变频调速窄轨工矿电机车系列产品标准研究

张建宏

(湘潭市质量技术监督信息管理所，湘潭 411104)



变频调速窄轨工矿电机车系列产品标准研究

张建宏

(湘潭市质量技术监督信息管理所，湘潭 411104)

变频调速窄轨工矿电机车是应用于矿山运输的一种重要交通工具，而变频调速技术是近年来在窄轨工矿电机车行业发展迅速，并得到广泛应用的一种先进控制技术.通过对变频调速窄轨工矿电机车系列产品标准的研究，提出了产品标准研究的思路和研究的重点，并由此得出了关于产品标准研究和应用的启示.

变频调速技术；窄轨工矿电机车；产品标准；产品质量；标准应用

变频调速窄轨工矿电机车是21世纪以来研制的、应用于矿山运输、轨距小于标准轨距的一种重要交通工具.它采用直-交变频调速方式，由于具有运载量大、无级调速、运行平稳等特点而在矿产资源开采中得到了广泛应用并成为窄轨工矿电机车的主流产品.目前国内现有标准MT/T1064-2008《矿用窄轨架线式工矿电机车技术条件》、JB/T10772-2007《窄轨架线式工矿电机车通用技术条件》、JB/T4091-1997《煤矿防爆特殊型蓄电池式电机车基本技术条件》和MT491-1995《煤矿防爆蓄电池电机车通用技术条件》对变频调速类电机车缺乏技术要求且没有相应的试验方法，不能满足对交流变频调速电机车的生产指导和对产品质量控制的需要.因此研究制定相应的产品标准，按照标准要求对交流变频调速窄轨架线式工矿电机车进行型式试验和产品可靠性试验，是确保变频调速工矿电机车的产品质量安全，提高产品竞争力，规范、引领行业持续健康发展的需要.

1　标准研究思路

变频调速窄轨工矿电机车系列产品标准研究遵循“统一性、协调性、适用性、一致性和规范性”的原则自主研制.按现有煤炭部标准MT/T333-2008《煤矿机车产品型号编制方法》，窄轨工矿电机车划分为CT、CF和CJ系列，即防爆特殊型蓄电池式、复式能源型和一般架线式.目前国内已投产的变频调速窄轨工矿电机车主要有架线式和防爆特殊型蓄电池式两种型式，变频调速窄轨架线式工矿电机车又分为井下和露天两种，其中井下主要以1.5t、3t、7t、10t、14t和20t为主，露天主要以9t、14t、20t和40t为主；变频调速防爆特殊型蓄电池式电机车常用的以2.5t、5t、8t、12t和15t为主.因此，我们研究的对象主要针对变频调速窄轨架线式和防爆特殊型蓄电池式上述吨位产品.鉴于湖南是全国工矿电机车的主要生产基地，湘潭市是全国先进矿山运输及安全装备创新型产业集群首批试点城市，目前该类产品年产值达数十亿，产量占长株潭地区的2/3,占湖南省的1/2.我们先从湖南省地方标准研究入手，通过对项目的必要性和可行性分析，按照标准制定程序，完成标准申报、立项、研究、起草、试验验证、征求意见、送审和报批等有关工作[1].

2　标准研究重点

对于变频调速窄轨工矿电机车，牵引和制动性能是影响车辆正常运行最关键的指标.因此我们研究的重点针对CT和CJ系列变频调速窄轨工矿电机车，基于整车的牵引、制动性能等性能指标、可靠性与运行安全指标以及关键零部件研究而确定的技术要求和试验方法；并充分考虑了该行业现有的技术水平、未来的发展趋势和标准的可操作性.为发挥标准的引领作用，着重对机车电气制动、制动力、制动功率和全速度范围的制动性能要求、机车整车效率、恒速运行的功能要求、电网适应性、机车试验装置等方面进行了创新研究[2,3].

2.1电气制动特性

变频调速系列工矿电机车除具有常规电机车的空气制动或其他动力制动装置和手制动装置外，最大的共性是以电制动为主实施车辆制动[4].为确保电机车运行安全，该系列标准除了对制动距离、制动率提出要求外，对变频调速电机车的电气制动功率、电制动力等提出了技术要求[5].基于窄轨架线式电机车和防爆特殊型蓄电池式电机车在变频调速方面的共性，结合该行业现有技术水平，通过试车线和试验台的比对试验验证结果，对电气制动进行了明确规定，即“电机车实施电制动时，速度超过额定速度时，电机车速度从最大速度减速到额定速度时，最大电制动功率不小于额定功率的80%；额定速度下电制动力不低于额定牵引力的80%；最大制动力不小于最大起动牵引力的70%.”

图1是CTL12/6GP防爆特殊型蓄电池式电机车试验验证电气制动试验电流(I)、电压(U)、速度(v)、牵引力(F)与时间(t)的关系图.通过对典型电机车的随机抽样分析，8t、10t、12t、20t机车的电制动功率分别为49.8kW、52.9kW、53.73kW、125.77kW，最大制动力分别为17.0kN、17.6kN、24.5kN、36.2kN，满足标准对电气制动的要求.

图1　机车电气制动(变频)试验曲线图

2.2整车效率

2012年国务院关于节能减排“十二五”规划中提出了“大幅度提高能源利用效率，显著减少污染物排放，加快建设资源节约型、环境友好型社会”的总要求和“推进交通运输节能，进一步提升运输工具能源效率”的主要任务.要推行节能减排，标准必须先行，标准研究必须紧紧围绕国家的大政方针，引领产品质量的提升.因此我们首次在行业中提出了整车效率的概念和规定.整车效率即机车在额定电压下，于不同速度运行时，机械输出功率与直流输入功率之比.由于架线式电机车和防爆特殊型蓄电池式电机车的电源形式不同，考虑到现有蓄电池实际制造水平，不能做到完全恒流放电，因此经试验结果验证，对整车效率作出分别规定.即：对于变频调速窄轨架线式电机车要求在额定供电电压条件下，电机车处于额定负载、额定速度时的效率应不低于70%；对于变频调速蓄电池式电机车要求在额定电压、额定速度、额定牵引力的条件下，电机车的整车效率应不低于65%.

2.3恒速运行

变频调速电机车作为未来工矿电机车发展趋势，其具有无级调速、运行平稳的先进性和优越性越来越凸显.作为标准研究应引领质量的发展，因此对电机车提出“应具有恒速运行功能且在0.5%坡道上运行时，速度极限偏差为±5%”的要求，这个要求既是目前变频电机车应做到的，也是体现变频电机车的优势所在.机车恒速运行典型曲线如图2所示.

图2　机车试验电压、速度、电流与时间关系曲线图

2.4电网适应性

2.5专利应用试验方法

本系列标准一大突出特点，是引用了试验装置的专利技术.标准中所采用的试验方法有两种，一种是试车线加检测仪器试验，另一种是综合试验台试验.按照《国家标准涉及专利的管理规定(暂行)》以及GB/T20003.1-2014《标准制定的特殊程序第1部分：涉及专利的标准》的要求，因为本系列标准中规定了两种可选方法，为非必要专利，所以仅在标准文本前言中进行了说明[6].

机车综合试验台(国家实用新型专利号为ZL2013 2 0796631.X)主要原理(见图3)是用轨道轮支撑机车轮，通过机车轮在轨道轮上滚动，从而模拟机车在铁轨上的运行.机车综合试验台轨距可调，应用于所有吨位的窄轨工矿电机车；它克服了试车线试验造价高，场地有限、室外试验受天气条件影响等缺点，在牵引特性试验、最大起动牵引力、单机运行试验、电制动特性和电网适应性试验方面得到了很好的应用.经过两种试验方法比对，其中起动的最大牵引力和单机制动距离的相对误差分别为1.0%和1.4%，主要性能参数均在试验允许误差范围内.因此可以得出结论：除最小曲线半径试验项目外，该综合试验台可替代传统的试车线试验，同时，试验台方法能有效降低了试验成本，缩短试验周期.

(1-轨道轮，2-万向十字联轴器，3-扭矩传感器，4-齿轮箱5-同步带，6-负载电机，7-飞轮装置，8-牵引杆，9-牵引座)图3　机车综合试验台机械系统图

3　标准应用

变频调速技术是近年来发展迅速，应用于窄轨工矿电机车的新技术，在国外也无专门针对应用该项技术的产品标准.目前除日本制订了JISM6512-1997(分类号UDC622.625.28-835.213.34)《防爆式蓄电池电机车》，其它国外生产企业普遍执行企业标准.因此，通过变频调速窄轨工矿电机车系列地方标准的制定，能有效提高现有产品的设计和制造水平，起到标准引领质量发展和把握话语权的作用.

3.1标准应用是科技创新的关键

标准应用在科技创新中的作用，主要体现在标准化是科技创新成果对接产业化的桥梁和手段之一，标准对科技创新发挥着技术门槛和知识产权载体的作用.由于产品标准的技术水平在一定时期内反映了产品质量的整体水平，要推动产品创新、技术创新，标准必须先行，在定位技术指标时，需充分调研、高瞻远瞩，不仅要充分考虑了该行业产品最新的技术水平、技术参数以及标准执行的可操作性，而且还要为未来的技术发展提供框架和发展余地.此次系列标准的制定，率先在行业中提出整车效率等技术指标，并引用国内先进的专利技术，将有利于促进本行业的技术创新，提升产品质量和管理水平.

3.2专利应用有利于推动标准创新

标准化与科学技术的发展密切相关，而专利往往是某段时期创新成果的一种重要表现形式，标准与专利的结合能极大提高标准的技术水平，提高创新过程的整体效率水平，加快创新性科学技术的发展.因此在标准的起草阶段，应进行充分的调研，了解与标准有关的现有专利情况和专利水平，确定所制定的标准是否涉及以及所涉及的专利是必要专利还是非必要专利，从而在标准制定过程中，按照国家有关的管理规定执行，从而避免知识产权纠纷的出现.

3.3实施标准是标准应用的根本

标准的实施效果是检验标准是否适用、是否能引领产业发展的根本依据.在系列标准制定的全过程，我们遵循了“协商一致”、“公平公正”、“公开透明”的基本原则，标准制定程序严格按照“中华人民共和国标准化法”、“国家标准管理办法”和“标准化工作导则”等的有关规定，通过在产品生产、研发、检验和科研等领域的宣贯和应用，促进了企业技术进步，提高了产品质量和市场竞争力，同时为质量监管部门提供了技术支撑.通过应用凸显了标准各项内容的先进性、合理性和可操作性.

[1]王忠敏，等.标准化基础知识实用教程[M]. 北京：中国标准出版社，2010.

[2]DB43/T974-2014.变频调速直流架线式工矿电机车[S].2014.

[3]DB43/T975-2014.变频调速防爆特殊型蓄电池式电机车[S].2014.

[4]岳鹏. 大功率开关电源主电路研究[D]. 广州: 华南理工大学硕士学位论文,2010.

[5]崔述凯，刘玢玢. 矿用电机车制动器试验台的设计[J]. 煤矿机械,2010,31(8):160-161.

[6]国家标准化管理委员会 国家知识产权局. 国家标准涉及专利的管理规定[S].2013-12-19.

ResearchonaSeriesofProductStandardforNarrowGaugeLocomotiveswithVariableFrequenceDrive

ZHANGJian-hong

(XiangtanCityInformationManagementofQualityandTechnologySupervision,Xiangtan411104,China)

Narrowgaugelocomotiveswithvariablefrequencedriveisoneoftheimportanttraffictoolsusedinminetransportation.Theseyearstechnologyaboutvariablefrequencydriveisdevelopingandapplyingrapidlyinthenarrowgaugelocomotives.Inthispaper,thewayandkeysofstandardresearchareputforwardafterstudyingtheproductstandardsfornarrowgaugelocomotiveswithveriablefrequencedrive.Meanwhile,theenlightenmentofestablishingandapplyingproductstandardisachieved.

technologyaboutvariablefrequencydrive；narrowgaugelocomotive；productstandard；productquality；standardapplication

2015-10-16

国家质检总局科技计划项目(G2013-1463).

张建宏(1969-)，女，高级工程师，研究方向：标准化.

F416.472

A

1671-119X(2016)01-0025-04