架线式电机车运输的制动问题思考

李 葵

（西山煤电集团西曲矿，山西 古交 030200）

引言

由于现阶段我国矿山架线式电机车运输过程中周边的环境相对恶劣，因而直流网压有较大的波动幅度，致使架空线路中的起伏程度过大，继而造成受电弓极易出现脱弓的现象。同时，不平整的铁轨铺设模式以及各个轨道交接领域中电缆的连接程度频频出现问题，这些现象使回馈回来的电阻值加大，尤其会造成距离变电站较远的地区电压无法达到相应的供应需求［1］。

1 变频调速系统原理

电动机的相对磁极对数p、转差率s、电源的频率f是电动机在转动过程中受到影响的关键要素，并且交流异步电动机的实际调速方式较为高效，可以充分地利用电源频率来进行转变，上述内容就是变频调速的具体概念。

基频以下的调速原理。为了使电动机定子中的磁通量能够保持相对的恒定性，在调速的实际过程中就要将相关的感应电动势及电源频率中的比例值保持在一定的程度内，使恒转矩的主要特性得以全面体现。在相关频率的相关数值降低的同时，相应的电压也会随着比例降低，但定子阻抗值的降低速率并不会降低。

2 机车用机械闸的制动过程

架线式电机车是井下大巷运输的一个重要方式，为了充分保证煤矿井下机车的安全运输，对机车制动距离有着严格规定，物料运送时不可多于40m。矿井安全规程指出，该制动距离是电机车司机开始扳动电闸手把或是闸轮到列车完全停止所形成的最大距离。从总体上来看，机车制动距离具体涉及到两个方面，即实际制动距离以及空程距离。

机车用机械闸的制动包括两大阶段：第一，车轮踏面和闸瓦接触以后，开始不断加压，继而形成制动力，直至机车受到制动完全停止而延续的时间，称之为实际制动时间；第二，驾车司机开始扳动闸轮到车轮踏面与闸瓦接触，该时间因车轮踏面和闸瓦末接触，因而制动力为0，称之为制动空程时间。将《煤矿安全规程》中的制动距离通过公式表示为：

式中，Ig为规定的制动距离，即40m；Ik为制动空程距离；Izhi为实际制动距离。

变频调速制动主要原理是当拖动位能负载下降或电动机减速时，会导致异步电动机处于再生发电状态，此时储存于传动系统内部的机械能就会逐渐转变为电能。在正常的状态下进行工作，将会使电动机长时间处于再生制动状态，即所谓的再生制动。变频调速制动的关键在于机械能向电能的转换，并将得到的电能储存于变频器中间环节的电解电容内部，该过程就是为了确保中间环节电解电容电压低于变频器允许范围。因此，要想解决变频调速制动中存在的问题就需要做好以下几点：一是将系统内部已有的控制策略进行改变，合理调节变频器相关参数，避免机械能在向电能转换的过程中出现能量的持续累积；二是将积累的能量借助一定的渠道或系统内部交换泻放掉，一般采用能耗制动、共用直流母线或者回馈制动等策略［2］。只有这样才能确保变频调速制动的顺利启动。而电闸制动同样是根据电流的变化来实现电机车的制动。

3 ZK10－550／6型架线式电动机车制动距离分析

架线式电动机车的型号比较多，本文主要以ZK10－550／6型架线式电动机车为例进行分析研究。所谓机车的制动距离就是当开始采用制动操作时到列车完全停止运动时机车滑行的距离。而采取制动操作的专业术语应该是机车施闸，机车施闸的过程包括空行程阶段和实际制动阶段两部分。空行程阶段就是当司机采取制动措施后，闸瓦刚开始和车轮踏面接触但并未发生实际接触的这段时间，机车的行驶状态不会改变，继续向前运动。两个不同阶段运行的距离名称也有所不同，空行程阶段机车运行的距离是制动空行程距离，而实际制动阶段机车运行的距离是实际制动距离［3］。

ZK10－550／6型机车是现在煤矿中使用最为广泛的一种架线式电机车，制动方式按照操作方法的不同可以分成两种，分别为手动操作的闸瓦制动和电气动力制动。而在实际使用过程中，手动制动使用的频率更高。这种制动方式操作比较简便，但却存在不能及时制动的弊病。通常采用手动制动需要3s以上的反应时间，这就是导致机车不能及时制动的原因。根据公式还可以计算出手动闸瓦制动的空行程距离，按照3s的空行程时间和ZK10－550／6型架线式电机车平均运行速度为4m／s，计算可得空行程距离为19.6m。如果还要运送人员，则速度会有所降低，空行程距离为22m，这与规定的20m 相比明显超额。所以，手动闸瓦制动不符合煤矿安全生产的要求。

4 加强ZK10－550／6型架线式电机车运输制动的措施

为了提高ZK10－550／6型架线式电机车的运输能力，同时对ZK10－550／60型架线式电机车制动问题进行处理，提出以下建议。

4.1 增加制动力

首先要将电机车闸瓦制动力中所附着的制约因素进行清除，如内燃机（或牵引电机）的功率限制、坡度限制以及轨道与车轮间的摩擦制约等。其中，机车运输行驶有相应的坡度限制，通常运输轨道坡度为3‰，局部坡度要低于30‰。根据实际的条件因素，将闸矿车和列车进行结合，并且要有机车司机进行管理［4］。

4.2 限制车速

限制车速的主要目的是要降低架线式电机车的速度，但不能通过串并联交替的方法来降低车速，而是应该通过改变传动比来降低车速，通过这种方法不仅可以限制车速，还可以满足制动距离的相关要求。

5 结语

本文通过对变频调速系统的深度剖析，以ZK10－550／6型架线式电机车为例进行了架线式电机车制动距离分析，提出加强ZK10－550／60型架线式电机车运输制动的措施，使电机车的性能能够得到一定程度的完善，从而更好地推动我国煤矿开采业迅速发展。

［1］耿宝光.井下机车系统提速新技术的研究与应用［J］.煤矿机械，2012，32（7）：192－194.

［2］章伟.ZK10吨工矿电机车常见故障排除［J］.科技致富向导，2011（1）：280－281.

［3］陈小双，乔京伟，曹传顺，等.CYJ10／7GP 型变频调速架线式电机车故障分析与处理［J］.矿山机械，2011，39（10）：140－141.

［4］李中茂.煤矿窄轨电机车制动距离的测试与分析［J］.科技情报开发与经济，2005，15（11）：275－276.