架線式電機(jī)車運(yùn)輸制動問題探析

郭建來

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

引言

當(dāng)前在我國煤礦礦井井下運(yùn)輸過程中，架線式電機(jī)車是非常重要的運(yùn)輸工具，但就目前情況來看，架線式電機(jī)車的工作環(huán)境比較惡劣，同時(shí)煤礦中所使用的直流電網(wǎng)存在很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致架線式電機(jī)車在運(yùn)輸過程中會存有巨大起伏。所以，如何保障架線式電機(jī)車在使用中的安全，防止意外事件的發(fā)生，成為相關(guān)工作人員必須要思考的重要問題。

1 中國煤礦礦井井下運(yùn)輸情況分析

當(dāng)前，中國的煤礦礦井井下大巷運(yùn)輸幾乎都使用了架線式電機(jī)車的運(yùn)輸方式。該運(yùn)輸方式的優(yōu)點(diǎn)是：牽引力強(qiáng)、爬坡能力優(yōu)秀、貨物運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸成本低廉、使用過程中無廢氣、廢渣等污染物產(chǎn)生，能夠從真正意義上達(dá)到電氣制動。但是架線式電機(jī)車的缺點(diǎn)也是非常明顯的。首先，因煤礦井下環(huán)境惡劣且井下電流存有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，所以在架線式電機(jī)車的使用過程中，其金屬原件很容易受到腐蝕。其次，在架線式電機(jī)車運(yùn)行過程中，其架線和電器間會產(chǎn)生火花，這些火花對沼氣礦井的安全存有非常嚴(yán)重的威脅。再次，架線式電機(jī)車在使用過程中，要求的電壓相對較高，工作人員一旦操作不慎，很有可能發(fā)生觸電事故，威脅到工作人員的生命安全。最后，架線式電機(jī)車在使用過程中，供電電流所產(chǎn)生的高次諧波會對井下通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。架線式電機(jī)車在正式投入使用之前，還需要對電網(wǎng)進(jìn)行一系列的改造工作，對于煤礦企業(yè)來說，初期經(jīng)濟(jì)投入較高，建設(shè)時(shí)間較長。

為了保障架線式電機(jī)車在使用過程中的安全性，我國頒布了《煤礦安全規(guī)程》，對架線式電機(jī)車在使用時(shí)的軌道、絕緣、電壓、信號設(shè)施、運(yùn)行速度、制動系統(tǒng)、回流阻值等都做出了詳細(xì)的要求，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些新技術(shù)也在架線式電機(jī)車中得以使用且都得到了一定程度的改進(jìn)。為了符合《煤礦安全規(guī)程》中對架線式電機(jī)車運(yùn)行速度和制動系統(tǒng)的要求，架線式電機(jī)車制動距離每年至少檢測1次，運(yùn)輸貨物時(shí)，制動距離需控制在40 m之內(nèi)，運(yùn)輸人員時(shí)制動距離需控制在20 m之內(nèi)[1]。兩部架線式電機(jī)車在同一軌道朝同一方向運(yùn)行時(shí)，間隔距離不能低于100 m。在進(jìn)行工作人員運(yùn)輸時(shí)，架線式電機(jī)車運(yùn)行速度必須要控制在4 m/s以內(nèi)。通過以上要求的下達(dá)，各大煤礦企業(yè)紛紛對架線式電機(jī)車的制動系統(tǒng)問題進(jìn)行處理。

2 架線式電機(jī)車制動系統(tǒng)分析

2.1 架線式電機(jī)車制動距離分析

架線式電機(jī)車的制動距離，指的是開始關(guān)閘到架線式電機(jī)車完全停止的這一段時(shí)間中，架線式電機(jī)車所滑行的長度。架線式電機(jī)車關(guān)閘的制動流程分為空行程與實(shí)際制動兩部分。其中，空行程部分是操作人員開始關(guān)閘，閘瓦和車輪踏面逐漸接觸的過程，在這一過程中，閘瓦并未和車輪踏面產(chǎn)生直接接觸，因此不產(chǎn)生制動力，架線式電機(jī)車維持在原有的運(yùn)行狀態(tài)并持續(xù)向規(guī)定的方向行駛。實(shí)際制動部分則是車輪踏面和閘瓦產(chǎn)生接觸以后，開始增加壓力與制動能力，列車受到制動力的影響開始做減速運(yùn)動并最終完全停止?？招谐滩糠旨芫€式電機(jī)車運(yùn)行的距離被稱為制動空行程距離，實(shí)際制動部分架線式電機(jī)車所運(yùn)行的距離被叫做實(shí)際制動距離。

當(dāng)前我國煤礦企業(yè)使用范圍最廣的架線式電機(jī)車制動方式是閘瓦制動與電氣動力制動，最常見的手動閘輪操作為閘瓦式制動。該操作方式雖方便簡單，但在制動過程中，空行程需要消耗大量時(shí)間，所以，我國目前所常用的手動閘輪操作的方式是無法滿足《煤礦安全規(guī)程》當(dāng)中相關(guān)技術(shù)要求的[2]。

2.2 運(yùn)行速度分析

架線式電機(jī)車的運(yùn)行速率與機(jī)車的制動距離存在著必然聯(lián)系。即運(yùn)行速度越快，制動距離越大。因此，為了保障架線式電機(jī)車有充足的安全制動距離，對架線式電機(jī)車的運(yùn)行速率做出了明確要求。在《煤礦安全規(guī)程》中提出：架線式電機(jī)車在運(yùn)送人員時(shí)，運(yùn)行速度必須控制在4 m/s以內(nèi)。按照計(jì)算，以3 s的制動空行程時(shí)間進(jìn)行評估，達(dá)到了《煤礦安全規(guī)程》中對制動距離的有關(guān)要求。

對架線式電機(jī)車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在針對機(jī)車的控制中，通常只使用了兩個(gè)不串聯(lián)的電阻進(jìn)行運(yùn)行：其一是兩部牽引電機(jī)并聯(lián)下的運(yùn)行；其二是兩部牽引電機(jī)串聯(lián)下的運(yùn)行。要達(dá)到上述速度，架線式電機(jī)車一定要使用串并聯(lián)交互使用的辦法，才能讓架線式電機(jī)車的平均運(yùn)行速度符合要求。該過程中速度是不斷變化的，無法進(jìn)行勻速運(yùn)行，很難保障其實(shí)現(xiàn)有效制動，更難保障機(jī)車能夠把制動距離控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.3 牽引力分析

架線式電機(jī)車實(shí)際使用過程中，其牽引力是根據(jù)符合啟動黏著條件、牽引電動機(jī)溫度環(huán)境以及制動環(huán)境來進(jìn)行運(yùn)算的。以某型號的架線式電機(jī)車作為分析對象，在坡度為0.3%的環(huán)境中，若根據(jù)符合啟動黏著條件進(jìn)行運(yùn)算，該型號架線式電機(jī)車可以牽引載重為1 t的礦車45臺。若根據(jù)溫度環(huán)境條件進(jìn)行運(yùn)算，該型號架線式電機(jī)車可以牽引載重1 t礦車37臺。若按照制動條件進(jìn)行運(yùn)算，該型號架線式電機(jī)車只能牽引載重1 t礦車14臺。綜上，因?yàn)橹苿幽芰κ艿搅撕艽笙拗?，所以架線式電機(jī)車的牽引能力目前還不能得到最大程度的發(fā)揮。

3 處理架線式電機(jī)車制動問題的有效措施

處理架線式電機(jī)車的制動問題，既要保障在處理之后機(jī)車的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)還需要增強(qiáng)制動能力。

3.1 增強(qiáng)架線式電機(jī)車的制動力

首先，架線式電機(jī)車的閘瓦制動力會受到黏著力的限制，根據(jù)當(dāng)前我國礦井的整體環(huán)境，煤礦企業(yè)可以采用在架線式電機(jī)車中增加若干有閘礦車的辦法，有閘礦車是在架線式電機(jī)車之上所建立的自動礦閘車，它受駕駛員的直接控制[3]。其次，企業(yè)還可以采用在架線式電機(jī)車加掛一輛專用制動車的方式來增強(qiáng)架線式電機(jī)車的制動力。

3.2 適當(dāng)降低架線式電機(jī)車的車速

使用架線式電機(jī)車串聯(lián)、并聯(lián)交互運(yùn)行或者并聯(lián)和斷電惰性運(yùn)行的方式，能夠?qū)芫€式電機(jī)車的運(yùn)行速率進(jìn)行有效控制。但因架線式電機(jī)車的速度始終處在不斷變化的狀態(tài)，若采用高度瞬間制動的辦法，制動距離則無法得到有效保障，整體制動效果也不理想。而使用變更傳動比的方式，讓架線式電機(jī)車在限定的速度范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，從而得到較好的制動效果[4]。

3.3 對手動閘輪操作的閘瓦制動裝置進(jìn)行改良

盡量降低制動過程中的空行程時(shí)間，減小制動空行程時(shí)間范圍內(nèi)所行駛的距離，也能夠達(dá)到降低制動距離的效果，詳細(xì)操作方式有兩種：其一，技術(shù)人員可以在架線式電機(jī)車進(jìn)行氣壓設(shè)備的加裝，使架線式電機(jī)車變?yōu)槭种苿雍蜌鈮褐苿拥慕M合。其二，可以在架線式電機(jī)車上進(jìn)行液壓設(shè)備的加裝，使用油壓制動，把制動空間行程時(shí)長降低到0.5 s以內(nèi)，該系統(tǒng)的制動力能夠進(jìn)行任意調(diào)試。

4 結(jié)語

處理架線式電機(jī)車制動問題的方式是多樣的，企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際狀況，選擇最為有效同時(shí)也最為經(jīng)濟(jì)化的改良辦法，以增強(qiáng)架線式電機(jī)車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

[1]李葵.架線式電機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹苿訂栴}思考[J].機(jī)械管理開發(fā)，2015（10）：90-91；102.

[2]毛繼新.淺論架線式電機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹苿訂栴}[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007（13）：283-284.

[3]張述峰.論架線式電機(jī)車運(yùn)輸?shù)闹苿訂栴}[J].科技信息，2010（1）：70.

[4]于學(xué)謙.架線式電機(jī)車的制動問題[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1988（2）：36-38；63-64.