架線式電機車運輸制動問題探析

郭建來

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

引言

當前在我國煤礦礦井井下運輸過程中，架線式電機車是非常重要的運輸工具，但就目前情況來看，架線式電機車的工作環境比較惡劣，同時煤礦中所使用的直流電網存在很強的不穩定性，導致架線式電機車在運輸過程中會存有巨大起伏。所以，如何保障架線式電機車在使用中的安全，防止意外事件的發生，成為相關工作人員必須要思考的重要問題。

1 中國煤礦礦井井下運輸情況分析

當前，中國的煤礦礦井井下大巷運輸幾乎都使用了架線式電機車的運輸方式。該運輸方式的優點是：牽引力強、爬坡能力優秀、貨物運輸速度快、運輸成本低廉、使用過程中無廢氣、廢渣等污染物產生，能夠從真正意義上達到電氣制動。但是架線式電機車的缺點也是非常明顯的。首先，因煤礦井下環境惡劣且井下電流存有很強的不穩定性，所以在架線式電機車的使用過程中，其金屬原件很容易受到腐蝕。其次，在架線式電機車運行過程中，其架線和電器間會產生火花，這些火花對沼氣礦井的安全存有非常嚴重的威脅。再次，架線式電機車在使用過程中，要求的電壓相對較高，工作人員一旦操作不慎，很有可能發生觸電事故，威脅到工作人員的生命安全。最后，架線式電機車在使用過程中，供電電流所產生的高次諧波會對井下通風系統產生非常嚴重的影響。架線式電機車在正式投入使用之前，還需要對電網進行一系列的改造工作，對于煤礦企業來說，初期經濟投入較高，建設時間較長。

為了保障架線式電機車在使用過程中的安全性，我國頒布了《煤礦安全規程》，對架線式電機車在使用時的軌道、絕緣、電壓、信號設施、運行速度、制動系統、回流阻值等都做出了詳細的要求，伴隨著我國經濟的高速發展和科學技術的不斷進步，一些新技術也在架線式電機車中得以使用且都得到了一定程度的改進。為了符合《煤礦安全規程》中對架線式電機車運行速度和制動系統的要求，架線式電機車制動距離每年至少檢測1次，運輸貨物時，制動距離需控制在40 m之內，運輸人員時制動距離需控制在20 m之內[1]。兩部架線式電機車在同一軌道朝同一方向運行時，間隔距離不能低于100 m。在進行工作人員運輸時，架線式電機車運行速度必須要控制在4 m/s以內。通過以上要求的下達，各大煤礦企業紛紛對架線式電機車的制動系統問題進行處理。

2 架線式電機車制動系統分析

2.1 架線式電機車制動距離分析

架線式電機車的制動距離，指的是開始關閘到架線式電機車完全停止的這一段時間中，架線式電機車所滑行的長度。架線式電機車關閘的制動流程分為空行程與實際制動兩部分。其中，空行程部分是操作人員開始關閘，閘瓦和車輪踏面逐漸接觸的過程，在這一過程中，閘瓦并未和車輪踏面產生直接接觸，因此不產生制動力，架線式電機車維持在原有的運行狀態并持續向規定的方向行駛。實際制動部分則是車輪踏面和閘瓦產生接觸以后，開始增加壓力與制動能力，列車受到制動力的影響開始做減速運動并最終完全停止。空行程部分架線式電機車運行的距離被稱為制動空行程距離，實際制動部分架線式電機車所運行的距離被叫做實際制動距離。

當前我國煤礦企業使用范圍最廣的架線式電機車制動方式是閘瓦制動與電氣動力制動，最常見的手動閘輪操作為閘瓦式制動。該操作方式雖方便簡單，但在制動過程中，空行程需要消耗大量時間，所以，我國目前所常用的手動閘輪操作的方式是無法滿足《煤礦安全規程》當中相關技術要求的[2]。

2.2 運行速度分析

架線式電機車的運行速率與機車的制動距離存在著必然聯系。即運行速度越快，制動距離越大。因此，為了保障架線式電機車有充足的安全制動距離，對架線式電機車的運行速率做出了明確要求。在《煤礦安全規程》中提出：架線式電機車在運送人員時，運行速度必須控制在4 m/s以內。按照計算，以3 s的制動空行程時間進行評估，達到了《煤礦安全規程》中對制動距離的有關要求。

對架線式電機車的結構進行分析，在針對機車的控制中，通常只使用了兩個不串聯的電阻進行運行：其一是兩部牽引電機并聯下的運行；其二是兩部牽引電機串聯下的運行。要達到上述速度，架線式電機車一定要使用串并聯交互使用的辦法，才能讓架線式電機車的平均運行速度符合要求。該過程中速度是不斷變化的，無法進行勻速運行，很難保障其實現有效制動，更難保障機車能夠把制動距離控制在規定的范圍內。

2.3 牽引力分析

架線式電機車實際使用過程中，其牽引力是根據符合啟動黏著條件、牽引電動機溫度環境以及制動環境來進行運算的。以某型號的架線式電機車作為分析對象，在坡度為0.3%的環境中，若根據符合啟動黏著條件進行運算，該型號架線式電機車可以牽引載重為1 t的礦車45臺。若根據溫度環境條件進行運算，該型號架線式電機車可以牽引載重1 t礦車37臺。若按照制動條件進行運算，該型號架線式電機車只能牽引載重1 t礦車14臺。綜上，因為制動能力受到了很大限制，所以架線式電機車的牽引能力目前還不能得到最大程度的發揮。

3 處理架線式電機車制動問題的有效措施

處理架線式電機車的制動問題，既要保障在處理之后機車的安全性和穩定性，同時還需要增強制動能力。

3.1 增強架線式電機車的制動力

首先，架線式電機車的閘瓦制動力會受到黏著力的限制，根據當前我國礦井的整體環境，煤礦企業可以采用在架線式電機車中增加若干有閘礦車的辦法，有閘礦車是在架線式電機車之上所建立的自動礦閘車，它受駕駛員的直接控制[3]。其次，企業還可以采用在架線式電機車加掛一輛專用制動車的方式來增強架線式電機車的制動力。

3.2 適當降低架線式電機車的車速

使用架線式電機車串聯、并聯交互運行或者并聯和斷電惰性運行的方式，能夠對架線式電機車的運行速率進行有效控制。但因架線式電機車的速度始終處在不斷變化的狀態，若采用高度瞬間制動的辦法，制動距離則無法得到有效保障，整體制動效果也不理想。而使用變更傳動比的方式，讓架線式電機車在限定的速度范圍內進行運行，從而得到較好的制動效果[4]。

3.3 對手動閘輪操作的閘瓦制動裝置進行改良

盡量降低制動過程中的空行程時間，減小制動空行程時間范圍內所行駛的距離，也能夠達到降低制動距離的效果，詳細操作方式有兩種：其一，技術人員可以在架線式電機車進行氣壓設備的加裝，使架線式電機車變為手制動和氣壓制動的組合。其二，可以在架線式電機車上進行液壓設備的加裝，使用油壓制動，把制動空間行程時長降低到0.5 s以內，該系統的制動力能夠進行任意調試。

4 結語

處理架線式電機車制動問題的方式是多樣的，企業需要根據自身的實際狀況，選擇最為有效同時也最為經濟化的改良辦法，以增強架線式電機車運行的安全性和穩定性。

[1]李葵.架線式電機車運輸的制動問題思考[J].機械管理開發，2015（10）：90-91；102.

[2]毛繼新.淺論架線式電機車運輸的制動問題[J].科技情報開發與經濟，2007（13）：283-284.

[3]張述峰.論架線式電機車運輸的制動問題[J].科技信息，2010（1）：70.

[4]于學謙.架線式電機車的制動問題[J].煤炭科學技術，1988（2）：36-38；63-64.