中心議題：

• 智能化電機車防撞係統的特點
• 智能化電機車防撞係統的組成
• 智能化電機車防撞係統的要求
• 智能化電機車防撞係統的工作原理

解決方案：

• 井下智能化電機車防撞係統方案
• 采用紅外線作為距離探測光源

1 對比分析

目(mu)前(qian)大(da)多(duo)電(dian)機(ji)車(che)的(de)防(fang)撞(zhuang)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)靠(kao)彈(dan)性(xing)碰(peng)頭(tou)被(bei)動(dong)地(di)緩(huan)衝(chong)和(he)吸(xi)收(shou)部(bu)分(fen)碰(peng)撞(zhuang)能(neng)量(liang)，來(lai)減(jian)輕(qing)撞(zhuang)擊(ji)危(wei)害(hai)的(de)，但(dan)真(zhen)正(zheng)發(fa)生(sheng)機(ji)車(che)相(xiang)撞(zhuang)時(shi)其(qi)防(fang)撞(zhuang)作(zuo)用(yong)是(shi)微(wei)不(bu)足(zu)道(dao)的(de)。煤(mei)礦(kuang)井(jing)下(xia)環(huan)境(jing)特(te)殊(shu)、巷道狹窄
，岔道彎道較多
，巷壁距道軌最大不足1 In。當(dang)電(dian)機(ji)車(che)行(xing)駛(shi)到(dao)彎(wan)道(dao)和(he)岔(cha)巷(xiang)時(shi)
，安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)機(ji)車(che)自(zi)身(shen)的(de)發(fa)射(she)器(qi)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)或(huo)光(guang)線(xian)很(hen)容(rong)易(yi)被(bei)巷(xiang)道(dao)牆(qiang)壁(bi)或(huo)臨(lin)道(dao)過(guo)往(wang)車(che)輛(liang)反(fan)射(she)而(er)造(zao)成(cheng)刹(sha)車(che)裝(zhuang)置(zhi)誤(wu)報(bao)警(jing)誤(wu)動(dong)作(zuo)。其(qi)次(ci)
，刹(sha)車(che)裝(zhuang)置(zhi)靠(kao)手(shou)閘(zha)
、電(dian)機(ji)杠(gang)杆(gan)等(deng)機(ji)械(xie)機(ji)構(gou)製(zhi)動(dong)


，反(fan)應(ying)速(su)度(du)或(huo)慢(man)或(huo)急(ji)，製(zhi)動(dong)不(bu)平(ping)穩(wen)，同(tong)樣(yang)容(rong)易(yi)導(dao)致(zhi)車(che)輛(liang)掉(diao)道(dao)或(huo)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai)，甚(shen)至(zhi)造(zao)成(cheng)人(ren)員(yuan)受(shou)傷(shang)。所(suo)以(yi)，此(ci)類(lei)刹(sha)車(che)裝(zhuang)置(zhi)用(yong)於(yu)煤(mei)礦(kuang)井(jing)下(xia)不(bu)適(shi)宜(yi)
，還(hai)可(ke)能(neng)留(liu)下(xia)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)。　　

根據多年的經驗教訓、理論知識和事故案例，結合目前市場上多種車輛防撞裝置的特點
，設計了一種井下智能化電機車防撞係統方案。　　

2 係統特點　　

1) 井下智能化電機車防撞係統采用紅外線作為距離探測光源，抗幹擾能力強，可靠性高，不受電機車大燈、巷道照明
、工人礦燈以及其他電磁波的幹擾。紅外發射器和接收器分體安裝，不會因車輛或巷道牆壁反射信號而誤動作。　　

2) 該gai係xi統tong運yun用yong單dan片pian計ji算suan機ji作zuo為wei主zhu控kong製zhi器qi，利li用yong其qi超chao強qiang的de數shu據ju運yun算suan和he信xin息xi處chu理li能neng力li
，真zhen正zheng實shi現xian了le智zhi能neng化hua和he自zi動dong化hua目mu的de，極ji大da地di提ti高gao了le係xi統tong的de可ke靠kao性xing
、穩定性和智能化水平，使電機車運行獲得更安全的保證。　　

3) 當(dang)電(dian)機(ji)車(che)駛(shi)入(ru)前(qian)方(fang)紅(hong)外(wai)線(xian)的(de)不(bu)同(tong)射(she)程(cheng)內(nei)時(shi)

，本(ben)係(xi)統(tong)能(neng)自(zi)動(dong)依(yi)靠(kao)微(wei)電(dian)腦(nao)單(dan)片(pian)機(ji)對(dui)電(dian)機(ji)車(che)當(dang)前(qian)運(yun)行(xing)速(su)度(du)和(he)相(xiang)對(dui)距(ju)離(li)進(jin)行(xing)運(yun)算(suan)來(lai)發(fa)出(chu)聲(sheng)光(guang)報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)，必(bi)要(yao)時(shi)啟(qi)動(dong)製(zhi)動(dong)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)比(bi)例(li)電(dian)磁(ci)閥(fa)的(de)節(jie)流(liu)，使(shi)撞(zhuang)車(che)危(wei)險(xian)發(fa)生(sheng)前(qian)實(shi)現(xian)軟(ruan)製(zhi)動(dong)
，刹(sha)車(che)既(ji)迅(xun)速(su)又(you)平(ping)穩(wen)
，保(bao)證(zheng)了(le)人(ren)員(yuan)和(he)車(che)輛(liang)設(she)備(bei)的(de)安(an)全(quan)，不(bu)致(zhi)於(yu)因(yin)劇(ju)烈(lie)碰(peng)撞(zhuang)和(he)刹(sha)車(che)過(guo)猛(meng)造(zao)成(cheng)二(er)次(ci)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)人(ren)員(yuan)和(he)設(she)備(bei)損(sun)失(shi)。　　

4) 倘若再增加上LED或LCD顯示裝置，則係統會更直觀更完善，功能會更強大。　　

3 係統組成　　

該智能化電機車防撞係統主要由紅外發射單元、紅外接收單元
、主控製單元
、執行單元
、聲光報警單元、液壓製動單元幾部分組成。　　

紅外線發射單元包括編碼調製器、載波振蕩器、電子開關

、發射管
、聚光透鏡等組成;紅外接收單元為紅外集成一體化接收頭;主控製單元由單片機、時鍾電路


、複位電路、手動操作鍵盤、D/A轉換器組成;執行單元由光電隔離器、模擬放大器組成;聲光報警單元由電機車電笛和閃光報警電路構成;液壓製動單元由速度傳感器、液壓油泵、比例電磁閥、溢流閥、液壓油缸、刹車推杆等組成。　　

4 係統要求　　

1)《煤礦安全規程》規定：“兩機車或兩列車在同一軌道同向行駛時，必須保持不少於100m的距離。運送人員時列車的製動距離不得超過20m”。其次，井下大巷彎道一般最小曲率半徑在25Ill左zuo右you。因yin此ci，本ben係xi統tong按an最zui危wei險xian的de同tong一yi軌gui道dao相xiang向xiang行xing駛shi來lai計ji算suan並bing設she定ding係xi統tong參can數shu。紅hong外wai線xian發fa射she單dan元yuan中zhong，三san個ge紅hong外wai發fa射she管guan發fa射she距ju離li分fen別bie調tiao整zheng為wei報bao警jing距ju離li80m
、一般製動距離50m、緊急製動距離7m三種。　　

2)考慮到煤礦井下環境潮濕
，特別是夏季軌道麵黏著係數更低很容易打滑，所以電機列車的製動距離設定為報警
、20m
、2m三種，這樣列車製動後仍留有一定的緩衝距離，防止打滑影響機車的製動效果。根據三角函數公式α=2arctan(a/b)(其中a為最大光束半徑
，b為光束射程即最大發射距離)算出紅外線管發射角度分別為44‘，68’和8°，即每個發射管的最大射程為80m
、50m、7m時最大光束直徑均為1m(電機車的寬度)，光束正好覆蓋了電機車端麵，又不影響到其它車輛
，保證了靈敏度和可靠性。　　

3) 根據單片機每一時刻隻能處理一路信號的特點

，須將每個發射管的高頻調製脈衝的占空比控製在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，又不使信號相互幹擾，造成誤測
，提高係統的可靠性。　　

4)根據《煤礦安全規程》井下最高限速直行道5m/s，彎道2m/s的規定，在程序參數設定時要求：當電機車進入設定的製動距離時，單片機按公式a=V2/2L計算刹車加速度(其中V為當前車速，為最大製動距離)，即單片機將刹車加速度自動控製在0.6～4m/s2之間，並發出製動指令

，調節比例電磁閥控製製動壓力

，使列車在規定位移內平穩地製動停車。　　
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5 工作原理　　

智能化電機車防撞係統原理

，見圖1。
 

圖1 智能化電機車防撞係統原理　　

1) 紅外線發射單元的編碼調製器的三種不同編碼信號對38 kHzdezaiboxinhaojinxingtiaozhi，chanshengsanzhongbutongpinlvdetiaozhixinhaosongzhifangdaqiyiqudongsangehongwaifasheguan，fashechusanzhongbutongbianmadehongwaixian。genjudanpianjimeiyishikezhinengchuliyiluxinhaodetedian，sanlufangdaqiyoudianzikaiguankongzhiqiyicidaotong，baozhengmeiyishikezhiyouyilufasheguangongzuo，zheyangjijianxiaolegongzuodianliu，jiangdilegonghao，youbimianlexinhaoxianghuganrao，zaochengjieshouqiwuce。　　

通過對發射管選型和調整放大器發射功率使發射距離分別為S1=80m
，S2=50m，S3=7m;通過調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°
，使每個發射距離的臨界處光束直徑都是1m
，正(zheng)好(hao)覆(fu)蓋(gai)住(zhu)電(dian)機(ji)列(lie)車(che)的(de)端(duan)麵(mian)
，既(ji)保(bao)證(zheng)了(le)接(jie)收(shou)又(you)防(fang)止(zhi)了(le)對(dui)相(xiang)鄰(lin)車(che)道(dao)車(che)輛(liang)的(de)幹(gan)擾(rao)。發(fa)射(she)單(dan)元(yuan)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)機(ji)車(che)的(de)照(zhao)明(ming)大(da)燈(deng)下(xia)方(fang)和(he)列(lie)車(che)尾(wei)燈(deng)下(xia)方(fang)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)
，由(you)於(yu)井(jing)下(xia)軌(gui)道(dao)運(yun)輸(shu)電(dian)機(ji)車(che)
、列車雙向行駛不分頭尾，所以機車和列車(礦車)兩端都分別安裝紅外發射器。紅外接收頭安裝在電機車頭與發射單元正對的位置。

2) 紅外線接收器采用紅外線一體化接收頭，它是集紅外接收、信號放大、帶通濾波
、比較輸出等為一體的模塊，性能穩定、可靠。無需A/D轉換器轉換可以直接與單片機端口連接。接收器的信號入射角為最小的4。，這樣不論是直道還是彎道，其信號接收都不會受對麵鄰道相向行駛的電機車所發出的紅外線幹擾，除非行駛在同一軌道。　　

3) 采(cai)用(yong)單(dan)片(pian)計(ji)算(suan)機(ji)作(zuo)主(zhu)控(kong)芯(xin)片(pian)控(kong)製(zhi)是(shi)實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)化(hua)控(kong)製(zhi)的(de)真(zhen)正(zheng)意(yi)義(yi)所(suo)在(zai)。運(yun)用(yong)單(dan)片(pian)計(ji)算(suan)機(ji)可(ke)使(shi)電(dian)路(lu)簡(jian)化(hua)，結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，功(gong)能(neng)增(zeng)強(qiang)，檢(jian)測(ce)控(kong)製(zhi)自(zi)動(dong)化(hua)
，工(gong)作(zuo)更(geng)可(ke)靠(kao)，運(yun)行(xing)更(geng)安(an)全(quan)。關(guan)於(yu)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)程(cheng)序(xu)編(bian)製(zhi)和(he)應(ying)用(yong)不(bu)算(suan)太(tai)難(nan)，由(you)於(yu)篇(pian)幅(fu)在(zai)此(ci)不(bu)敘(xu)。　　

4) 紅hong外wai線xian發fa射she器qi不bu間jian斷duan地di依yi次ci向xiang前qian方fang發fa射she著zhe三san種zhong不bu同tong射she程cheng不bu同tong編bian碼ma的de紅hong外wai線xian波bo
，以yi利li單dan片pian控kong製zhi器qi接jie收shou並bing判pan斷duan電dian機ji車che當dang前qian所suo處chu的de位wei置zhi，然ran後hou發fa出chu相xiang應ying的de報bao警jing或huo製zhi動dong指zhi令ling。當dang電dian機ji車che由you於yu某mou種zhong原yuan因yin在zai同tong一yi軌gui道dao行xing駛shi而er進jin入ru前qian方fang車che輛liang的de報bao警jing距ju離liS1(80 m)shi
，jieshouqijieshoudaoqianfangfachudehongwaixinhaoxunsuchuansongdaodanpianji，youdanpianjijinxingshujuchuli
，fenxipanduanhoujingguangdiangelifenlianglushuchu，yilujietongdianjichehaodiheshanguangxinhaodianlu，fachushengguangbaojing，yitixingbenchesijiheduimiandianjichesiji，zhuyijiansumanxing，baochicheju;一路迅速啟動液壓油泵，為刹車作準備。如果車輛減速
，退出報警距離後，係統自動解除警報，斷開液壓油泵電源。　　

如果電機車沒有減速繼續前進，進入一般製動距離S2(50 m)shi，jieshouqibajieshoudaodehongwaixinhaochuansonggeidanpianji，danpianjishibiedaoshizhidongxinhaohou

，lijifachuzhiling，duankaidianjichezhudianjidekongzhihuilu
，zhudianjiduandian
，shiliechechuyuhuaxingzhuangtai。tongshilijiyuhuoersuduchuanganqifankuidedangqianchesujinxingyunsuan，duibifenxi，ranhouanzhaoyushedezhidongjiasudufachuzhidongzhiling，kongzhidianliujingD/A轉換、模擬放大後調節比例電磁閥的開啟量，自動調整液壓泵產生的製動力矩，使液壓油缸的輸出壓力逐步增加

，在20 m內實現平穩停車。　　

如果電機車在彎道或遠距離視線被遮擋的情況下發現前方車輛時

，已經進入緊急製動距離


，即兩車相距7 m左右(其中R為軌道曲線半徑，按25 m計算)，cishijieshouqijieshoudaoduifangfalaidejinjizhidonghongwaixinhaohou，danpianjilijifachujinjizhidongzhiling
，yijiaodoudezhidongjiasudulaikongzhibilidiancifadedakai，jiaodadezhidonglijushiliechezai2 m之內迅速刹車。同時又能防止因緊急刹車導致製動閘包死現象。　　

5) 機ji車che製zhi動dong後hou需xu按an壓ya複fu位wei按an鈕niu才cai能neng使shi係xi統tong發fa出chu解jie除chu製zhi動dong指zhi令ling，退tui出chu製zhi動dong狀zhuang態tai。本ben係xi統tong設she定ding為wei手shou動dong控kong製zhi優you先xian於yu自zi動dong控kong製zhi，按an壓ya手shou動dong製zhi動dong按an鈕niu就jiu可ke隨sui時shi進jin行xing一yi般ban製zhi動dong，省sheng去qu轉zhuan動dong刹sha車che手shou輪lun的de繁fan瑣suo操cao作zuo，方fang便bian快kuai捷jie。　　

6 結論　　

要減少和避免軌道運輸事故的發生
，除了加強思想教育
、技ji術shu培pei訓xun，提ti高gao機ji車che司si機ji的de技ji能neng素su質zhi
，加jia強qiang責ze任ren心xin外wai，最zui根gen本ben的de就jiu是shi要yao完wan善shan必bi要yao的de裝zhuang備bei，實shi行xing自zi動dong化hua控kong製zhi。人ren機ji雙shuang管guan齊qi下xia，才cai能neng真zhen正zheng有you效xiao地di控kong製zhi機ji車che事shi故gu的de發fa生sheng
、實現安全生產的目標。智能化電機車防撞係統的應用是實現軌道運輸無事故的有力技術保障措施.