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[摘 要]本文通过对煤矿用电动无轨胶轮车的安全性设计进行了系统分析，结合该产品自身特点及煤矿实际运行工况，从机械安全设计和电气安全设计两方面进行了安全性设计的分析阐述。
[关键词]电动 无轨胶轮车 安全性设计 机械安全设计 电气安全性设计
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0005-01
随着国家对新能源领域的大力支持，使得该领域内各项技术都得以快速发展，而作为迫切需求新能源无污染的煤矿井下无轨运输系统中，也逐步开始了新能源电动无轨胶轮车的使用。一个新的产品领域的开发，首先要保障的是安全，本文结合煤矿无轨胶轮车特点及煤矿特殊工况，从机械安全和电气安全两方面进行分析，试着构建一个电动胶轮车安全性设计框架。
一、机械安全设计
机械安全设计从强度安全、维修安全、碰撞安全及功能安全四方面进行设计。
1.强度安全
a.承载部件结构设计。针对车架、车厢等承载部件采用三维仿真计算，所有承载部件安全系数都要达到标准要求，其中人车车厢参照GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》进行计算，符合地面客车设计要求，保证乘客有效乘坐空间及人身安全。
b.传动及制动系统设计。设计中要针对传动及制动部件选用可靠性高、安全系数高、传递扭矩大的成熟结构部件部件，提高行车安全性，其中制动器试验依据GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，通过要求型式试验及出厂试验来保证安全。
2.维修安全
在设计中充分进行维修安全、运输安全等设计，在机构布局上提高维修维护易操作性，变速箱、制动器、传动轴及电机等较重部件设计辅助吊装装置，不仅为维修维护提高易操作性，还为维修维护提供安全保障。
在说明书中增加维修、维护说明，对维修、维护进行详细说明，避免因为不熟悉原理而带来维修、维护安全隐患，另外对维修、维护安全注意事项重点强调，保障安全。
3.碰撞安全
布局安全设计。在布局设计中，针对碰撞进行专项分析，考虑正撞、侧撞、追尾、翻滚等情况，对结构布局及强度进行计算。其中电源箱要布置在不易受碰撞、剐蹭的位置，并且被超大动能碰撞时，电池位移方向对人员不会造成伤害。
碰撞吸能。车辆前后要设置碰撞吸能用保险杠，在充分保证碰撞时能量吸收的同时，前保险杠外部设置薄钢板外壳，具有行人保护功能。
乘车人员保护。人车车厢根据GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》进行计算，符合地面客车设计要求。每个座椅上设置安全带，并且要设计安装有扶手装置，充分对人员碰撞安全做出设计。
4.功能安全
机械防爆离安全。针对机械防爆，除了对转动部件、发热部件进行专门设计及检测要求。
消防系统。针对电源箱、电机等易发热部件进行温度检测，超温报警，并且配置相应灭火装置，保障安全性。
制动安全设计。整车制动系统采用无火花、散热好、制动性能好的湿式制动器。其中行车制动器要设计成独立的双回路系统，如果其中一路发生故障，另外一路还可以正常工作；驻车制动器采用失效安全型，液压释放、弹簧制动，在系统没有动力源或油路发生故障的时候都可以实现整车制动。
二、电气安全设计
如上图所示，电气安全系统设计主要有四方面：
1.功能安全
a.整车防爆保障安全
电动无轨胶轮车各种外围传感器、灯、喇叭、开关等都选用矿用隔爆型或本质安全型产品，控制箱、变频器箱、电机和电源箱都有防爆外壳，本安信号和非本安信号之间都采用隔离。整车设计在符合安标要求的基础上最大程度上进行轻量化设计，因为防爆结构给整车增加了很多重量。
b.转向灯、倒车语音提示
整车要设计有前后照明灯、转向灯、信号灯，倒车时有声光报警信号，时刻提醒巷道行人和车辆注意井下安全。
c.后门限位开关
人车运输车如果从车厢后门上车，那么应该设计有门闭锁装置，在胶轮车运行过程中后门开启，电机停止运行，后门关闭后电机重新启动，保障乘员上、下车安全。
2.电气安全设计
由于动力电池的能量密度远远低于燃油的能量密度，加上各种防爆外壳，使得防爆蓄电池无轨胶轮车的质量大幅增加，碰撞中需要车辆耗散的动能明显增加，产生的事故后果也更为严重。同时由于集成了大量的高压电气设备和线束，所以防爆蓄电池无轨胶轮车在发生危险工况下的电安全设计非常重要。
a、高压线束走向要设计布置在车辆骨架内侧，以提高对高压线束和人员的保护作用。
b、单体电池与电源箱体应实现绝缘，电源箱底部和侧面铺设绝缘橡胶，电池管理系统要设置温度报警系统，以便能及时对事故作出正确处理，确保人身和财产安全。
c、胶轮车安装绝缘电阻检测装置。当车辆发生碰撞或绝缘电阻过低时，主动切断高压回路，实现电池组与外部电路的电隔离。
d、主回路和电池箱内安装快速熔断器。当发生短路事故时，主回路熔断器能迅速切断动力电池和电气设备的连接，并能最大限度地降代因电源箱内部的短路造成的危害。
e、在主回路和电池箱上安装手动断电装置。当发生事故时，可以手动切断各电池箱之间的电连接，将车辆整体电压降至安全电压范围内。
f.放电一致性检测
整车控制器要设计有实时检测功能，实时监测所有电源箱的放电电流，当某一电源箱放电电流和其他电源箱放电电流相差一定数值时，控制器发出故障信号，电机停止运行，发出报警信号，提示驾驶员检查故障。
g.故障报警
胶轮车在运行过程中，如果出现异常情况，需要仪表或指示器以声或光报警的形式提醒驾驶员，让驾驶员注意车辆的异常情况，以便及时处理，避免发生安全事故。主要包括牵引电机转速高于限值、牵引电机温度高于限值、变频器温度高于限制、绝缘值低、SOC 低于限值、单体电池电压低于限值、电池温度高于限值等信息。限值是指根据实际运行情况设定的保护值（比如，当SOC低于30%时，显示屏显示SOC低故障）。
h.故障停车
胶轮车在运行过程中，如出现系统电压低于限值、单体电池电压低于限值、电池温度高于限值、驱动电池温度高于限值、变频器严重故障（变频器温度高于限值、变频器模块故障等）、严重绝缘故障、电机超温故障、瓦斯超标等严重故障时，控制系统应立即停止车辆，确保整车和人身安全。
3.碰撞安全
充分考虑防爆蓄电池电源箱的设计和固定，并进行相关的计算机模拟分析（受力分析、碰撞分析），确保碰撞时，防爆蓄电池电源箱不会因为翻转和碰撞发生脱离车体和电池掉出电源箱。
电池惯性开关， 当发生车辆碰撞时，能通过管理系统断开主回路；
4.维修安全
电池设置防短路措施，电池箱装有维修开关， 当断开维修开关时，动力电池的动力输出立即中断。
三、总结
本文只是浅显而泛泛的对电动胶轮车安全性设计进行了分析，在实际应用中，还要根据不同车型、不同工况进行有针对性的分析设计，并在实际应用试验中不断积累改进经验，为一个新的产品领域尽快成熟积累经验。
参考文献
【1】 GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》
【2】 GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》
[关键词]电动 无轨胶轮车 安全性设计 机械安全设计 电气安全性设计
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0005-01
随着国家对新能源领域的大力支持，使得该领域内各项技术都得以快速发展，而作为迫切需求新能源无污染的煤矿井下无轨运输系统中，也逐步开始了新能源电动无轨胶轮车的使用。一个新的产品领域的开发，首先要保障的是安全，本文结合煤矿无轨胶轮车特点及煤矿特殊工况，从机械安全和电气安全两方面进行分析，试着构建一个电动胶轮车安全性设计框架。
一、机械安全设计
机械安全设计从强度安全、维修安全、碰撞安全及功能安全四方面进行设计。
1.强度安全
a.承载部件结构设计。针对车架、车厢等承载部件采用三维仿真计算，所有承载部件安全系数都要达到标准要求，其中人车车厢参照GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》进行计算，符合地面客车设计要求，保证乘客有效乘坐空间及人身安全。
b.传动及制动系统设计。设计中要针对传动及制动部件选用可靠性高、安全系数高、传递扭矩大的成熟结构部件部件，提高行车安全性，其中制动器试验依据GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，通过要求型式试验及出厂试验来保证安全。
2.维修安全
在设计中充分进行维修安全、运输安全等设计，在机构布局上提高维修维护易操作性，变速箱、制动器、传动轴及电机等较重部件设计辅助吊装装置，不仅为维修维护提高易操作性，还为维修维护提供安全保障。
在说明书中增加维修、维护说明，对维修、维护进行详细说明，避免因为不熟悉原理而带来维修、维护安全隐患，另外对维修、维护安全注意事项重点强调，保障安全。
3.碰撞安全
布局安全设计。在布局设计中，针对碰撞进行专项分析，考虑正撞、侧撞、追尾、翻滚等情况，对结构布局及强度进行计算。其中电源箱要布置在不易受碰撞、剐蹭的位置，并且被超大动能碰撞时，电池位移方向对人员不会造成伤害。
碰撞吸能。车辆前后要设置碰撞吸能用保险杠，在充分保证碰撞时能量吸收的同时，前保险杠外部设置薄钢板外壳，具有行人保护功能。
乘车人员保护。人车车厢根据GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》进行计算，符合地面客车设计要求。每个座椅上设置安全带，并且要设计安装有扶手装置，充分对人员碰撞安全做出设计。
4.功能安全
机械防爆离安全。针对机械防爆，除了对转动部件、发热部件进行专门设计及检测要求。
消防系统。针对电源箱、电机等易发热部件进行温度检测，超温报警，并且配置相应灭火装置，保障安全性。
制动安全设计。整车制动系统采用无火花、散热好、制动性能好的湿式制动器。其中行车制动器要设计成独立的双回路系统，如果其中一路发生故障，另外一路还可以正常工作；驻车制动器采用失效安全型，液压释放、弹簧制动，在系统没有动力源或油路发生故障的时候都可以实现整车制动。
二、电气安全设计
如上图所示，电气安全系统设计主要有四方面：
1.功能安全
a.整车防爆保障安全
电动无轨胶轮车各种外围传感器、灯、喇叭、开关等都选用矿用隔爆型或本质安全型产品，控制箱、变频器箱、电机和电源箱都有防爆外壳，本安信号和非本安信号之间都采用隔离。整车设计在符合安标要求的基础上最大程度上进行轻量化设计，因为防爆结构给整车增加了很多重量。
b.转向灯、倒车语音提示
整车要设计有前后照明灯、转向灯、信号灯，倒车时有声光报警信号，时刻提醒巷道行人和车辆注意井下安全。
c.后门限位开关
人车运输车如果从车厢后门上车，那么应该设计有门闭锁装置，在胶轮车运行过程中后门开启，电机停止运行，后门关闭后电机重新启动，保障乘员上、下车安全。
2.电气安全设计
由于动力电池的能量密度远远低于燃油的能量密度，加上各种防爆外壳，使得防爆蓄电池无轨胶轮车的质量大幅增加，碰撞中需要车辆耗散的动能明显增加，产生的事故后果也更为严重。同时由于集成了大量的高压电气设备和线束，所以防爆蓄电池无轨胶轮车在发生危险工况下的电安全设计非常重要。
a、高压线束走向要设计布置在车辆骨架内侧，以提高对高压线束和人员的保护作用。
b、单体电池与电源箱体应实现绝缘，电源箱底部和侧面铺设绝缘橡胶，电池管理系统要设置温度报警系统，以便能及时对事故作出正确处理，确保人身和财产安全。
c、胶轮车安装绝缘电阻检测装置。当车辆发生碰撞或绝缘电阻过低时，主动切断高压回路，实现电池组与外部电路的电隔离。
d、主回路和电池箱内安装快速熔断器。当发生短路事故时，主回路熔断器能迅速切断动力电池和电气设备的连接，并能最大限度地降代因电源箱内部的短路造成的危害。
e、在主回路和电池箱上安装手动断电装置。当发生事故时，可以手动切断各电池箱之间的电连接，将车辆整体电压降至安全电压范围内。
f.放电一致性检测
整车控制器要设计有实时检测功能，实时监测所有电源箱的放电电流，当某一电源箱放电电流和其他电源箱放电电流相差一定数值时，控制器发出故障信号，电机停止运行，发出报警信号，提示驾驶员检查故障。
g.故障报警
胶轮车在运行过程中，如果出现异常情况，需要仪表或指示器以声或光报警的形式提醒驾驶员，让驾驶员注意车辆的异常情况，以便及时处理，避免发生安全事故。主要包括牵引电机转速高于限值、牵引电机温度高于限值、变频器温度高于限制、绝缘值低、SOC 低于限值、单体电池电压低于限值、电池温度高于限值等信息。限值是指根据实际运行情况设定的保护值（比如，当SOC低于30%时，显示屏显示SOC低故障）。
h.故障停车
胶轮车在运行过程中，如出现系统电压低于限值、单体电池电压低于限值、电池温度高于限值、驱动电池温度高于限值、变频器严重故障（变频器温度高于限值、变频器模块故障等）、严重绝缘故障、电机超温故障、瓦斯超标等严重故障时，控制系统应立即停止车辆，确保整车和人身安全。
3.碰撞安全
充分考虑防爆蓄电池电源箱的设计和固定，并进行相关的计算机模拟分析（受力分析、碰撞分析），确保碰撞时，防爆蓄电池电源箱不会因为翻转和碰撞发生脱离车体和电池掉出电源箱。
电池惯性开关， 当发生车辆碰撞时，能通过管理系统断开主回路；
4.维修安全
电池设置防短路措施，电池箱装有维修开关， 当断开维修开关时，动力电池的动力输出立即中断。
三、总结
本文只是浅显而泛泛的对电动胶轮车安全性设计进行了分析，在实际应用中，还要根据不同车型、不同工况进行有针对性的分析设计，并在实际应用试验中不断积累改进经验，为一个新的产品领域尽快成熟积累经验。
参考文献
【1】 GB 17578-2013《客车上部结构强度要求及试验方法》
【2】 GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》