有機電源裝置速充式電機車研制

孫波　孟琳　張春燕

摘 要：研制開發了以電容模塊為電源裝置的速充式電機車，根本上解決了架線電機車及蓄電池電機車存在的弊端，具有安全、方便、環保等優點。

關鍵詞：有機電源； 速充； 電機車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.047

1 概述

礦用電機車是煤礦開采過程中，井下及地面重要的運輸工具。現階段我國礦用電機車的形式大多為CJ系列架線式工礦電機車。架線式工礦電機車的應用為煤礦井下運輸提供了極大方便，但同時由于架線式結構特點也對煤礦的安全生產造成了極大的隱患。首先是巷道架設架空線，對巷道空間要求較高；架空線電壓在250-600V之間，架線高度在1.8-2.4m之間，裸漏在外，容易造成觸電傷亡事故，存在著巨大的安全隱患；電機車運行過程中線弓與架空線時常出現火花，高瓦斯地區無法運行；正常運行過程中經常出現斷電降壓情況，極易損壞控制系統。近年來引用的新一代鉛酸蓄電池電機車，在一定程度上解決了巷道架線的安全隱患，但是鉛酸蓄電池同樣存在許多的問題如：充電滿時間長（8-10小時）、使用壽命短（承受800次充放電循環，而且在后半期出力明顯不足）、放電能力小（每節小于10A）、污染環境等缺點。而且需要頻繁的維護和更換，使用成本高，性能不可靠。

針對以上情況我廠研制開發了以電容模塊為電源裝置的速充式電機車，經過幾年的開發研制，速充式電機車技術越來越成熟，已經廣泛的應用到各大煤礦及金屬礦山。根據市場調研，目前煤礦及非煤礦山對2.5噸蓄電池電機車及3噸架線式電機車的需求量仍然很大，而2.5噸蓄電池電機車存在充電時間長，電池不耐用，3噸架線式電機車使用安全隱患較大等問題，研制開發一種能取代二者的新式電機車成為了目前電機車開發的一個新的方向。據此我公司決定開發研制2.5噸有機電容器速充式電機車，以替代原2.5噸蓄電池電機車及3噸架線式電機車，從而滿足礦方需求。

2 機車主要參數

CDY2.5/6GP型礦用一般型速充式有機電源裝置電機車用于井下運輸大巷和地面的定距離運輸，以供運輸礦物器材及人員。

3 機車主要結構

CDY2.5/6GP有機電源裝置速充式礦用電機車為單機頭司機室，側面駕駛，其主要機構有：駕駛室、走行裝置、制動系統、機架裝置、有機電源裝置、電氣控制系統、附件等部分組成，并配備充電裝置。

（1）駕駛室：采用開放上棚式駕駛室，上棚利用冷軋鋼板一次成型，結構結實耐用，外觀美觀。同時還可以根據用戶要求將其制作成可調節高度的駕駛棚，更方便用戶使用。其開放式駕駛棚便于行車時觀察前后情況。

（2）行走裝置與制動系統：行走裝置與制動系統為整體組裝式，行走裝置為二級傳動，傳動效率高。制作過程中嚴格把握產品質量，其齒輪加工精度高，嚙合良好，使用壽命長。其制動為抱軸式制動，制動效果好，且制動閘片更換容易，便于維修。行走裝置與制動系統為2.5噸機車統一產品，配件通用易購置。

（3）減震系統：考慮到機架及電源裝置重量，其減震系統采用雙彈簧減震，每個軸承座對應兩大兩小四個彈簧，大彈簧套小彈簧組合使用，彈簧性能可靠，既保證減震效果，又不能使得彈簧過早失效。

（4）機架裝置：其整體采用高強度鋼板焊接而成，前后端板加厚，所有焊縫滿焊牢固且美觀，碰頭裝置安裝在前后端板，其牽引高度可根據用戶需求進行制作。

（5）有機電源裝置：分為電源部分和電控部分。電源部分是兩個由柱狀有機電容單體通過串、并聯組成的有機電容模塊，該型電容模塊體積小，放電能力強，充放電電流可達到250A以上。電控部分又分為電容模塊管理系統和主回路控制系統。電容模塊管理系統通過CAN控制方式將電容模塊各單體信息整理收集，統一管控。單體信息包括單體電壓和單體溫度。當各單體之間電壓壓差過大時，管理系統控制其中電壓過高單體所在模塊上的節電控制電路的開關管導通，電壓過高單體將部分電能消耗在節電控制電路中的耗能電阻上 ，使得單體之間保持電壓平衡。當模塊部分區域溫度過高時，管理系統控制風機繼電器吸合，散熱風機工作，避免電容溫度過高。主回路控制系統主要由斷路器、接觸器、微型斷路器、中間繼電器和時間繼電器組成。主要作用是在正常情況下控制主回路通斷以及在故障情況為機車提供安全保護，并完成充電過程中的自動控制。當電容出現故障時，控制系統可根據故障狀況完成故障顯示功能和故障斷電功能。充電過程中通過充電插頭插座內部的電氣閉鎖連接，避免機車由于誤操作突然運行，并且通過自動充電停止系統，使得機車在充電結束后自動停掉所有電源，避免電量流失。

（6）操作系統：采用變頻調速，控制設備為操作臺與變頻器一體機，將其固定安裝到駕駛室內部。驅動電機采用專用交流變頻牽引電動機。控制設備及相應的電機、電器和儀表指示準確，動作靈活。同時配備過欠壓和短路等保護裝置，欠壓報警采用三級設置，一級顯示告警，二級顯示欠壓聲光顯示，三級欠壓停車。電氣系統有連鎖裝置，以保證電機車在任何情況下電氣線路組合正確，另外所有電纜布置整齊，夾持牢固并具有防止損傷的保護。

（7）充電裝置：采用IGBT高頻充電模塊、觸摸屏操作，體積小可靠性高，充電速度快。且添加電熱除濕功能。

（8）附件 ：照明采用LED照明燈，不但亮度高、壽命長、且節能效果好，一體式雙向照明；選用電笛；選用螺旋可升降、柔軟的座椅為司機座席，為駕駛人員提供一個舒適的工作環境。

4 結語

CDY2.5/6GP有機電源裝置速充式礦用電機車是繼超級電容器應用于電機車后的第二種規格的電機車，它具有小巧靈活，載重能力高，其使用條件完全可以能夠取代2.5噸蓄電池電機車以及3噸架線式電機車，同時其性能更加優越，徹底解決了架線電機車及蓄電池電機車使用中的安全隱患。具有安全、方便、環保等優點，其牽引力大，充電時間短，使用壽命長，是取代傳統電機車的一種理想新型能源產品，具有良好的推廣前景。

作者簡介：孫波（1983-），男，主要從事：機械制造技術工作。