變頻調(diào)速窄軌工礦電機車系列產(chǎn)品標準研究

張建宏

(湘潭市質(zhì)量技術監(jiān)督信息管理所，湘潭 411104)

?

變頻調(diào)速窄軌工礦電機車系列產(chǎn)品標準研究

張建宏

(湘潭市質(zhì)量技術監(jiān)督信息管理所，湘潭 411104)

變頻調(diào)速窄軌工礦電機車是應用于礦山運輸?shù)囊环N重要交通工具，而變頻調(diào)速技術是近年來在窄軌工礦電機車行業(yè)發(fā)展迅速，并得到廣泛應用的一種先進控制技術.通過對變頻調(diào)速窄軌工礦電機車系列產(chǎn)品標準的研究，提出了產(chǎn)品標準研究的思路和研究的重點，并由此得出了關于產(chǎn)品標準研究和應用的啟示.

變頻調(diào)速技術；窄軌工礦電機車；產(chǎn)品標準；產(chǎn)品質(zhì)量；標準應用

變頻調(diào)速窄軌工礦電機車是21世紀以來研制的、應用于礦山運輸、軌距小于標準軌距的一種重要交通工具.它采用直-交變頻調(diào)速方式，由于具有運載量大、無級調(diào)速、運行平穩(wěn)等特點而在礦產(chǎn)資源開采中得到了廣泛應用并成為窄軌工礦電機車的主流產(chǎn)品.目前國內(nèi)現(xiàn)有標準MT/T1064-2008《礦用窄軌架線式工礦電機車技術條件》、JB/T10772-2007《窄軌架線式工礦電機車通用技術條件》、JB/T4091-1997《煤礦防爆特殊型蓄電池式電機車基本技術條件》和MT491-1995《煤礦防爆蓄電池電機車通用技術條件》對變頻調(diào)速類電機車缺乏技術要求且沒有相應的試驗方法，不能滿足對交流變頻調(diào)速電機車的生產(chǎn)指導和對產(chǎn)品質(zhì)量控制的需要.因此研究制定相應的產(chǎn)品標準，按照標準要求對交流變頻調(diào)速窄軌架線式工礦電機車進行型式試驗和產(chǎn)品可靠性試驗，是確保變頻調(diào)速工礦電機車的產(chǎn)品質(zhì)量安全，提高產(chǎn)品競爭力，規(guī)范、引領行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的需要.

1　標準研究思路

變頻調(diào)速窄軌工礦電機車系列產(chǎn)品標準研究遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性”的原則自主研制.按現(xiàn)有煤炭部標準MT/T333-2008《煤礦機車產(chǎn)品型號編制方法》，窄軌工礦電機車劃分為CT、CF和CJ系列，即防爆特殊型蓄電池式、復式能源型和一般架線式.目前國內(nèi)已投產(chǎn)的變頻調(diào)速窄軌工礦電機車主要有架線式和防爆特殊型蓄電池式兩種型式，變頻調(diào)速窄軌架線式工礦電機車又分為井下和露天兩種，其中井下主要以1.5t、3t、7t、10t、14t和20t為主，露天主要以9t、14t、20t和40t為主；變頻調(diào)速防爆特殊型蓄電池式電機車常用的以2.5t、5t、8t、12t和15t為主.因此，我們研究的對象主要針對變頻調(diào)速窄軌架線式和防爆特殊型蓄電池式上述噸位產(chǎn)品.鑒于湖南是全國工礦電機車的主要生產(chǎn)基地，湘潭市是全國先進礦山運輸及安全裝備創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)集群首批試點城市，目前該類產(chǎn)品年產(chǎn)值達數(shù)十億，產(chǎn)量占長株潭地區(qū)的2/3,占湖南省的1/2.我們先從湖南省地方標準研究入手，通過對項目的必要性和可行性分析，按照標準制定程序，完成標準申報、立項、研究、起草、試驗驗證、征求意見、送審和報批等有關工作[1].

2　標準研究重點

對于變頻調(diào)速窄軌工礦電機車，牽引和制動性能是影響車輛正常運行最關鍵的指標.因此我們研究的重點針對CT和CJ系列變頻調(diào)速窄軌工礦電機車，基于整車的牽引、制動性能等性能指標、可靠性與運行安全指標以及關鍵零部件研究而確定的技術要求和試驗方法；并充分考慮了該行業(yè)現(xiàn)有的技術水平、未來的發(fā)展趨勢和標準的可操作性.為發(fā)揮標準的引領作用，著重對機車電氣制動、制動力、制動功率和全速度范圍的制動性能要求、機車整車效率、恒速運行的功能要求、電網(wǎng)適應性、機車試驗裝置等方面進行了創(chuàng)新研究[2,3].

2.1電氣制動特性

變頻調(diào)速系列工礦電機車除具有常規(guī)電機車的空氣制動或其他動力制動裝置和手制動裝置外，最大的共性是以電制動為主實施車輛制動[4].為確保電機車運行安全，該系列標準除了對制動距離、制動率提出要求外，對變頻調(diào)速電機車的電氣制動功率、電制動力等提出了技術要求[5].基于窄軌架線式電機車和防爆特殊型蓄電池式電機車在變頻調(diào)速方面的共性，結(jié)合該行業(yè)現(xiàn)有技術水平，通過試車線和試驗臺的比對試驗驗證結(jié)果，對電氣制動進行了明確規(guī)定，即“電機車實施電制動時，速度超過額定速度時，電機車速度從最大速度減速到額定速度時，最大電制動功率不小于額定功率的80%；額定速度下電制動力不低于額定牽引力的80%；最大制動力不小于最大起動牽引力的70%.”

圖1是CTL12/6GP防爆特殊型蓄電池式電機車試驗驗證電氣制動試驗電流(I)、電壓(U)、速度(v)、牽引力(F)與時間(t)的關系圖.通過對典型電機車的隨機抽樣分析，8t、10t、12t、20t機車的電制動功率分別為49.8kW、52.9kW、53.73kW、125.77kW，最大制動力分別為17.0kN、17.6kN、24.5kN、36.2kN，滿足標準對電氣制動的要求.

圖1　機車電氣制動(變頻)試驗曲線圖

2.2整車效率

2012年國務院關于節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃中提出了“大幅度提高能源利用效率，顯著減少污染物排放，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的總要求和“推進交通運輸節(jié)能，進一步提升運輸工具能源效率”的主要任務.要推行節(jié)能減排，標準必須先行，標準研究必須緊緊圍繞國家的大政方針，引領產(chǎn)品質(zhì)量的提升.因此我們首次在行業(yè)中提出了整車效率的概念和規(guī)定.整車效率即機車在額定電壓下，于不同速度運行時，機械輸出功率與直流輸入功率之比.由于架線式電機車和防爆特殊型蓄電池式電機車的電源形式不同，考慮到現(xiàn)有蓄電池實際制造水平，不能做到完全恒流放電，因此經(jīng)試驗結(jié)果驗證，對整車效率作出分別規(guī)定.即：對于變頻調(diào)速窄軌架線式電機車要求在額定供電電壓條件下，電機車處于額定負載、額定速度時的效率應不低于70%；對于變頻調(diào)速蓄電池式電機車要求在額定電壓、額定速度、額定牽引力的條件下，電機車的整車效率應不低于65%.

2.3恒速運行

變頻調(diào)速電機車作為未來工礦電機車發(fā)展趨勢，其具有無級調(diào)速、運行平穩(wěn)的先進性和優(yōu)越性越來越凸顯.作為標準研究應引領質(zhì)量的發(fā)展，因此對電機車提出“應具有恒速運行功能且在0.5%坡道上運行時，速度極限偏差為±5%”的要求，這個要求既是目前變頻電機車應做到的，也是體現(xiàn)變頻電機車的優(yōu)勢所在.機車恒速運行典型曲線如圖2所示.

圖2　機車試驗電壓、速度、電流與時間關系曲線圖

2.4電網(wǎng)適應性

2.5專利應用試驗方法

本系列標準一大突出特點，是引用了試驗裝置的專利技術.標準中所采用的試驗方法有兩種，一種是試車線加檢測儀器試驗，另一種是綜合試驗臺試驗.按照《國家標準涉及專利的管理規(guī)定(暫行)》以及GB/T20003.1-2014《標準制定的特殊程序第1部分：涉及專利的標準》的要求，因為本系列標準中規(guī)定了兩種可選方法，為非必要專利，所以僅在標準文本前言中進行了說明[6].

機車綜合試驗臺(國家實用新型專利號為ZL2013 2 0796631.X)主要原理(見圖3)是用軌道輪支撐機車輪，通過機車輪在軌道輪上滾動，從而模擬機車在鐵軌上的運行.機車綜合試驗臺軌距可調(diào)，應用于所有噸位的窄軌工礦電機車；它克服了試車線試驗造價高，場地有限、室外試驗受天氣條件影響等缺點，在牽引特性試驗、最大起動牽引力、單機運行試驗、電制動特性和電網(wǎng)適應性試驗方面得到了很好的應用.經(jīng)過兩種試驗方法比對，其中起動的最大牽引力和單機制動距離的相對誤差分別為1.0%和1.4%，主要性能參數(shù)均在試驗允許誤差范圍內(nèi).因此可以得出結(jié)論：除最小曲線半徑試驗項目外，該綜合試驗臺可替代傳統(tǒng)的試車線試驗，同時，試驗臺方法能有效降低了試驗成本，縮短試驗周期.

(1-軌道輪，2-萬向十字聯(lián)軸器，3-扭矩傳感器，4-齒輪箱5-同步帶，6-負載電機，7-飛輪裝置，8-牽引桿，9-牽引座)圖3　機車綜合試驗臺機械系統(tǒng)圖

3　標準應用

變頻調(diào)速技術是近年來發(fā)展迅速，應用于窄軌工礦電機車的新技術，在國外也無專門針對應用該項技術的產(chǎn)品標準.目前除日本制訂了JISM6512-1997(分類號UDC622.625.28-835.213.34)《防爆式蓄電池電機車》，其它國外生產(chǎn)企業(yè)普遍執(zhí)行企業(yè)標準.因此，通過變頻調(diào)速窄軌工礦電機車系列地方標準的制定，能有效提高現(xiàn)有產(chǎn)品的設計和制造水平，起到標準引領質(zhì)量發(fā)展和把握話語權(quán)的作用.

3.1標準應用是科技創(chuàng)新的關鍵

標準應用在科技創(chuàng)新中的作用，主要體現(xiàn)在標準化是科技創(chuàng)新成果對接產(chǎn)業(yè)化的橋梁和手段之一，標準對科技創(chuàng)新發(fā)揮著技術門檻和知識產(chǎn)權(quán)載體的作用.由于產(chǎn)品標準的技術水平在一定時期內(nèi)反映了產(chǎn)品質(zhì)量的整體水平，要推動產(chǎn)品創(chuàng)新、技術創(chuàng)新，標準必須先行，在定位技術指標時，需充分調(diào)研、高瞻遠矚，不僅要充分考慮了該行業(yè)產(chǎn)品最新的技術水平、技術參數(shù)以及標準執(zhí)行的可操作性，而且還要為未來的技術發(fā)展提供框架和發(fā)展余地.此次系列標準的制定，率先在行業(yè)中提出整車效率等技術指標，并引用國內(nèi)先進的專利技術，將有利于促進本行業(yè)的技術創(chuàng)新，提升產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平.

3.2專利應用有利于推動標準創(chuàng)新

標準化與科學技術的發(fā)展密切相關，而專利往往是某段時期創(chuàng)新成果的一種重要表現(xiàn)形式，標準與專利的結(jié)合能極大提高標準的技術水平，提高創(chuàng)新過程的整體效率水平，加快創(chuàng)新性科學技術的發(fā)展.因此在標準的起草階段，應進行充分的調(diào)研，了解與標準有關的現(xiàn)有專利情況和專利水平，確定所制定的標準是否涉及以及所涉及的專利是必要專利還是非必要專利，從而在標準制定過程中，按照國家有關的管理規(guī)定執(zhí)行，從而避免知識產(chǎn)權(quán)糾紛的出現(xiàn).

3.3實施標準是標準應用的根本

標準的實施效果是檢驗標準是否適用、是否能引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本依據(jù).在系列標準制定的全過程，我們遵循了“協(xié)商一致”、“公平公正”、“公開透明”的基本原則，標準制定程序嚴格按照“中華人民共和國標準化法”、“國家標準管理辦法”和“標準化工作導則”等的有關規(guī)定，通過在產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)、檢驗和科研等領域的宣貫和應用，促進了企業(yè)技術進步，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，同時為質(zhì)量監(jiān)管部門提供了技術支撐.通過應用凸顯了標準各項內(nèi)容的先進性、合理性和可操作性.

[1]王忠敏，等.標準化基礎知識實用教程[M]. 北京：中國標準出版社，2010.

[2]DB43/T974-2014.變頻調(diào)速直流架線式工礦電機車[S].2014.

[3]DB43/T975-2014.變頻調(diào)速防爆特殊型蓄電池式電機車[S].2014.

[4]岳鵬. 大功率開關電源主電路研究[D]. 廣州: 華南理工大學碩士學位論文,2010.

[5]崔述凱，劉玢玢. 礦用電機車制動器試驗臺的設計[J]. 煤礦機械,2010,31(8):160-161.

[6]國家標準化管理委員會 國家知識產(chǎn)權(quán)局. 國家標準涉及專利的管理規(guī)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

國家質(zhì)檢總局科技計劃項目(G2013-1463).

張建宏(1969-)，女，高級工程師，研究方向：標準化.

F416.472

A

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