Система противоаварийной безопасности
ACCIDENT-PREVENTION SAFETY SYSTEM

Изобретение относится к устройству контроля дистанции и может использоваться для обеспечения безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых, в части транспортирования горной массы в карьере самосвалами. Более конкретно, устройство является системой обеспечения безопасности при разгрузке карьерных самосвалов при эксплуатации на открытых горных работах в широком диапазоне климатических условий и запыленности воздуха.
Изобретение может найти применение как на карьерных самосвалах при разработке угольных месторождений открытым способом, так и на грузовом автомобильном транспорте в целом для обеспечения безопасного ведения работ при подъезде техники задним ходом в пунктах разгрузки, опасных по возможному падению техники в отвал.
В настоящее время актуальным остается поиск новых технических решений, которые предусматривают высокую надежность и безопасность работы карьерных самосвалов и направлены на предотвращение аварийных ситуаций, таких как падения карьерных самосвалов в отвал, приводящие к значительным повреждениям горно-транспортной техники, а чаще к ее потере (повреждениям, при которых восстановление нецелесообразно). Подобные ситуации обусловлены постепенным привыканием водителя к автоматизации процесса остановки самосвала на разгрузке, что может вызвать его халатность при выполнении данного процесса. Кроме этого, подобные дорожно-транспортные происшествия представляют достаточно серьезную опасность, так как, в большинстве ситуаций, были зафиксированы случаи, приведшие к тяжелым травмам водителей, а также к человеческим жертвам. По этим причинам целесообразно в большегрузную горно-транспортную технику интегрировать систему противоаварийной безопасности, которая позволит исключить человеческий фактор и обеспечит сохранение жизни водителя, а также защитит технику от непреднамеренных поломок и выхода из строя.
Известен ультразвуковой обнаружитель препятствий для предотвращения столкновений транспортных средств, двигающихся задним ходом (патент на полезную модель RU 27234, опуб. 10.01.2003), надежно работающий в любых погодных условиях, в том числе с присутствием песка и пыли, в любое время суток при больших радио- и акустических помехах с более широким диапазоном действия и повышенной информативностью. Устройство содержит электронный блок обработки и электрически соединенные с ним ультразвуковые излучатель и приемник. Устройство дополнительно снабжено вторыми ультразвуковыми излучателем и приемником, электрически соединенными с электронным блоком обработки. Ультразвуковые излучатели и приемники устанавливаются симметрично относительно продольной оси транспортного средства.
Такое устройство информирует водителя о наличии препятствия, и по сигналу блока индикации водитель осуществляет маневр. Однако устройством не предусмотрено автоматическое торможение и остановка транспортного средства, что является его недостатком.
Известна система противоаварийной безопасности (патент на полезную модель RU 28563, опуб. 20.12.2011), предназначенная для предотвращения столкновений транспортного средства с препятствием, которая является наиболее близким аналогом. Система содержит установленные на транспортном средстве ультразвуковые датчики, подключенные к блоку вычисления расстояния до препятствия, связанному с индикатором расстояния и звуковым сигнализатором. Система снабжена встроенным блоком памяти, подключенным к блоку вычисления расстояния до препятствия, выполненному с возможностью записи в блок памяти информации о предельных приближениях к препятствиям. Блок вычисления расстояния до препятствия снабжен управляющим входом, подключенным к выходу блока активации и деактивации блока вычисления расстояния до препятствия, связанного со средствами определения скорости движения транспортного средства.
В других вариантах исполнения системы противоаварийной безопасности содержатся следующие конструктивные отличия:
- блок вычисления расстояния до препятствия связан с индикатором расстояния и звуковым сигнализатором по радиоканалу;
- блок вычисления расстояния до препятствия подключен к выходу тахографа;
- блок вычисления расстояния до препятствия связан со средствами приема сигналов о скорости движения транспортного средства от GPS и/или ГЛОНАСС модуля определения скорости движения транспортного средства.
Такая система обладает рядом недостатков. Системы с ориентированием по GPS и/или ГЛОНАСС требуют развертывания программно-аналитического комплекса с нанесением опасных геозон на векторные карты, а также поддержки указанных карт в актуальном состоянии. Ориентирование приборов по геозонам имеет критическую погрешность при использовании в описываемом применении.
Основным недостатком всех существующих систем является то, что они не могут применятся на карьерных самосвалах и предотвратить аварийную ситуацию по причине отсутствия определения обрушения отвалов при движении задним ходом транспортного средства. Все существующие системы срабатывают только на препятствие. Они не определяют отсутствия предохранительного вала перед отвалом, соответственно не могут сигнализировать и приводить в действие тормозные системы транспортного средства при отсутствии предохранительного вала, тем самым предотвратить падение транспортного средства в отвал.
Все альтернативные системы не имеют автоматического приведения в действие систем торможения, активной безопасности транспортного средства.
В качестве предупредительных мер безопасности, перспективным представляется вариант интеграции на карьерные самосвалы системы противоаварийной безопасности согласно предлагаемому изобретению, которая способна при обнаружении препятствия, например, верхней бровки отвала (предохранительного вала), предупредить водителя с помощью подачи звукового сигнала, и далее, при подъезде к предохранительному валу автоматически включить основной или электродинамический тормоз. Аналогично система активируется и приводит в действие сигнализацию и тормозные системы самосвала при отсутствии предохранительного вала (или его обрушении) на бульдозерном отвале, так как датчик выдает одинаковый сигнал при увеличении контролируемого расстояния свыше восьми метров.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является предотвращение возникновения аварийных ситуаций, таких как падение карьерных самосвалов в отвал, и, следовательно, сохранение и поддержание необходимого ресурса транспортных средств при проведении открытых горных работ, а также снижение вероятности травматизма.
Обозначенная проблема решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому систему противоаварийной безопасности, установленную на карьерном самосвале, содержащую блок обнаружения препятствий включающий ультразвуковой датчик, связанный с блоком согласования и уведомления выполненный с возможностью световой и звуковой сигнализации, отличают следующие конструктивные особенности. Ультразвуковой датчик расположен в корпусе в задней части которого размещена крышка со сквозным отверстием для вывода кабеля ультразвукового датчика к блоку согласования и уведомлений, блок согласования и уведомления соединен электрическим экранированным кабелем с исполнительным механизмом тормозной системы карьерного самосвала, при этом блок согласования и уведомления содержит корпус и размещенную внутри него плату с электронной схемой управления, на корпусе расположены индикатор сигнализации торможения самосвала, индикатор питания сети, разъем для подключения питания блока через предохранитель от бортового питания, разъем для подключения кабеля ультразвукового датчика.
Кроме этого, как частная форма конструктивного выполнения, система противоаварийной безопасности характеризуется следующими отличительными особенностями:
- блок обнаружения препятствия смонтирован на картере заднего моста карьерного самосвала;
- блок согласования и уведомления расположен в кабине водителя карьерного самосвала;
- блок обнаружения препятствий содержит ультразвуковой датчик с аналоговым выходом;
- блок обнаружения препятствий содержит ультразвуковой датчик с дискретным выходом;
- блок согласования и уведомления содержит электронные компоненты, преобразующие аналоговые или дискретные сигналы в команды сигнализации и инициации торможения;
- на корпусе блока согласования и уведомления выполнены отверстия для регулировки параметров управления звуковой сигнализацией и автоматического срабатывания исполнительного механизма тормозной системы;
- для ручной настройки ультразвукового датчика система содержит 3-х символьный LED дисплей;
- для настройки ультразвукового датчика 3-х символьный LED дисплей выполнен с возможностью выбора режимов повышения или уменьшения характеристик выхода;
- для настройки ультразвукового датчика применяют программное обеспечение на персональном компьютере под управлением операционной системы.
Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации карьерных самосвалов за счет автоматической остановки при обнаружении опасного препятствия или его отсутствия, а также обеспечение надежности процесса транспортирования горной массы, в частности ее разгрузки в отвал.
Сведений об известности, использовании и применении таких систем на карьерных самосвалах, а также аналогов, содержащих всю совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, при проведении информационного поиска не выявлено.
Более подробно изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
фиг. 1 - корпус ультразвукового датчика, зафиксированный в кронштейне;
фиг. 2 - датчик ультразвуковой с аналоговым выходом mic+600/IU/ТС;
фиг. 3 - блок согласования и уведомления;
фиг. 4 - показаны пороги срабатывания (выставляется зона покоя) на примере ультразвукового датчика с аналоговым выходом mic+600/IU/TC;
фиг. 5 - LED-дисплей для ручного управления;
фиг. 6 - монтажная схема подключения системы противоаварийной безопасности;
фиг. 7 - схематично показан принцип действия системы противоаварийной безопасности для контроля дистанции.
Блок обнаружения препятствий смонтирован на картере заднего моста карьерного самосвала с помощью кронштейна 1, в котором зафиксирован корпус 2 ультразвукового датчика 3. В передней части корпуса 2, имеющего полую цилиндрическую форму, выполнено место установки ультразвукового датчика 4. В задней части корпуса размещается крышка 5 со сквозным отверстием для вывода кабеля ультразвукового датчика 3.
Блок согласования и уведомления состоит из корпуса 6 и размещенной внутри него платы 7 с электронной схемой управления. На корпусе располагается индикаторы 8, сигнализирующие торможение автосамосвала и питание сети, и по меньшей мере два отверстия 9 под регулировку параметров управления (звуковой сигнал и автоматическое срабатывание исполнительной схемы на включение тормоза), разъем X1 для подключения питания блока через предохранитель от бортового питания, разъем Х2 для подключения кабеля, идущего к датчику ультразвуковому, например, с аналоговым выходом mic+600/IU/TC. Настройка производится после изготовления устройства.
Ультразвуковой датчик, выполненный, например, с аналоговым выходом mic+600/IU/TC, измеряет расстояние до объекта в пределах зоны срабатывания. При этом создается сигнал пропорциональный дистанции в зависимости от заданного диапазона аналогового выхода. Датчик автоматически определяет тип нагрузки аналогового выхода и переключается на выходной сигнал по току или напряжению соответственно. Все настройки производятся ручным управлением при помощи двух кнопок и 3-х символьного LED-дисплея, находящихся непосредственно в корпусе ультразвукового датчика или посредством программного обеспечения на ноутбуке при подключении его к контроллеру датчика специальным кабелем. Два светодиода (3-х цветные LED) отражают все рабочие состояния. Предусмотрена возможность выбора режимов повышения или уменьшения характеристик выхода. Датчик настраивается вручную с помощью кнопок и LED-индикатора или может настроиться в режиме «обучения». Все настройки прибора могут быть заданы с помощью программного обеспечения на ноутбуке под управлением операционной системы.
Система противоаварийной безопасности работает следующим образом.
Работа осуществляется в автономном режиме. По прибытию на место разгрузки водитель совершает маневр для постановки карьерного самосвала на разгрузку. Обеспечение безопасности процесса заключается, в том числе, в правильности подъезда самосвала к предохранительному валу, у которого производится разгрузка горной массы. При движении самосвала задним ходом система автоматически обнаруживает наличие, либо отсутствие (при обрушении) препятствия на пути движения с помощью ультразвукового датчика, который в свою очередь преобразует поступающую информацию в электрический сигнал (аналоговый, или дискретный) и передает его к исполнительному механизму - электронной схеме блока согласования и уведомления, преобразующей его в управляющие сигналы, необходимые для приведения в действие звуковой сигнализации, и одновременно исполнительный механизм тормозной системы, которая предотвратит движение самосвала при достижении минимально разрешенного расстояния до предохранительного вала, либо при возникновении опасной ситуации из-за его отсутствия.
Более детально работу системы противоаварийной безопасности можно описать следующим образом. При включении заднего хода на блок согласования и уведомления подается питание, которое за доли секунды приводит его в активное состояние. Предварительно настроенный (откалиброванный) ультразвуковой датчик производит контроль приближения самосвала к опасному месту (предохранительный вал, либо его отсутствие, которое может быть не замечено водителем в условиях недостаточной видимости). При достижении требуемого правилами безопасности расстояния приближения к предохранительному валу, датчик передает управляющий импульс в электронную схему которая преобразует управляющий импульс в исполнительную команду, которая в свою очередь приводит в действие звуковую сигнализацию оповещая водителя об опасности, и одновременно исполнительный механизм тормозной системы самосвала, при действии которой самосвал останавливается.
При недостаточной высоте предохранительного вала или его отсутствии водитель звуковым сигналом будет своевременно оповещен об опасном приближении к краю отвала и тормозная система самосвала получит исполнительный импульс на торможение самосвала, самосвал будет остановлен на безопасном расстоянии от края отвала, опрокидывание будет предотвращено. Далее производится выключение водителем заднего хода и разгрузка горной массы в отвал.
Ультразвуковой датчик сохраняет свои характеристики в любых метеорологических условиях при ограничении видимости, а также в условиях запыленных карьеров. Температурный диапазон эксплуатации от минус 45 до плюс 40°С.
В ранее известных устройствах для измерения расстояний до препятствий, установленных на транспортных средствах, использовались инфракрасные датчики, имеющие ограниченные возможности по расстоянию, а также значительный процент ложных срабатываний от травяной растительности и в неблагоприятных метеоусловиях (применяются в сонарах на легковом транспорте).
Также, следует дополнить, что данное изобретение не ограничивается использованием только в вышеописанной области техники относящейся к большегрузному горно-транспортному оборудованию, а может успешно реализоваться в других отраслях промышленности, на транспортных средствах, где возникает необходимость предусмотреть исключение аварийных ситуаций, контроль опасных дистанций и предотвратить столкновение с препятствиями.
Таким образом, установка на карьерном самосвале системы противоаварийной безопасности, способной контролировать опасную дистанцию, позволяет избежать аварийных ситуаций и несчастных случаев, и повышает надежность и безопасность эксплуатации большегрузной транспортной техники.