变频调速技术在矿井电机车中的应用

张志忠

（山西阳泉煤业集团三矿，山西 阳泉 045000）

引言

变频调速技术作为一种先进的工业技术，越来越受到人们的广泛关注，变频调速技术在矿井电机车中的应用，为工业提供了极大的便利。随着交流变频调速技术的日益成熟，在煤矿生产中的应用越来越广泛，交流电机与直流电机相比具有功率大、效率高、无电刷和换向器，维护成本小的优点，因此以交流电动机取代直流电动机应用在矿用电机车上，已成为矿用电机车发展的趋势。矿用电机车推广应用变频调速技术，有利于提高电机车的调速性能，降低设备磨损，减少备品备件的投资，提高控制精度，延长设备使用寿命，从而更好地适应井下轨道运输发展的需求。下面将具体就变频调速技术在矿井电机车中应用的概况和原理展开探讨。

1 变频调速技术在矿井电机车中的应用概况

变频调速技术是根据电机转动速度与工作电源输入频率成正比例的关系，采取交—直—交的电源变换技术，通过改变电机动工作电源频率，从而改变电机运转速度，是集电子、电力、电脑控制等技术于一体的实用、先进产品。广泛应用于我们生活的各个方面，如变频空调、冰箱等常见家用电器都不同程度地应用了变频调速技术。除此之外，变频调速技术在矿井电机车中的应用更是为工业带来了先进的劳动力，节约了大量的人力、物力资源，尤其近年来，半导体技术的发展，使得变频调速技术更加强大，能够有效处理各项繁杂的事物，其在矿井电机车的广泛应用堪称工业上历史性的突破。

2 变频调速技术在矿井电机车中的应用原理

变频调速技术在矿井电机车中应用原理比较复杂，变频调速技术主要由走行装置、制动装置、撒砂装置、缓冲器装置和空气装置等构成。下面将对这些构成装置进行介绍。

2.1 走行装置

走行装置是变频调速器技术最重要的构成，不同矿井电机车的走行装置有所不同，一般走行装置主要由轴箱、齿轮罩和轮对等组合而成，通常采用一级减速的圆柱直齿轮，大齿轮一般为两半式，主动齿轮用键要配合电机的轴端。齿轮外部都安装有齿轮套，可以有效防止阻碍物陷入齿轮中，影响其正常工作。轮对由车轮、轮轴和固定安装在轮轴上的附件构成，其中车轮由轮芯与轮箍钢制作的轮箍，通过温差法使其融为一体，轮轴在轴箱内，两端各装有轴承，这种轴承不同于一般的轴承，是向心圆锥滚子轴承。轴箱则依靠弹簧承受着全部设备的重量。后走行装置上的弹簧通常是固定在矿井电机车的侧面不动的，前走行装置上的弹簧则负责调节两端轴承重量，使得矿井电机车承重平衡，有利于其安全运行。还有一种常见矿井电机车的走行装置是减速箱、轴箱和轮对等构成的。每台矿井电机车上各有两组，传动安装在轴箱中，轴箱内部有备用的齿轮油。这种矿井电机车与上述那种矿井电机车最大的不同在于减速箱。减速箱盖上装有透气塞，用来检测箱内油位，以便及时注油，油位应在25～50mm。减速箱分上下两半，其中上箱与牵引电机外壳配合，用螺栓衔接悬挂于车架上。除了减速箱以外，轴箱也与前者有所区别。这种矿井电机车选用人字型橡胶弹簧结构，不仅使矿井电机车运行起来更加稳定，而且人字形橡胶弹簧简易、轻巧、灵活，能够有效延长使用寿命，节约维修成本，比前者先进，更受矿井工业的青睐。

2.2 制动装置

制动装置的主要组成部分是闸瓦、杠杆系统、制动气缸、横臂等，通过人力手动或压缩空气，使制动闸瓦和轮缘密贴或分离，从而实现系统的制动或解降。

其中闸瓦是直接摩擦车轮使矿井电机车停车的制动零件，闸瓦的使用效果取决于摩擦热能的消散能力；制动气缸主要用于推动主活塞；横臂用于带动轴箱一同水平移动。图1为制动装置。

图1 制动装置

2.3 撒砂装置

撒砂装置是利用手动落砂原理，在机车的4个车轮处分别装有4个砂箱，当矿井电机车制动时，可向轨道上撒砂，并且能够根据矿井电机车的运行方位不同智能地进行撒砂。机车前行时，使用前撒砂；机车后退时，使用后撒砂，以此来增强车轮与地面的粘黏力。图2为撒砂装置。

图2 撒砂装置

2.4 缓冲器装置

矿井电机车两端各装有1个具有双向缓冲作用的插销式车钩装置，对于缓冲撞击和接挂车厢具有重要作用。缓冲器装置能够通过利用液压弹簧的减震功能起到有效的缓冲作用，减少不必要的损失，能够有效提高人和车的安全性，对矿井电机车的安全使用起着不可替代的作用。

2.5 空气装置

空气装置主要由空压机、电动机、气包、气压控制开关、安全阀、单向阀、油水分离器、脚踏阀、压力表设备组合而成。能够产生压缩空气，在矿井电机车运行中用于施行空气制动。其中空气压缩机是现代化的基础产品，用来提供气源动力，是气动系统的核心设备，由曲轴的旋转运动使活塞往复运动引起气缸容积发生变化，从而导致缸内气压变化，使自由状态的空气经过空气滤清器进入气缸压缩到可供使用的状态。而空气压缩机之所以能够运作起来，主要依靠为其提供动力的电动机，电动机通过皮带的传送带动空气压缩机工作，同时也为电动机的安全使用提供了可靠保障。出气筒是矿井电机车制动系统中的气体储存设备，安装在机车后部空压机和电动机的下方，底部装有排污阀，出气筒可以利用储存空气压缩机压缩出来的气体，用于矿井电机车的制动和鸣笛。气压控制开关也称气动开关或气动阀，是利用开关阀门两侧气体压强的不同产生的压力来控制开和关的系统，当压力能够承受时，可以自动闭合空压电机，使空压机能够正常工作；当压力过大时，可自动断开空压电机，使空压机停止工作。气压表是一种气压轮胎气压表，结构简单、使用方便、精确度高，主要为了便于司机及时对系统进行检测。安全阀在外力作用下常处于封闭状态，当外界压力过高超出标准时，通过向系统外发出特殊警报来防止外界压力过高的特殊阀门，对人身安全和设备运行起着重要的保护作用，安全阀必须经过压力试验才能运用。当安全阀不能正确开放时，可拉动顶杆检查阀的工作情况，必要时可调节螺丝，重新调整开放压力。油水分离器，用于分离压缩空气中聚集的水分和油分等杂质，使压缩空气得到初步的净化，能够有效利用两气压的升降自动将聚集在储气筒中的油、水等杂质排掉。脚踏阀用于控制压缩空气进入制动缸的风量。根据司机对脚踏板的施力进行控制。图3为空气装置。

图3 空气装置

3 结语

随着科学技术的不断发展，推动变频调速技术在矿井电机车中的应用不断取得了突破性的进展，相信随着变频调速技术的不断革新和完善，定会在矿井电机车中的应用创造更大的成就。变频调速电机车与直流牵引架线电阻调速电机车相比，在运行、维护、节约能源、节省开支方面都有着很大的优势。因此说变频技术应用于电机车中，不仅能降低电机车的维护和运行费用，减少了煤矿企业的支出，而且还能达到高性能、高可靠、高节电的目的，变频技术应用于电机车取得了明显的经济效益和社会效益，值得今后在矿井窄轨电机车的调速方式中推广应用。

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