有机电源装置速充式电机车研制

孙波　孟琳　张春燕

摘 要：研制开发了以电容模块为电源装置的速充式电机车，根本上解决了架线电机车及蓄电池电机车存在的弊端，具有安全、方便、环保等优点。

关键词：有机电源； 速充； 电机车

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.047

1 概述

矿用电机车是煤矿开采过程中，井下及地面重要的运输工具。现阶段我国矿用电机车的形式大多为CJ系列架线式工矿电机车。架线式工矿电机车的应用为煤矿井下运输提供了极大方便，但同时由于架线式结构特点也对煤矿的安全生产造成了极大的隐患。首先是巷道架设架空线，对巷道空间要求较高；架空线电压在250-600V之间，架线高度在1.8-2.4m之间，裸漏在外，容易造成触电伤亡事故，存在着巨大的安全隐患；电机车运行过程中线弓与架空线时常出现火花，高瓦斯地区无法运行；正常运行过程中经常出现断电降压情况，极易损坏控制系统。近年来引用的新一代铅酸蓄电池电机车，在一定程度上解决了巷道架线的安全隐患，但是铅酸蓄电池同样存在许多的问题如：充电满时间长（8-10小时）、使用寿命短（承受800次充放电循环，而且在后半期出力明显不足）、放电能力小（每节小于10A）、污染环境等缺点。而且需要频繁的维护和更换，使用成本高，性能不可靠。

针对以上情况我厂研制开发了以电容模块为电源装置的速充式电机车，经过几年的开发研制，速充式电机车技术越来越成熟，已经广泛的应用到各大煤矿及金属矿山。根据市场调研，目前煤矿及非煤矿山对2.5吨蓄电池电机车及3吨架线式电机车的需求量仍然很大，而2.5吨蓄电池电机车存在充电时间长，电池不耐用，3吨架线式电机车使用安全隐患较大等问题，研制开发一种能取代二者的新式电机车成为了目前电机车开发的一个新的方向。据此我公司决定开发研制2.5吨有机电容器速充式电机车，以替代原2.5吨蓄电池电机车及3吨架线式电机车，从而满足矿方需求。

2 机车主要参数

CDY2.5/6GP型矿用一般型速充式有机电源装置电机车用于井下运输大巷和地面的定距离运输，以供运输矿物器材及人员。

3 机车主要结构

CDY2.5/6GP有机电源装置速充式矿用电机车为单机头司机室，侧面驾驶，其主要机构有：驾驶室、走行装置、制动系统、机架装置、有机电源装置、电气控制系统、附件等部分组成，并配备充电装置。

（1）驾驶室：采用开放上棚式驾驶室，上棚利用冷轧钢板一次成型，结构结实耐用，外观美观。同时还可以根据用户要求将其制作成可调节高度的驾驶棚，更方便用户使用。其开放式驾驶棚便于行车时观察前后情况。

（2）行走装置与制动系统：行走装置与制动系统为整体组装式，行走装置为二级传动，传动效率高。制作过程中严格把握产品质量，其齿轮加工精度高，啮合良好，使用寿命长。其制动为抱轴式制动，制动效果好，且制动闸片更换容易，便于维修。行走装置与制动系统为2.5吨机车统一产品，配件通用易购置。

（3）减震系统：考虑到机架及电源装置重量，其减震系统采用双弹簧减震，每个轴承座对应两大两小四个弹簧，大弹簧套小弹簧组合使用，弹簧性能可靠，既保证减震效果，又不能使得弹簧过早失效。

（4）机架装置：其整体采用高强度钢板焊接而成，前后端板加厚，所有焊缝满焊牢固且美观，碰头装置安装在前后端板，其牵引高度可根据用户需求进行制作。

（5）有机电源装置：分为电源部分和电控部分。电源部分是两个由柱状有机电容单体通过串、并联组成的有机电容模块，该型电容模块体积小，放电能力强，充放电电流可达到250A以上。电控部分又分为电容模块管理系统和主回路控制系统。电容模块管理系统通过CAN控制方式将电容模块各单体信息整理收集，统一管控。单体信息包括单体电压和单体温度。当各单体之间电压压差过大时，管理系统控制其中电压过高单体所在模块上的节电控制电路的开关管导通，电压过高单体将部分电能消耗在节电控制电路中的耗能电阻上 ，使得单体之间保持电压平衡。当模块部分区域温度过高时，管理系统控制风机继电器吸合，散热风机工作，避免电容温度过高。主回路控制系统主要由断路器、接触器、微型断路器、中间继电器和时间继电器组成。主要作用是在正常情况下控制主回路通断以及在故障情况为机车提供安全保护，并完成充电过程中的自动控制。当电容出现故障时，控制系统可根据故障状况完成故障显示功能和故障断电功能。充电过程中通过充电插头插座内部的电气闭锁连接，避免机车由于误操作突然运行，并且通过自动充电停止系统，使得机车在充电结束后自动停掉所有电源，避免电量流失。

（6）操作系统：采用变频调速，控制设备为操作台与变频器一体机，将其固定安装到驾驶室内部。驱动电机采用专用交流变频牵引电动机。控制设备及相应的电机、电器和仪表指示准确，动作灵活。同时配备过欠压和短路等保护装置，欠压报警采用三级设置，一级显示告警，二级显示欠压声光显示，三级欠压停车。电气系统有连锁装置，以保证电机车在任何情况下电气线路组合正确，另外所有电缆布置整齐，夹持牢固并具有防止损伤的保护。

（7）充电装置：采用IGBT高频充电模块、触摸屏操作，体积小可靠性高，充电速度快。且添加电热除湿功能。

（8）附件 ：照明采用LED照明灯，不但亮度高、寿命长、且节能效果好，一体式双向照明；选用电笛；选用螺旋可升降、柔软的座椅为司机座席，为驾驶人员提供一个舒适的工作环境。

4 结语

CDY2.5/6GP有机电源装置速充式矿用电机车是继超级电容器应用于电机车后的第二种规格的电机车，它具有小巧灵活，载重能力高，其使用条件完全可以能够取代2.5吨蓄电池电机车以及3吨架线式电机车，同时其性能更加优越，彻底解决了架线电机车及蓄电池电机车使用中的安全隐患。具有安全、方便、环保等优点，其牵引力大，充电时间短，使用寿命长，是取代传统电机车的一种理想新型能源产品，具有良好的推广前景。

作者简介：孙波（1983-），男，主要从事：机械制造技术工作。