變頻調速技術在礦井電機車中的應用

張志忠

（山西陽泉煤業集團三礦，山西 陽泉 045000）

引言

變頻調速技術作為一種先進的工業技術，越來越受到人們的廣泛關注，變頻調速技術在礦井電機車中的應用，為工業提供了極大的便利。隨著交流變頻調速技術的日益成熟，在煤礦生產中的應用越來越廣泛，交流電機與直流電機相比具有功率大、效率高、無電刷和換向器，維護成本小的優點，因此以交流電動機取代直流電動機應用在礦用電機車上，已成為礦用電機車發展的趨勢。礦用電機車推廣應用變頻調速技術，有利于提高電機車的調速性能，降低設備磨損，減少備品備件的投資，提高控制精度，延長設備使用壽命，從而更好地適應井下軌道運輸發展的需求。下面將具體就變頻調速技術在礦井電機車中應用的概況和原理展開探討。

1 變頻調速技術在礦井電機車中的應用概況

變頻調速技術是根據電機轉動速度與工作電源輸入頻率成正比例的關系，采取交—直—交的電源變換技術，通過改變電機動工作電源頻率，從而改變電機運轉速度，是集電子、電力、電腦控制等技術于一體的實用、先進產品。廣泛應用于我們生活的各個方面，如變頻空調、冰箱等常見家用電器都不同程度地應用了變頻調速技術。除此之外，變頻調速技術在礦井電機車中的應用更是為工業帶來了先進的勞動力，節約了大量的人力、物力資源，尤其近年來，半導體技術的發展，使得變頻調速技術更加強大，能夠有效處理各項繁雜的事物，其在礦井電機車的廣泛應用堪稱工業上歷史性的突破。

2 變頻調速技術在礦井電機車中的應用原理

變頻調速技術在礦井電機車中應用原理比較復雜，變頻調速技術主要由走行裝置、制動裝置、撒砂裝置、緩沖器裝置和空氣裝置等構成。下面將對這些構成裝置進行介紹。

2.1 走行裝置

走行裝置是變頻調速器技術最重要的構成，不同礦井電機車的走行裝置有所不同，一般走行裝置主要由軸箱、齒輪罩和輪對等組合而成，通常采用一級減速的圓柱直齒輪，大齒輪一般為兩半式，主動齒輪用鍵要配合電機的軸端。齒輪外部都安裝有齒輪套，可以有效防止阻礙物陷入齒輪中，影響其正常工作。輪對由車輪、輪軸和固定安裝在輪軸上的附件構成，其中車輪由輪芯與輪箍鋼制作的輪箍，通過溫差法使其融為一體，輪軸在軸箱內，兩端各裝有軸承，這種軸承不同于一般的軸承，是向心圓錐滾子軸承。軸箱則依靠彈簧承受著全部設備的重量。后走行裝置上的彈簧通常是固定在礦井電機車的側面不動的，前走行裝置上的彈簧則負責調節兩端軸承重量，使得礦井電機車承重平衡，有利于其安全運行。還有一種常見礦井電機車的走行裝置是減速箱、軸箱和輪對等構成的。每臺礦井電機車上各有兩組，傳動安裝在軸箱中，軸箱內部有備用的齒輪油。這種礦井電機車與上述那種礦井電機車最大的不同在于減速箱。減速箱蓋上裝有透氣塞，用來檢測箱內油位，以便及時注油，油位應在25～50mm。減速箱分上下兩半，其中上箱與牽引電機外殼配合，用螺栓銜接懸掛于車架上。除了減速箱以外，軸箱也與前者有所區別。這種礦井電機車選用人字型橡膠彈簧結構，不僅使礦井電機車運行起來更加穩定，而且人字形橡膠彈簧簡易、輕巧、靈活，能夠有效延長使用壽命，節約維修成本，比前者先進，更受礦井工業的青睞。

2.2 制動裝置

制動裝置的主要組成部分是閘瓦、杠桿系統、制動氣缸、橫臂等，通過人力手動或壓縮空氣，使制動閘瓦和輪緣密貼或分離，從而實現系統的制動或解降。

其中閘瓦是直接摩擦車輪使礦井電機車停車的制動零件，閘瓦的使用效果取決于摩擦熱能的消散能力；制動氣缸主要用于推動主活塞；橫臂用于帶動軸箱一同水平移動。圖1為制動裝置。

圖1 制動裝置

2.3 撒砂裝置

撒砂裝置是利用手動落砂原理，在機車的4個車輪處分別裝有4個砂箱，當礦井電機車制動時，可向軌道上撒砂，并且能夠根據礦井電機車的運行方位不同智能地進行撒砂。機車前行時，使用前撒砂；機車后退時，使用后撒砂，以此來增強車輪與地面的粘黏力。圖2為撒砂裝置。

圖2 撒砂裝置

2.4 緩沖器裝置

礦井電機車兩端各裝有1個具有雙向緩沖作用的插銷式車鉤裝置，對于緩沖撞擊和接掛車廂具有重要作用。緩沖器裝置能夠通過利用液壓彈簧的減震功能起到有效的緩沖作用，減少不必要的損失，能夠有效提高人和車的安全性，對礦井電機車的安全使用起著不可替代的作用。

2.5 空氣裝置

空氣裝置主要由空壓機、電動機、氣包、氣壓控制開關、安全閥、單向閥、油水分離器、腳踏閥、壓力表設備組合而成。能夠產生壓縮空氣，在礦井電機車運行中用于施行空氣制動。其中空氣壓縮機是現代化的基礎產品，用來提供氣源動力，是氣動系統的核心設備，由曲軸的旋轉運動使活塞往復運動引起氣缸容積發生變化，從而導致缸內氣壓變化，使自由狀態的空氣經過空氣濾清器進入氣缸壓縮到可供使用的狀態。而空氣壓縮機之所以能夠運作起來，主要依靠為其提供動力的電動機，電動機通過皮帶的傳送帶動空氣壓縮機工作，同時也為電動機的安全使用提供了可靠保障。出氣筒是礦井電機車制動系統中的氣體儲存設備，安裝在機車后部空壓機和電動機的下方，底部裝有排污閥，出氣筒可以利用儲存空氣壓縮機壓縮出來的氣體，用于礦井電機車的制動和鳴笛。氣壓控制開關也稱氣動開關或氣動閥，是利用開關閥門兩側氣體壓強的不同產生的壓力來控制開和關的系統，當壓力能夠承受時，可以自動閉合空壓電機，使空壓機能夠正常工作；當壓力過大時，可自動斷開空壓電機，使空壓機停止工作。氣壓表是一種氣壓輪胎氣壓表，結構簡單、使用方便、精確度高，主要為了便于司機及時對系統進行檢測。安全閥在外力作用下常處于封閉狀態，當外界壓力過高超出標準時，通過向系統外發出特殊警報來防止外界壓力過高的特殊閥門，對人身安全和設備運行起著重要的保護作用，安全閥必須經過壓力試驗才能運用。當安全閥不能正確開放時，可拉動頂桿檢查閥的工作情況，必要時可調節螺絲，重新調整開放壓力。油水分離器，用于分離壓縮空氣中聚集的水分和油分等雜質，使壓縮空氣得到初步的凈化，能夠有效利用兩氣壓的升降自動將聚集在儲氣筒中的油、水等雜質排掉。腳踏閥用于控制壓縮空氣進入制動缸的風量。根據司機對腳踏板的施力進行控制。圖3為空氣裝置。

圖3 空氣裝置

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，推動變頻調速技術在礦井電機車中的應用不斷取得了突破性的進展，相信隨著變頻調速技術的不斷革新和完善，定會在礦井電機車中的應用創造更大的成就。變頻調速電機車與直流牽引架線電阻調速電機車相比，在運行、維護、節約能源、節省開支方面都有著很大的優勢。因此說變頻技術應用于電機車中，不僅能降低電機車的維護和運行費用，減少了煤礦企業的支出，而且還能達到高性能、高可靠、高節電的目的，變頻技術應用于電機車取得了明顯的經濟效益和社會效益，值得今后在礦井窄軌電機車的調速方式中推廣應用。

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