輛防撞裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種井下智能化電機(jī)車(chē)防撞系統(tǒng)方案。

　　2 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　1) 井下智能化電機(jī)車(chē)防撞系統(tǒng)采用紅外線(xiàn)作為距離探測(cè)光源，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，不受電機(jī)車(chē)大燈、巷道照明、工人礦燈以及其他電磁波的干擾。紅外發(fā)射器和接收器分體安裝，不會(huì)因車(chē)輛或巷道墻壁反射信號(hào)而誤動(dòng)作。

　　2) 該系統(tǒng)運(yùn)用單片計(jì)算機(jī)作為主控制器，利用其超強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和信息處理能力，真正實(shí)現(xiàn)了智能化和自動(dòng)化目的，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和智能化水平，使電機(jī)車(chē)運(yùn)行獲得更安全的保證。

　　3) 當(dāng)電機(jī)車(chē)駛?cè)肭胺郊t外線(xiàn)的不同射程內(nèi)時(shí)，本系統(tǒng)能自動(dòng)依靠微電腦單片機(jī)對(duì)電機(jī)車(chē)當(dāng)前運(yùn)行速度和相對(duì)距離進(jìn)行運(yùn)算來(lái)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)啟動(dòng)制動(dòng)程序控制比例電磁閥的節(jié)流，使撞車(chē)危險(xiǎn)發(fā)生前實(shí)現(xiàn)軟制動(dòng)，剎車(chē)既迅速又平穩(wěn)，保證了人員和車(chē)輛設(shè)備的安全，不致于因劇烈碰撞和剎車(chē)過(guò)猛造成二次不必要的人員和設(shè)備損失。

　　4) 倘若再增加上LED或LCD顯示裝置，則系統(tǒng)會(huì)更直觀(guān)更完善，功能會(huì)更強(qiáng)大。

　　3 系統(tǒng)組成

　　該智能化電機(jī)車(chē)防撞系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射單元、紅外接收單元、主控制單元、執(zhí)行單元、聲光報(bào)警單元、液壓制動(dòng)單元幾部分組成。

　　紅外線(xiàn)發(fā)射單元包括編碼調(diào)制器、載波振蕩器、電子開(kāi)關(guān)、發(fā)射管、聚光透鏡等組成;紅外接收單元為紅外集成一體化接收頭;主控制單元由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、手動(dòng)操作鍵盤(pán)、D/A轉(zhuǎn)換器組成;執(zhí)行單元由光電隔離器、模擬放大器組成;聲光報(bào)警單元由電機(jī)車(chē)電笛和閃光報(bào)警電路構(gòu)成;液壓制動(dòng)單元由速度傳感器、液壓油泵、比例電磁閥、溢流閥、液壓油缸、剎車(chē)推桿等組成。

　　4 系統(tǒng)要求

　　1)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：“兩機(jī)車(chē)或兩列車(chē)在同一軌道同向行駛時(shí)，必須保持不少于100m的距離。運(yùn)送人員時(shí)列車(chē)的制動(dòng)距離不得超過(guò)20m”。其次，井下大巷彎道一般最小曲率半徑在25Ill左右。因此，本系統(tǒng)按最危險(xiǎn)的同一軌道相向行駛來(lái)計(jì)算并設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。紅外線(xiàn)發(fā)射單元中，三個(gè)紅外發(fā)射管發(fā)射距離分別調(diào)整為報(bào)警距離80m、一般制動(dòng)距離50m、緊急制動(dòng)距離7m三種。

　　2)考慮到煤礦井下環(huán)境潮濕，特別是夏季軌道面黏著系數(shù)更低很容易打滑，所以電機(jī)列車(chē)的制動(dòng)距離設(shè)定為報(bào)警、20m、2m三種，這樣列車(chē)制動(dòng)后仍留有一定的緩沖距離，防止打滑影響機(jī)車(chē)的制動(dòng)效果。根據(jù)三角函數(shù)公式α=2arctan(a/b)(其中a為最大光束半徑，b為光束射程即最大發(fā)射距離)算出紅外線(xiàn)管發(fā)射角度分別為44‘，68’和8°，即每個(gè)發(fā)射管的最大射程為80m、50m、7m時(shí)最大光束直徑均為1m(電機(jī)車(chē)的寬度)，光束正好覆蓋了電機(jī)車(chē)端面，又不影響到其它車(chē)輛，保證了靈敏度和可靠性。

　　3) 根據(jù)單片機(jī)每一時(shí)刻只能處理一路信號(hào)的特點(diǎn)，須將每個(gè)發(fā)射管的高頻調(diào)制脈沖的占空比控制在1/3以下，使其依次輪流工作，既減小了工作電流，降低了功耗，又不使信號(hào)相互干擾，造成誤測(cè)，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　4)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》井下最高限速直行道5m/s，彎道2m/s的規(guī)定，在程序參數(shù)設(shè)定時(shí)要求：當(dāng)電機(jī)車(chē)進(jìn)入設(shè)定的制動(dòng)距離時(shí)，單片機(jī)按公式a=V2/2L計(jì)算剎車(chē)加速度(其中V為當(dāng)前車(chē)速，為最大制動(dòng)距離)，即單片機(jī)將剎車(chē)加速度自動(dòng)控制在0.6～4m/s2之間，并發(fā)出制動(dòng)指令，調(diào)節(jié)比例電磁閥控制制動(dòng)壓力，使列車(chē)在規(guī)定位移內(nèi)平穩(wěn)地制動(dòng)停車(chē)。

　　5 工作原理

　　智能化電機(jī)車(chē)防撞系統(tǒng)原理，見(jiàn)圖1。

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　　1) 紅外線(xiàn)發(fā)射單元的編碼調(diào)制器的三種不同編碼信號(hào)對(duì)38 kHz的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生三種不同頻率的調(diào)制信號(hào)送至放大器以驅(qū)動(dòng)三個(gè)紅外發(fā)射管，發(fā)射出三種不同編碼的紅外線(xiàn)。根據(jù)單片機(jī)每一時(shí)刻只能處理一路信號(hào)的特點(diǎn)，三路放大器由電子開(kāi)關(guān)控制其依次導(dǎo)通，保證每一時(shí)刻只有一路發(fā)射管工作，這樣既減小了工作電流，降低了功耗，又避免了信號(hào)相互干擾，造成接收器誤測(cè)。

　　通過(guò)對(duì)發(fā)射管選型和調(diào)整放大器發(fā)射功率使發(fā)射距離分別為S1=80m，S2=50m，S3=7m;通過(guò)調(diào)整各自透鏡組的焦距使光束射角分別為α1=44僅α2=68’，僅α3=8°，使每個(gè)發(fā)射距離的臨界處光束直徑都是1m，正好覆蓋住電機(jī)列車(chē)的端面，既保證了接收又防止了對(duì)相鄰車(chē)道車(chē)輛的干擾。發(fā)射單元安裝在電機(jī)車(chē)的照明大燈下方和列車(chē)尾燈下方適當(dāng)位置，由于井下軌道運(yùn)輸電機(jī)車(chē)、列車(chē)雙向行駛不分頭尾，所以機(jī)車(chē)和列車(chē)(礦車(chē))兩端都分別安裝紅外發(fā)射器。紅外接收頭安裝在電機(jī)車(chē)頭與發(fā)射單元正對(duì)的位置。