煤矿架线式电动运输车的设计

高大维

摘要：目前，煤矿井下辅助运输形式主要有轨道式架线电机车及蓄电池电机车、柴油及电动式无轨胶轮车及各类钢丝绳类型绞车。其中，有轨式车辆受轨道限制，作业范围受到较大制约；柴油车辆产生有毒有害气体且后期维保费用相对较高；蓄电池车辆运行里程受电池影响运输距离短，充电时间长；钢丝绳类型绞车在安全可靠性方面不具有优势。该车辆设计用于煤矿井下辅助材料运输，通过固定路段架空线给车辆供电，充分发挥电机驱动优势。

关键词：煤矿辅助运输；架线式无轨电动胶轮车；电气系统

一、煤矿电机车结构组成及工作原理

1、结构组成。井下使用的电机车主要由机械和电气两部分组成。机械部分主要由车架、油箱、刹车系统、砂箱、弹簧托架、齿轮传动系统、撒砂装置等部件组成。电气部分主要由电动机、控制装置、受电弓、照明系统、各类开关组成。

2、工作原理。电机车的工作原理是：电机车使用的电源是将高压电通过变流、降压、整流过程后，将原来的高压变为低压，将电压降低到电机车的额定电压后输入电机车。电源的正极接在架空线上，负极接在铁轨上，通过受电弓将电源引入电机车内，进入电机车的电源再经过各类开关、电阻箱、控制装置进入到电机中，电机通电后开始转动工作，实现前进或后退功能，以此来达到运输的效果。

二、煤矿架线式电动运输车的设计

某煤矿试用的架线式无轨电动运输车用于井下材料输送，具有轨道运输不具备的独特优势：1)电动运输车不会产生尾气排放而造成CO等有害气体超标，且装载能力大，能高速爬坡，生产效率高。2)设置架空线和固定电气设备前期需要一次性投资，但是运输系统一经形成，后期维护保养费用较柴油车辆显著减少，不需要考虑车辆尾气治理、通风量加大、燃油损耗等因素，可以有效减少使用车辆需求数量。3)电动运输车调速性能好，不会出现轮胎打滑现象，轮胎费用也低于柴油机胶轮车。因此电动材料车用于煤矿井下运输是一个较好的选择。

1、整体设计。电动运输车由前后两个部分组成，前一部分布置发动机、操作系统和驾驶室，后一部分布置料斗和自卸装置。前后两部分车身采用铰接式连接，转向角可达400，转弯半径小，转向灵活。另外，前后机架都采用空气弹簧悬挂系统与车桥连接，保证车辆具有良好的操控性和行驶性能。车辆传动系统采用由电动机独立驱动前后桥的四轮驱动系统。行走电机为两台230 kW的直流牵引电机和一台40 kW协助行走直流电机。直流牵引电机一台直接连接前桥轴差速器，另外一台连接后桥差速器，协助行走电机与后桥行走电机串联，

2、电气设计。架空线的电压为三相交流690 V，50 Hz，将AC690 V变成DEl200 V，给行走电机供电，并通过整流器给牵引蓄电池充电，在正常情况下，蓄电池由架空线通过变压器和可控硅整流器充电。蓄电池也可以通过1条插接AC380 V电源充电。泵站电机驱动一台液压泵和一台空气压缩机，主要给行车制动器和驻车制动器提供动力源。前后轮各有一台电动机通过差速器驱动，由于电机串联，功率均匀分配到所有车轮。辅助系统主要设备是一台PLC控制器，它调节和控制所有必要的电气装置，如滑接式受电器工作顺序、可控硅变流器、蓄电池斩波器、蓄电池充电、调速和电力制动。它还可阻止设备的误用，如果速度过大，PLC可以提供相关情况的故障指示。电动材料车的调速方法：1)将电动机电压从0提高到1200 V，相应电机转速从0提高到2000 r／min．2)通过降低励磁电流实现电动机转速在l000～2 000 r／min调节。牵引蓄电池的技术特性是280 V和1580 Ah，可使装载50 t车辆在平道上行驶1000 m，主要解决车库到架空线网起点的动力问题，之后启用架空线供电，运输车可在平道上正常行驶。

三、煤矿架线式电机车制动系统

1、架线式电机车制动距离分析。架线式电机车的制动距离，指的是开始关闸到架线式电机车完全停止的这一段时间中，架线式电机车所滑行的长度。架线式电机车关闸的制动流程分为空行程与实际制动两部分。其中，空行程部分是操作人员开始关闸，闸瓦和车轮踏面逐渐接触的过程，在这一过程中，闸瓦并未和车轮踏面产生直接接触，因此不产生制动力，架线式电机车维持在原有的运行状态并持续向规定的方向行驶。实际制动部分则是车轮踏面和闸瓦产生接触以后，开始增加压力与制动能力，列车受到制动力的影响开始做减速运动并最终完全停止。空行程部分架线式电机车运行的距离被称为制动空行程距离，实际制动部分架线式电机车所运行的距离被叫做实际制动距离。当前我国煤矿企业使用范围最广的架线式电机车制动方式是闸瓦制动与电气动力制动，最常见的手动闸轮操作为闸瓦式制动。该操作方式虽方便简单，但在制动过程中，空行程需要消耗大量时间，所以，我国目前所常用的手动闸轮操作的方式是无法满足《煤矿安全规程》当中相关技术要求的。

2、运行速度分析。架线式电机车的运行速率与机车的制动距离存在着必然联系。即运行速度越快，制动距离越大。因此，为了保障架线式电机车有充足的安全制动距离，对架线式电机车的运行速率做出了明确要求。在《煤矿安全规程》中提出：架线式电机车在运送人员时，运行速度必须控制在 4m/s 以内。按照计算，以 3 s的制动空行程时间进行评估，达到了《煤矿安全规程》中对制动距离的有关要求。对架线式电机车的结构进行分析，在针对机车的控制中，通常只使用了两个不串联的电阻进行运行：其一是两部牵引电机并联下的运行；其二是两部牵引电机串联下的运行。要达到上述速度，架线式电机车一定要使用串并联交互使用的办法，才能让架线式电机车的平均运行速度符合要求。该过程中速度是不断变化的，无法进行匀速运行，很难保障其实现有效制动，更难保障机车能够把制动距离控制在规定的范围内。

四、煤矿架线式电动运输的有效措施

1、增强架线式电机车的制动力。首先，架线式电机车的闸瓦制动力会受到黏着力的限制，根据当前我国矿井的整体环境，煤矿企业可以采用在架线式电机车中增加若干有闸矿车的办法，有闸矿车是在架线式电机车之上所建立的自动矿闸车，它受驾驶员的直接控制。其次，企业还可以采用在架线式电机车加挂一辆专用制动车的方式来增强架线式电机车的制动力。

2、适当降低架线式电机车的车速。使用架线式电机车串联、并联交互运行或者并联和断电惰性运行的方式，能够对架线式电机车的运行速率进行有效控制。但因架线式电机车的速度始终处在不断变化的状态，若采用高度瞬间制动的办法，制动距离则无法得到有效保障，整体制动效果也不理想。而使用变更传动比的方式，让架线式电机车在限定的速度范围内进行运行，从而得到较好的制动效果。

3、对手动闸轮操作的闸瓦制动装置进行改良。尽量降低制动过程中的空行程时间，减小制动空行程时间范围内所行驶的距离，也能够达到降低制动距离的效果，详细操作方式有两种：其一，技术人员可以在架线式电机车进行气压设备的加装，使架线式电机车变为手制动和气压制动的组合。其二，可以在架线式电机车上进行液压设备的加装，使用油压制动，把制动空间行程时长降低到 0.5 s 以内，该系统的制动力能够进行任意调试。

而电动运输车系统既克服了有轨电机车受轨道限制和柴油发动机车辆尾气排放、维护费用高的缺陷，也解决了蓄电池车辆续航里程短的限制，不但提高了材料的运输效率，而且节省了运输成本。同时，处理架线式电机车制动问题企业需要根据自身的实际状况，选择最为有效同时也最为经济化的改良办法，以增强架线式电机车运行的安全性。

参考文献：

[1] 李葵.架线式电机车运输的制动问题思考[J].机械管理开发，2018（10）：90- 91；102.

[2] 毛继新.浅论架线式电机车运输的制动问题[J].科技情报开发与经济，2017（13）：24.