輪胎全壽命管理系統(tǒng)在煤礦安全管理中的應(yīng)用

王野

摘 要：礦用巨型輪胎承載著自卸卡車采煤剝土的任務(wù)，同時(shí)也影響卡車的安全運(yùn)行與成本消耗。研究探討了建立輪胎全壽命管理所需的過程，該管理過程通過細(xì)化和管控影響輪胎壽命的各個(gè)因素，最大化地延長了輪胎使用壽命，降低了成本。

關(guān)鍵詞：礦用輪胎;全壽命管理

目前，我國露天礦開采工藝以單斗卡車工藝為主，礦用自卸卡車是其最主要的運(yùn)輸工具，輪胎作為卡車的重要部件，直接與工作環(huán)境接觸，承擔(dān)著卡車的牽引力和載荷。

一、輪胎全壽命系統(tǒng)的介紹

本系統(tǒng)目前是國際市場(chǎng)上最先進(jìn)、最可靠的巨型輪胎監(jiān)控管理系統(tǒng)，是國際輪胎行業(yè)專家、輪胎服務(wù)是礦山普遍認(rèn)可的唯一可靠的系統(tǒng)。

工作原理：由胎內(nèi)傳感器每三秒鐘將胎內(nèi)的壓力、溫度數(shù)據(jù)通過RF天線傳輸給系統(tǒng)接收器與車載顯示器，系統(tǒng)接收器每15min會(huì)將接收到的胎溫、胎壓數(shù)據(jù)整理成數(shù)據(jù)包通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)胶笈_(tái)電腦軟件終端進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。通過藍(lán)牙技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)手持藍(lán)牙終端與系統(tǒng)接收器進(jìn)行連接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)胎溫、胎壓的數(shù)據(jù)。當(dāng)輪胎溫度、壓力達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，在駕駛室內(nèi)部的顯示器將采用中文、英文兩種報(bào)警方式來提醒車輛操作人員，在調(diào)度室的軟件中將以顏色及數(shù)字顯示報(bào)警。

二、影響巨型礦用輪胎使用壽命的因素

1.維修對(duì)輪胎的影響。維修對(duì)輪胎的影響主要是指各種維修實(shí)踐對(duì)輪胎性能的影響，如輪胎靜態(tài)壓力的合理設(shè)定、輪胎定位校準(zhǔn)、輪胎定期檢查保養(yǎng)等。維修安裝輪胎時(shí)靜態(tài)壓力對(duì)輪胎性能的影響。

X軸為輪胎實(shí)際充氣壓力相對(duì)推薦靜態(tài)壓力的百分比，Y軸為輪胎壽命相對(duì)推薦靜態(tài)壓力時(shí)正常壽命的降低百分比。由此可見輪胎過多充氣和過低充氣同樣有害，當(dāng)輪胎充氣壓力大于或小于輪胎推薦靜態(tài)壓力的20%時(shí)，輪胎壽命減少約20%。

2.卡車對(duì)輪胎的影響?？ㄜ噷?duì)輪胎的影響主要是指卡車的各種因素對(duì)輪胎的影響，如卡車的載重量、卡車本身的結(jié)構(gòu)以及卡車的速度等。隨著卡車載荷的增加，輪胎變形增大導(dǎo)致輪胎發(fā)熱，輪胎的性能從額定載重時(shí)的4500h降低到了超載40%時(shí)的1500h，下降幅度超過65%。

3.道路對(duì)輪胎的影響。道路對(duì)輪胎的影響比較復(fù)雜，礦山卡車運(yùn)輸?shù)缆肥亲畲蟮挠绊懸蛩兀己玫牡缆吩O(shè)計(jì)和維護(hù)可減少燃油消耗、提高輪胎壽命和駕車的舒適性。

4.周圍環(huán)境的溫度對(duì)輪胎的影響。周圍環(huán)境的溫度對(duì)輪胎的影響往往容易被忽視，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響輪胎的壓力和溫度變化，進(jìn)而影響輪胎的性能。在其他操作環(huán)境相似的情況下，寒冷地區(qū)的輪胎壽命要比炎熱地區(qū)的輪胎壽命高，環(huán)境溫度的變化要求輪胎的靜態(tài)壓力隨之動(dòng)態(tài)調(diào)整。

三、系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用功能

1.輪胎氣壓不達(dá)標(biāo)報(bào)警。在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輪胎內(nèi)部氣壓沒有達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的最低值時(shí)，在駕駛室內(nèi)部的顯示器將采用中、英文兩種報(bào)警方式來提醒車輛操作人員，在調(diào)度室的控制軟件中將以圖形及數(shù)字，顯示輪胎氣壓不達(dá)標(biāo)，并且系統(tǒng)會(huì)用急促音及突出顏色提示注意，并將報(bào)警數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于系統(tǒng)中以備查看。將報(bào)警數(shù)據(jù)自動(dòng)生成分析報(bào)告。

2.輪胎氣壓超標(biāo)報(bào)警。在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輪胎內(nèi)部氣壓超過系統(tǒng)設(shè)定的最高值時(shí)，在駕駛室內(nèi)部的顯示器將采用中、英文兩種報(bào)警方式來提醒車輛操作人員，在調(diào)度室的控制軟件中將以圖形及數(shù)字，顯示輪胎氣壓超標(biāo)，并且系統(tǒng)會(huì)用急促音及突出顏色提示注意，并將報(bào)警數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于系統(tǒng)中以備查看。

3.輪胎溫度超標(biāo)報(bào)警。在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輪胎溫度高于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，在駕駛室內(nèi)部的顯示器將采用中、英文兩種報(bào)警方式來提醒車輛操作人員，在調(diào)度室的控制軟件中將以圖形及數(shù)字，顯示輪胎氣壓超標(biāo)，并且系統(tǒng)會(huì)用急促音及突出顏色提示注意，并將報(bào)警數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于系統(tǒng)中以備查看。

4.輪胎漏氣報(bào)警。在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輪胎內(nèi)部氣壓快速降低時(shí)，在駕駛室內(nèi)部的顯示器將采用中、英文兩種報(bào)警方式來提醒車輛操作人員，在調(diào)度室的控制軟件中將以圖形及數(shù)字，顯示輪胎氣壓超標(biāo)，并且系統(tǒng)會(huì)用急促音及突出顏色提示注意，并將報(bào)警數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于系統(tǒng)中以備查看。

5.系統(tǒng)工作狀態(tài)自身檢測(cè)。系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)檢測(cè)自身的工作狀態(tài)（包括傳感器、GPS），如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)自身工作異常將在駕駛室內(nèi)部顯示器上給出提示信息。

6.車輛運(yùn)行速度及運(yùn)距檢測(cè)。當(dāng)車輛停止或者運(yùn)行在礦區(qū)時(shí)系統(tǒng)將車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度及運(yùn)距信息傳送到調(diào)度室顯示屏幕上，對(duì)于超速車輛給予報(bào)警提示，并按照用戶需求提供運(yùn)距統(tǒng)計(jì)信息。

7.GPS衛(wèi)星定位功能。安裝輪胎實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)后，無論車輛位于什么位置，調(diào)度室人員都可以對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，找到車輛的準(zhǔn)確位置，精確記錄車輛輪胎的報(bào)警路段。

四、卡車輪胎全壽命管理系統(tǒng)功能

1.實(shí)時(shí)監(jiān)控輪胎運(yùn)行狀況。目前大多數(shù)露天礦山對(duì)輪胎壓力監(jiān)測(cè)的方式是以交接班時(shí)定時(shí)、定期人工測(cè)量，或依據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)輪胎的形變情況，經(jīng)驗(yàn)化確定輪胎壓力是否符合標(biāo)準(zhǔn)，而輪胎壓力是動(dòng)態(tài)變化的，隨著負(fù)載量、行駛速度、連續(xù)工作時(shí)間、氣候、輪胎溫度的變化而不斷非線性變化，露天礦山卡車一般連續(xù)運(yùn)行，輪胎溫度升高時(shí)，胎內(nèi)氣壓會(huì)發(fā)生一定變化，胎內(nèi)壓力升高，當(dāng)溫度和壓力超限時(shí)就有爆炸的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的輪胎監(jiān)測(cè)方式比較被動(dòng)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性差。輪胎全壽命管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎溫度和壓力，并傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。

2.科學(xué)化換位換面。傳統(tǒng)的卡車輪胎換位未進(jìn)行科學(xué)分析，因此不能保證換位的最優(yōu)化，礦山道路環(huán)境變化和不同品牌輪胎進(jìn)行調(diào)整后，也沒有相應(yīng)的輪胎匹配和換面程序，輪胎兩側(cè)花紋磨損超過允許值會(huì)造成單只輪胎單側(cè)超載發(fā)熱，進(jìn)而導(dǎo)致輪胎早期損壞甚至報(bào)廢?？ㄜ囕喬Q位方法取決于輪胎本身的性能、工況、駕駛方式和礦山生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)境及道路狀況，影響換位的因素主要有車型、載重、操作習(xí)慣（加減速、剎車等）、裝載卸載區(qū)域等，例如道路左向行駛和右向行駛對(duì)輪胎左右磨損受力有明顯不同。影響輪胎換位的磨損率是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，切割磨損率與載重呈線性正比，但摩擦或疲勞磨損率則與載重呈指數(shù)線性關(guān)系。輪胎全壽命管理系統(tǒng)通過綜合數(shù)據(jù)量化分析找出最佳時(shí)間點(diǎn)和換位順序，該時(shí)間點(diǎn)和換位順序?qū)喬ツp最小，并有效減輕輪胎損壞。

3.TKPH動(dòng)態(tài)分析。輪胎的TKPH值選擇須考慮露天礦一定時(shí)期內(nèi)生產(chǎn)道路的變化（坡度、彎度、運(yùn)距等），運(yùn)載材料的變化，環(huán)境氣候的變化等，即使在同

一礦山不同路段由于坡度和彎道的不同，造成卡車負(fù)載不均衡，加上速度的變化，從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的TKPH值。輪胎全壽命管理系統(tǒng)可根據(jù)TKPH值動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合不同路線變化情況指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)整車輛運(yùn)行方案，動(dòng)態(tài)管理卡車載重及速度極限，減少輪胎發(fā)熱，確保安全。

4.動(dòng)態(tài)調(diào)整卡車運(yùn)行速度。當(dāng)前許多礦山設(shè)定卡車運(yùn)行速度上限值為30 km/h，該值基于經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，缺乏量化計(jì)算，輪胎全壽命管理系統(tǒng)基于細(xì)節(jié)量化的工程參數(shù)分析，合理確定不同路段最佳行駛速度，規(guī)范駕駛員操作習(xí)慣，既有利于提高卡車生產(chǎn)效率，又避免了車速過高對(duì)輪胎的負(fù)面影響[5]。只要壓力和溫度不超過計(jì)算優(yōu)化范圍，卡車行駛速度可適當(dāng)上調(diào)，當(dāng)卡車長時(shí)間運(yùn)行造成輪胎壓力和溫度接近或超過允許優(yōu)化范圍時(shí)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)通知調(diào)度系統(tǒng)，要求卡車減速或停車檢查。

5.組合使用多種不同性能輪胎。由于進(jìn)口輪胎價(jià)格高昂，提高國產(chǎn)輪胎占有率是露天礦降低生產(chǎn)成本的有效途徑，目前國產(chǎn)輪胎雖與進(jìn)口輪胎尚有一定技術(shù)差距，但通過多年技術(shù)積累已取得長足進(jìn)步，這就使得如何通過合理組合使用不同性能的輪胎從而降低成本變得日益重要。卡車輪胎全壽命管理系統(tǒng)通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并分析，及時(shí)調(diào)整卡車運(yùn)行速度和裝載質(zhì)量，提高輪胎組合中國產(chǎn)輪胎的使用壽命，使卡車運(yùn)行整體效益最大化，有效降低對(duì)進(jìn)口輪胎的依賴性。

6.輪胎報(bào)廢綜合分析。輪胎報(bào)廢原因除與廠家生產(chǎn)工藝、膠料選用有關(guān)，還與礦山道路條件、運(yùn)行中有無高溫高壓等異常工況有關(guān)，高壓使得輪胎伸張變形，胎體彈性降低，卡車運(yùn)行時(shí)所受動(dòng)負(fù)荷增大，如遇沖擊會(huì)導(dǎo)致胎面破裂，同時(shí)高壓使輪胎接地面積減小，胎冠中部磨損加快導(dǎo)致輪胎過早磨損報(bào)廢。而輪胎低壓由于輪胎變形幅度大，摩擦增加導(dǎo)致發(fā)熱，引起輪胎變軟內(nèi)部疲勞，加速鋼絲與橡膠的老化變形，導(dǎo)致輪胎切割分離報(bào)廢，熱分離報(bào)廢和胎側(cè)切割，高溫高壓會(huì)使輪胎內(nèi)部結(jié)構(gòu)弱化，加上沖擊等因素，會(huì)導(dǎo)致輪胎早期報(bào)廢。

7.動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)壓力設(shè)置。高壓和低壓都會(huì)損傷輪胎，高壓會(huì)導(dǎo)致輪胎受沖擊和切割的概率增加，低壓會(huì)導(dǎo)致輪胎發(fā)熱、磨損增加，滾動(dòng)摩擦阻力的增加還會(huì)導(dǎo)致卡車油耗增加。輪胎全壽命管理系統(tǒng)壓力調(diào)整監(jiān)控包括靜態(tài)壓力設(shè)置和動(dòng)態(tài)壓力監(jiān)控，靜態(tài)壓力設(shè)置綜合分析輪胎本身性能（如不同品牌、磨損率、輪胎位置等）、礦山生產(chǎn)運(yùn)輸條件（如載重量、速度、道路狀況等）和環(huán)境溫度的變化而定期調(diào)整。動(dòng)態(tài)氣壓調(diào)整則是首先分析動(dòng)態(tài)溫度、壓力以便確定合理的運(yùn)行溫度和壓力范圍，然后根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)調(diào)整控制壓力和溫度。這與目前傳統(tǒng)的靜態(tài)壓力監(jiān)控不同，突破了傳統(tǒng)以監(jiān)控工具為主的被動(dòng)壓力控制。

8.建立礦用輪胎數(shù)據(jù)庫及信息化管理系統(tǒng)。輪胎全壽命管理系統(tǒng)改變?cè)械V山靜態(tài)經(jīng)驗(yàn)化管理模式，通過對(duì)每條輪胎的量化管理，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確記錄和監(jiān)控每條輪胎在全壽命周期的具體情況。根據(jù)數(shù)據(jù)建立輪胎全壽命管理數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)跟蹤管理，技術(shù)人員通過對(duì)數(shù)據(jù)分析，出具有關(guān)輪胎性能、維修優(yōu)化、成本分析等報(bào)告。

輪胎全壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備精確的數(shù)字控制模塊，受外界的影響比較小，帶上系統(tǒng)專為礦用設(shè)備量身定做，因此能夠有效的提高行車的安全性能。

參考文獻(xiàn)

[1]李煜.巨型礦用輪胎全壽命管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].內(nèi)蒙古大學(xué)，2017.

[2]丁瑞.巨型礦用輪胎全壽命管理研究[J].中國煤炭，2017，40（S1）：125-129.