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摘要：盾构法施工过程中渣土运输多采用窄轨电机车牵引编组列车运输系统，该运输体系具有运输成本低、运输量大、系统维持距离大、系统维护简单等有点，但该运输系统在大坡度隧道应用时易出现施工机车溜车现象。隧道施工机车安全防护系统在国内盾构施工工程中仍处于空白状态，急需研制施工机车安全防护系统和监控预警系统，以减少事故发生，保证盾构施工安全。本系统综合现代网络信息化云平台技术，视频监测和反馈技术等，设计一种隧道机车安全监测系统，确保隧道中机车的安全正常运行。
关键词：隧道施工机车；安全防护系统；云平台
中图分类号：U25 文献标识码：B
引言
盾构施工机车（拖车）在大坡度隧道施工时溜车风险较大，可控性差，一旦发生长距离溜车，将对轨行区避让不及时的工作人员造成伤害、对盾构机造成不可估量的损坏。对此，本论文基于地铁施工盾构设备辅助用机车，研制一种具有机车参数监控、云平台接入、溜车保护和车外摄像监控等特点的安全监控系统，并在此基础上能进行扩展至各种隧道机车类型，从而使得隧道机车的安全监控系统模块化、标准化、系列化，让隧道施工更为安全可靠。
1 安全防护系统设计
隧道机车安全监控系统主要由视频监控子系统、机车参数监测子系统、安全防护子系统、环境监测子系统、蓄电池监控系统等组成，形成对机车的全方位监控，结构框图如图1所示。
1.1视频监控子系统
视频监控子系统主要负责机车外近远端和车内的视频摄像监控。机车外近端对机车车钩连挂状况、辅助链条连挂状况、列车风管连接状况等进行监控。机车外远端可观测工位现场状况，以确定安全停车位置，防止与盾构尾部设备碰撞；可观测料斗、蓄电池的起吊移除状况；可观测机车前进方向、后退方向以及左右侧面的情况，防止撞击行人或其他物体。机车内的视频监控子系统监控车内司机的操作，主要起到防瞌睡功能。
1.2机车参数监测子系统
机车参数监测子系统将对机车运行的所有有关安全的重要参数进行监测，如机车速度的监控可防止机车超速，如供风系统压力的监控可防止机车制动力不足或过压保护，如机车倾角监控可显示机车运行的坡度、曲线半径、线路极端不平顺等情况从而限制机车速度。
1.3安全防护子系统
安全防护子系统主要是针对传感器反馈回来的监测数据，按照相关标准和要求设置，以主动实施紧急措施，确保安全。主要有防溜车、防超速、防侵入等功能。
1.4环境监测子系统
环境监测子系统主要是监测机车运行周围环境，主要有烟度、照度、瓦斯探测等，根据这些监测数据，机车安全监控系统做出相应的显示、提醒、警报或者其他应急措施。
1.5蓄电池管理系统
蓄电池管理系统配置一套牵引机车用蓄电池组状态参数监控系统，用于机车动力蓄电池电压、电流等参数监测，预警；并监测蓄电池组内部温度信号，实时监测电池组内部温度。
2 安全防护系统原理
在上述研究内容上，针对本系统的结构组成， 采用自顶向下的方法进行模块化分割，图2是本系统的原理框图。
图2隧道机车安全监控系统原理框图
2.1 防护功能模块
1. 司机瞌睡（精力不集中）探测：对司机状态进行监测，发现后予以声光警告，如果司机没有处理，则自动执行应急模块第1、2、4条的操作。
2．机车溜逸探测：对机车手柄、管压、缸压、速度传感器相位等进行监测。发现溜车趋势进行声光警告。溜车条件成立，机车自动执行应急模块第1、2、4条的操作。
3．机车速度限制：接近（超过）以下速度，声光警告司机降速。否则机车施行应急模块第1、2、3、4条中的一项或几项操作。速度包括机车构造速度、按线路等级规定的速度、用户自行设定的区段速度、机车在下坡道出现不正常的加速度。
4. 其它功能：机车远、近端（多点）广角视频监控、人员接近探测、鸣笛提示、灯光提示、系统风压异常提示、列尾管压力异常提示、网络异常提示
2.2 机车应急处理功能模块
本模块主要通过监测机车传感器和环境传感器来对机车应急的相应情况进行操作，主要包含：①声光报警+显示、②机车去动力、③常用制动、④紧急制动。
2.3 机车控制功能模块
本模块采用公里标+机车地面信息数据库+实时数据，经车载微处理器处理后，输出结果控制机车运行。
3 主要创新点
3.1采用标准化、模块化、通用化设计，对机车作业安全性进行实时监控和防护。在现有车型的系统上进行接口改造，填补国内相关空白.
3.2按环境危险等级，考虑机器防爆要求：存在瓦斯情况下监测数据与主体设备之间的通信，系统的安全性。
3.3该系统适用复杂、恶劣的盾构施工环境：在隧道内光照不强、泥水污染的情况下，系统能保证视频监控效果良。在污泥、潮湿环境下，保证系统的探测、监控、传感器件的性能稳定。
3.4支持隧道盾构施工信息化云平台接入，向上位机传输数据（G-BOX\GPRS），便于对机车运用的监督和管理。
4 结语
安全工作重于一切，现阶段，隧道机车运输时常发生安全事故，由此隧道机车的运行需要安全监测系统的辅助，隧道机车安全监测系统的研制就有了重要性和必要性。让机车实现了与智能监控系统的配套链接，提升了机车的智能化等级和安全系数；提高了机车相关参数的利用率，通过智能安全监控系统的研发，推动我国隧道机车施工的技术水平与服务水平的前进。
论文作者:章龙管,段文军,周生喜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
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