電機車智能減速裝置研究應用

仝金厚

0 前言

由于井下光線暗、濕氣大、造成可視距離短，電機車司機在駕駛電機車時，容易造成視線疲勞，在通過道岔、硐室、石門等地點時，因車輛未減速易造成落道等事故，存在較大的安全隱患。現使用的電機車在通過以上地點時，必須人為操作減速。針對這一問題，對電機車進行改造，加裝紅外線自動感應裝置，使車輛在通過預定地點時，無需司機操作，車輛即自動減速，杜絕因車輛未減速而發生的落道事故，同時減少損壞設備產生的不必要的維護工時和配件成本。

1 官地礦運輸系統及運輸設備

1.1 運輸系統

官地礦采用平峒盤區石門開拓方式，架線式電機車及蓄電池機車運輸。運輸大巷總長度20 600 m，其中：正前大巷長度7 800 m，南大巷長度6 900 m，北大巷長度5 900 m。三條大巷均為雙軌巷道，水溝幫側軌道為空車線路，另一側軌道為重車線路[1]。其中北大巷0～3 900 m區段空、重車道之間鋪設五股道，為運輸超大型設備專用線路，其它車輛嚴禁行駛。正前大巷六斜坡4 750～4 950 m區段為單道運行區段。

井下架線電機車牽引網絡電壓采用直流250 V，電源來自整流室。現官地礦井下三條大巷架線總長度44 800 m，工業車場4 000 m。架線型號為GLCA-100一種型號。架線高度2 200～2 400 mm，懸掛點間距直線段5 m，曲線段3 m。

牽引網絡的饋電線采用U-3×35電纜，通過饋電線夾與架線連接；大巷軌道為回流線路并通過饋電線返整流設備。架線線路除坑口至1051外間隔500米安設一個HHP1分區開關，分區開關固定在巷道的頂部[2]。坑口、三條大巷各乘人車場各安設一個KY-B型自動停送電開關。自動停送電開關電源來自照明線路，其觸發線固定在架線上。

官地礦井下三條大巷承擔牽引網絡供電的整流室共有八個，分別設在：坑口、正前大巷1 240 m、5 100 m、7 510 m、南大巷3 150 m、6 400 m、北大巷2 250 m、5 400 m。

1.2 大巷機車運輸主要設備

架線式電機車：CJY14/6PY型直流架線式交流傳動電機車，作為大巷軌道運輸牽引設備。

防爆特殊型蓄電池電機車：XK8-6/110-KBT，斬波調速蓄電池機車及CTR12/6GRP煤礦防爆型蓄電池電機車只能作為井下開拓矸石拉運，盤區上車場倒運物料及地面木料場內拉運物料的軌道運輸牽引設備[3]。電機車性能參數見表1。

表1 電機車性能參數表

1.3 安全報警及警示

為了機車、列車的運行安全，在三條大巷的各彎道安設了KYZ-IA型彎道報警。彎道報警的設定地點為正前大巷：井口彎道、1 600 m彎道、7 266 m彎道、7 421 m彎道；南大巷：南大巷口彎道、1 100 m彎道、2 600 m彎道、3 300 m彎道；北大巷：北大巷口彎道、1 200 m彎道、3 100 m彎道、4 700 m彎道[4-5]。聲光語言報警器電壓為127 V，觸發器固定在空、重車道的架線上，有車輛通過時，集電弓觸發后發出警示語言，提示彎道另一側的機車司機及其他人員“有車輛正在通過彎道，注意安全”。

為提示司機安全運行，在運行前方有彎道、斜坡口、峒室等特殊地段安設黃色警示燈，警示燈應安設在各彎道兩端視線開闊處，峒室口、斜坡口處安設黃色警示燈，以提示司機減速慢行，若遇突發事件可立即停車。警示紅燈固定在巷道上部，電源采用照明電源，電壓127 V。在正前大巷：正前中八斜坡口、火藥庫口、七斜坡口、1021口、六斜坡口、中四新區斜坡口、中四配電點口、四斜坡口；南大巷：南華溝進風井口、七尺軌道巷口、南配巷口、下水平口、九尺小斜坡口、十八尺小斜坡口及南十六口；北大巷：北四口、下水平口、北石崖進風井口、新北四軌道巷口、四斜坡口，并安設了語音報警信號，有車輛通過時，發出話言警示，以提示需進出斜坡人員，有車輛通過注意安全[6]。如有新增斜坡，在斜坡口及時安設報警裝置。

2 電機車制動裝置

制動裝置屬于電機車的一個很重要的裝置。電機車制動通常有機械和電氣兩種制動裝置。機械制動按照其動力分為壓氣、手動及液壓制動，機械制動裝置都是采用閘瓦制動方式[1]。電機車的電氣制動屬于能耗制動，是將運行中的電機車的電路與架空線分開，電機車慣性作用下繼續運行，將電機車連接成發電運行，電能消耗在電路中的電阻上，使礦用架線機車逐漸減速[2]。

能耗制動特點：操作方便、接線簡單、不磨損閘瓦、不從電網消耗電能、能充分利用輪軌間的粘著力等。缺點：不能使列車完全停止，還需要機械閘停車。

3 智能減速裝置及工作原理

智能減速裝置是通過在電機車上加裝紅外線感應裝置，在預定地點安裝漫反射光牌，在車輛通過安裝漫反射光牌的地點時，無需司機任何操作，紅外線感應裝置接受到發射出的信號，時間繼電器、繼電器開始工作，使車輛變頻器斷開高速檔，轉變為電閘制動，啟用低速檔，在達到預定工作時間后，變頻器恢復原行駛時的高速檔，自動加速到原有速度[7]。從而解決因車輛通過道岔、硐室、石門等地點未減速造成危險的這一問題。

電機車到達石門或岔道等地點時，系統自動給電機車司機提供彎道、岔道識別提示裝置，并且當電機車遇紅外線反射信號時，能在40米內完全剎車；在剎車過程中反射信號消失時，機車由剎車狀態自動轉換為通行狀態。

3.1 紅外線遙控原理

紅外線遙控是指利用紅外線為載體來傳輸控制指令對物體或各種過程進行遠距離控制的遙控。紅外線是波長為0.76μm～1 000 wm的電磁波，在遙控系統中，通常使用波長為0.76μm～1.5 wm的紅外光[1]。

紅外線遙控的特點：遙控距離為10～70米，方向性很強，但不能穿過障礙物去控制被控對象。紅外發射、接收器件受粉塵影響較大，但制作簡單，造價低廉[3]。

原理框圖如圖1所示。

圖1 電機車智能限速裝置工作原理圖

3.2 系統功能設計

（1）安裝在彎道處的反射系統不停地發射紅外線信號；岔道處紅外線發射系統在紅燈亮并且架線機車朝著岔道行駛至距離岔道40米以內時發射紅外線信號。

（2）安裝在礦用架線機車上的紅外線接收系統接收到信號時，對信號進行解調、解密和譯碼。然后啟動執行機構：語音報警、減速或剎車。

3.3 紅外線智能限速系統的特點

電機車紅外線智能限速裝置實現了電機車在指定地點的智能減速、限速，該裝置為礦用電機車上首創。具有經濟、便捷、高效，使用智能的特點。

4 社會、經濟效益

4.1 工時節省

智能限速裝置自投入使用以來，因車輛通過道岔未減速造成落道，而產生的附加勞動大大減少，并且以官地礦每3天因車輛通過道岔未減速造成落道，造成工時浪費1個工時計算，每年可節約用工120余個，每工以100元計算，一年可節約資金1.2萬余元，這還不包括因落道造成車輛損壞更換而產生的附加勞動費用，預計全年可節約作業工時費5萬余元。

4.2 配件節省

該智能限速裝置自投入使用以來，避免了因車輛通過道岔未減速造成落道損毀配件而更換配件的費用，以每臺車及礦車、人車，落道1/3計算，預計每年可節約12萬余元，節約了成本，提高了工作效率，同時避免了因車輛通過石門、硐室未減速而可能發生的危險，保證了行車的安全，杜絕了因車輛通過道岔、石門、硐室未減速而存在的安全隱患[8]。

5 結論

根據現有電機車的工作原理，在電機車上加裝紅外線感應裝置、時間繼電器、繼電器，在預定地點安裝漫反射光牌，具有針對性強、安裝、操作簡單、外形設計簡單合理、全自動使用的特點，該方法在所有電機車均可使用，可確保車輛在通過預定地點時的減速，杜絕了因車輛未減速的危險，降低了危險性、配件成本、工人的勞動強度，保證了車輛的安全運行。同時成本較低，安裝簡單方便，減小了職工因視線不好車輛未減速發生危險，設備損壞后的維修產生的大量勞動，節約了作業用工及配件成本，確保了車輛的安全運行。

根據現有電機車工作原理及外形尺寸的情況，進行針對性的加裝改造，在電機車兩側分別加裝紅外線感應裝置，時間繼電器及繼電器，通過機車的逆變電源供給紅外線感應裝置，時間繼電器及繼電器24V電源，將繼電器的輸出線接在機車變頻器的H2、H3上。在需要減速地點安裝漫反射光牌，安裝完畢后，即可使用。