架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)闹苿?dòng)問(wèn)題思考

李 葵

（西山煤電集團(tuán)西曲礦，山西 古交 030200）

引言

由于現(xiàn)階段我國(guó)礦山架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中周邊的環(huán)境相對(duì)惡劣，因而直流網(wǎng)壓有較大的波動(dòng)幅度，致使架空線(xiàn)路中的起伏程度過(guò)大，繼而造成受電弓極易出現(xiàn)脫弓的現(xiàn)象。同時(shí)，不平整的鐵軌鋪設(shè)模式以及各個(gè)軌道交接領(lǐng)域中電纜的連接程度頻頻出現(xiàn)問(wèn)題，這些現(xiàn)象使回饋回來(lái)的電阻值加大，尤其會(huì)造成距離變電站較遠(yuǎn)的地區(qū)電壓無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的供應(yīng)需求［1］。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

電動(dòng)機(jī)的相對(duì)磁極對(duì)數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s、電源的頻率f是電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到影響的關(guān)鍵要素，并且交流異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際調(diào)速方式較為高效，可以充分地利用電源頻率來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，上述內(nèi)容就是變頻調(diào)速的具體概念。

基頻以下的調(diào)速原理。為了使電動(dòng)機(jī)定子中的磁通量能夠保持相對(duì)的恒定性，在調(diào)速的實(shí)際過(guò)程中就要將相關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電源頻率中的比例值保持在一定的程度內(nèi)，使恒轉(zhuǎn)矩的主要特性得以全面體現(xiàn)。在相關(guān)頻率的相關(guān)數(shù)值降低的同時(shí)，相應(yīng)的電壓也會(huì)隨著比例降低，但定子阻抗值的降低速率并不會(huì)降低。

2 機(jī)車(chē)用機(jī)械閘的制動(dòng)過(guò)程

架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)是井下大巷運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要方式，為了充分保證煤礦井下機(jī)車(chē)的安全運(yùn)輸，對(duì)機(jī)車(chē)制動(dòng)距離有著嚴(yán)格規(guī)定，物料運(yùn)送時(shí)不可多于40m。礦井安全規(guī)程指出，該制動(dòng)距離是電機(jī)車(chē)司機(jī)開(kāi)始扳動(dòng)電閘手把或是閘輪到列車(chē)完全停止所形成的最大距離。從總體上來(lái)看，機(jī)車(chē)制動(dòng)距離具體涉及到兩個(gè)方面，即實(shí)際制動(dòng)距離以及空程距離。

機(jī)車(chē)用機(jī)械閘的制動(dòng)包括兩大階段：第一，車(chē)輪踏面和閘瓦接觸以后，開(kāi)始不斷加壓，繼而形成制動(dòng)力，直至機(jī)車(chē)受到制動(dòng)完全停止而延續(xù)的時(shí)間，稱(chēng)之為實(shí)際制動(dòng)時(shí)間；第二，駕車(chē)司機(jī)開(kāi)始扳動(dòng)閘輪到車(chē)輪踏面與閘瓦接觸，該時(shí)間因車(chē)輪踏面和閘瓦末接觸，因而制動(dòng)力為0，稱(chēng)之為制動(dòng)空程時(shí)間。將《煤礦安全規(guī)程》中的制動(dòng)距離通過(guò)公式表示為：

式中，Ig為規(guī)定的制動(dòng)距離，即40m；Ik為制動(dòng)空程距離；Izhi為實(shí)際制動(dòng)距離。

變頻調(diào)速制動(dòng)主要原理是當(dāng)拖動(dòng)位能負(fù)載下降或電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)儲(chǔ)存于傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械能就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｔ谡５臓顟B(tài)下進(jìn)行工作，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生制動(dòng)狀態(tài)，即所謂的再生制動(dòng)。變頻調(diào)速制動(dòng)的關(guān)鍵在于機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，并將得到的電能儲(chǔ)存于變頻器中間環(huán)節(jié)的電解電容內(nèi)部，該過(guò)程就是為了確保中間環(huán)節(jié)電解電容電壓低于變頻器允許范圍。因此，要想解決變頻調(diào)速制動(dòng)中存在的問(wèn)題就需要做好以下幾點(diǎn)：一是將系統(tǒng)內(nèi)部已有的控制策略進(jìn)行改變，合理調(diào)節(jié)變頻器相關(guān)參數(shù)，避免機(jī)械能在向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中出現(xiàn)能量的持續(xù)累積；二是將積累的能量借助一定的渠道或系統(tǒng)內(nèi)部交換瀉放掉，一般采用能耗制動(dòng)、共用直流母線(xiàn)或者回饋制動(dòng)等策略［2］。只有這樣才能確保變頻調(diào)速制動(dòng)的順利啟動(dòng)。而電閘制動(dòng)同樣是根據(jù)電流的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)車(chē)的制動(dòng)。

3 ZK10－550／6型架線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)車(chē)制動(dòng)距離分析

架線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)車(chē)的型號(hào)比較多，本文主要以ZK10－550／6型架線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)車(chē)為例進(jìn)行分析研究。所謂機(jī)車(chē)的制動(dòng)距離就是當(dāng)開(kāi)始采用制動(dòng)操作時(shí)到列車(chē)完全停止運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)車(chē)滑行的距離。而采取制動(dòng)操作的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該是機(jī)車(chē)施閘，機(jī)車(chē)施閘的過(guò)程包括空行程階段和實(shí)際制動(dòng)階段兩部分。空行程階段就是當(dāng)司機(jī)采取制動(dòng)措施后，閘瓦剛開(kāi)始和車(chē)輪踏面接觸但并未發(fā)生實(shí)際接觸的這段時(shí)間，機(jī)車(chē)的行駛狀態(tài)不會(huì)改變，繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)不同階段運(yùn)行的距離名稱(chēng)也有所不同，空行程階段機(jī)車(chē)運(yùn)行的距離是制動(dòng)空行程距離，而實(shí)際制動(dòng)階段機(jī)車(chē)運(yùn)行的距離是實(shí)際制動(dòng)距離［3］。

ZK10－550／6型機(jī)車(chē)是現(xiàn)在煤礦中使用最為廣泛的一種架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)，制動(dòng)方式按照操作方法的不同可以分成兩種，分別為手動(dòng)操作的閘瓦制動(dòng)和電氣動(dòng)力制動(dòng)。而在實(shí)際使用過(guò)程中，手動(dòng)制動(dòng)使用的頻率更高。這種制動(dòng)方式操作比較簡(jiǎn)便，但卻存在不能及時(shí)制動(dòng)的弊病。通常采用手動(dòng)制動(dòng)需要3s以上的反應(yīng)時(shí)間，這就是導(dǎo)致機(jī)車(chē)不能及時(shí)制動(dòng)的原因。根據(jù)公式還可以計(jì)算出手動(dòng)閘瓦制動(dòng)的空行程距離，按照3s的空行程時(shí)間和ZK10－550／6型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)平均運(yùn)行速度為4m／s，計(jì)算可得空行程距離為19.6m。如果還要運(yùn)送人員，則速度會(huì)有所降低，空行程距離為22m，這與規(guī)定的20m 相比明顯超額。所以，手動(dòng)閘瓦制動(dòng)不符合煤礦安全生產(chǎn)的要求。

4 加強(qiáng)ZK10－550／6型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)運(yùn)輸制動(dòng)的措施

為了提高ZK10－550／6型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)的運(yùn)輸能力，同時(shí)對(duì)ZK10－550／60型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)制動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行處理，提出以下建議。

4.1 增加制動(dòng)力

首先要將電機(jī)車(chē)閘瓦制動(dòng)力中所附著的制約因素進(jìn)行清除，如內(nèi)燃機(jī)（或牽引電機(jī)）的功率限制、坡度限制以及軌道與車(chē)輪間的摩擦制約等。其中，機(jī)車(chē)運(yùn)輸行駛有相應(yīng)的坡度限制，通常運(yùn)輸軌道坡度為3‰，局部坡度要低于30‰。根據(jù)實(shí)際的條件因素，將閘礦車(chē)和列車(chē)進(jìn)行結(jié)合，并且要有機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行管理［4］。

4.2 限制車(chē)速

限制車(chē)速的主要目的是要降低架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)的速度，但不能通過(guò)串并聯(lián)交替的方法來(lái)降低車(chē)速，而是應(yīng)該通過(guò)改變傳動(dòng)比來(lái)降低車(chē)速，通過(guò)這種方法不僅可以限制車(chē)速，還可以滿(mǎn)足制動(dòng)距離的相關(guān)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的深度剖析，以ZK10－550／6型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)為例進(jìn)行了架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)制動(dòng)距離分析，提出加強(qiáng)ZK10－550／60型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)運(yùn)輸制動(dòng)的措施，使電機(jī)車(chē)的性能能夠得到一定程度的完善，從而更好地推動(dòng)我國(guó)煤礦開(kāi)采業(yè)迅速發(fā)展。

［1］耿寶光.井下機(jī)車(chē)系統(tǒng)提速新技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2012，32（7）：192－194.

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［3］陳小雙，喬京偉，曹傳順，等.CYJ10／7GP 型變頻調(diào)速架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)故障分析與處理［J］.礦山機(jī)械，2011，39（10）：140－141.

［4］李中茂.煤礦窄軌電機(jī)車(chē)制動(dòng)距離的測(cè)試與分析［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15（11）：275－276.