張建宏

(湘潭市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督信息管理所，湘潭 411104)

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變頻調(diào)速窄軌工礦電機(jī)車系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究

張建宏

(湘潭市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督信息管理所，湘潭 411104)

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

變頻調(diào)速技術(shù)；窄軌工礦電機(jī)車；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品質(zhì)量；標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

變頻調(diào)速窄軌工礦電機(jī)車是21世紀(jì)以來研制的、應(yīng)用于礦山運輸、軌距小于標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用并成為窄軌工礦電機(jī)車的主流產(chǎn)品.目前國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)MT/T1064-2008《礦用窄軌架線式工礦電機(jī)車技術(shù)條件》、JB/T10772-2007《窄軌架線式工礦電機(jī)車通用技術(shù)條件》、JB/T4091-1997《煤礦防爆特殊型蓄電池式電機(jī)車基本技術(shù)條件》和MT491-1995《煤礦防爆蓄電池電機(jī)車通用技術(shù)條件》對變頻調(diào)速類電機(jī)車缺乏技術(shù)要求且沒有相應(yīng)的試驗方法，不能滿足對交流變頻調(diào)速電機(jī)車的生產(chǎn)指導(dǎo)和對產(chǎn)品質(zhì)量控制的需要.因此研究制定相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求對交流變頻調(diào)速窄軌架線式工礦電機(jī)車進(jìn)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(jī)車的產(chǎn)品質(zhì)量安全，提高產(chǎn)品競爭力，規(guī)范、引領(lǐng)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的需要.

1　標(biāo)準(zhǔn)研究思路

變頻調(diào)速窄軌工礦電機(jī)車系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)MT/T333-2008《煤礦機(jī)車產(chǎn)品型號編制方法》，窄軌工礦電機(jī)車劃分為CT、CF和CJ系列，即防爆特殊型蓄電池式、復(fù)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)車的主要生產(chǎn)基地，湘潭市是全國先進(jìn)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)研究入手，通過對項目的必要性和可行性分析，按照標(biāo)準(zhǔn)制定程序，完成標(biāo)準(zhǔn)申報、立項、研究、起草、試驗驗證、征求意見、送審和報批等有關(guān)工作[1].

2　標(biāo)準(zhǔn)研究重點

對于變頻調(diào)速窄軌工礦電機(jī)車，牽引和制動性能是影響車輛正常運行最關(guān)鍵的指標(biāo).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(jī)車，基于整車的牽引、制動性能等性能指標(biāo)、可靠性與運行安全指標(biāo)以及關(guān)鍵零部件研究而確定的技術(shù)要求和試驗方法；并充分考慮了該行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平、未來的發(fā)展趨勢和標(biāo)準(zhǔn)的可操作性.為發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)作用，著重對機(jī)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(jī)車整車效率、恒速運行的功能要求、電網(wǎng)適應(yīng)性、機(jī)車試驗裝置等方面進(jìn)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(jī)車除具有常規(guī)電機(jī)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(jī)車運行安全，該系列標(biāo)準(zhǔn)除了對制動距離、制動率提出要求外，對變頻調(diào)速電機(jī)車的電氣制動功率、電制動力等提出了技術(shù)要求[5].基于窄軌架線式電機(jī)車和防爆特殊型蓄電池式電機(jī)車在變頻調(diào)速方面的共性，結(jié)合該行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)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(jìn)行了明確規(guī)定，即“電機(jī)車實施電制動時，速度超過額定速度時，電機(jī)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(jī)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(guān)系圖.通過對典型電機(jī)車的隨機(jī)抽樣分析，8t、10t、12t、20t機(jī)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(biāo)準(zhǔn)對電氣制動的要求.

圖1　機(jī)車電氣制動(變頻)試驗曲線圖

2.2整車效率

2012年國務(wù)院關(guān)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(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的總要求和“推進(jìn)交通運輸節(jié)能，進(jìn)一步提升運輸工具能源效率”的主要任務(wù).要推行節(jié)能減排，標(biāo)準(zhǔn)必須先行，標(biāo)準(zhǔn)研究必須緊緊圍繞國家的大政方針，引領(lǐng)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(jī)車在額定電壓下，于不同速度運行時，機(jī)械輸出功率與直流輸入功率之比.由于架線式電機(jī)車和防爆特殊型蓄電池式電機(jī)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(jī)車要求在額定供電電壓條件下，電機(jī)車處于額定負(fù)載、額定速度時的效率應(yīng)不低于70%；對于變頻調(diào)速蓄電池式電機(jī)車要求在額定電壓、額定速度、額定牽引力的條件下，電機(jī)車的整車效率應(yīng)不低于65%.

2.3恒速運行

變頻調(diào)速電機(jī)車作為未來工礦電機(jī)車發(fā)展趨勢，其具有無級調(diào)速、運行平穩(wěn)的先進(jìn)性和優(yōu)越性越來越凸顯.作為標(biāo)準(zhǔn)研究應(yīng)引領(lǐng)質(zhì)量的發(fā)展，因此對電機(jī)車提出“應(yīng)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(jī)車應(yīng)做到的，也是體現(xiàn)變頻電機(jī)車的優(yōu)勢所在.機(jī)車恒速運行典型曲線如圖2所示.

圖2　機(jī)車試驗電壓、速度、電流與時間關(guān)系曲線圖

2.4電網(wǎng)適應(yīng)性

2.5專利應(yīng)用試驗方法

本系列標(biāo)準(zhǔn)一大突出特點，是引用了試驗裝置的專利技術(shù).標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)涉及專利的管理規(guī)定(暫行)》以及GB/T20003.1-2014《標(biāo)準(zhǔn)制定的特殊程序第1部分：涉及專利的標(biāo)準(zhǔn)》的要求，因為本系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種可選方法，為非必要專利，所以僅在標(biāo)準(zhǔn)文本前言中進(jìn)行了說明[6].

機(jī)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(jī)車輪，通過機(jī)車輪在軌道輪上滾動，從而模擬機(jī)車在鐵軌上的運行.機(jī)車綜合試驗臺軌距可調(diào)，應(yīng)用于所有噸位的窄軌工礦電機(jī)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(jī)運行試驗、電制動特性和電網(wǎng)適應(yīng)性試驗方面得到了很好的應(yīng)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(jī)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(fù)載電機(jī)，7-飛輪裝置，8-牽引桿，9-牽引座)圖3　機(jī)車綜合試驗臺機(jī)械系統(tǒng)圖

3　標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)是近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用于窄軌工礦電機(jī)車的新技術(shù)，在國外也無專門針對應(yīng)用該項技術(shù)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn).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(jī)車》，其它國外生產(chǎn)企業(yè)普遍執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).因此，通過變頻調(diào)速窄軌工礦電機(jī)車系列地方標(biāo)準(zhǔn)的制定，能有效提高現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平，起到標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)質(zhì)量發(fā)展和把握話語權(quán)的作用.

3.1標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用是科技創(chuàng)新的關(guān)鍵

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在科技創(chuàng)新中的作用，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)對科技創(chuàng)新發(fā)揮著技術(shù)門檻和知識產(chǎn)權(quán)載體的作用.由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)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(shù)創(chuàng)新，標(biāo)準(zhǔn)必須先行，在定位技術(shù)指標(biāo)時，需充分調(diào)研、高瞻遠(yuǎn)矚，不僅要充分考慮了該行業(yè)產(chǎn)品最新的技術(shù)水平、技術(shù)參數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的可操作性，而且還要為未來的技術(shù)發(fā)展提供框架和發(fā)展余地.此次系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，率先在行業(yè)中提出整車效率等技術(shù)指標(biāo)，并引用國內(nèi)先進(jìn)的專利技術(shù)，將有利于促進(jìn)本行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，提升產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平.

3.2專利應(yīng)用有利于推動標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新

標(biāo)準(zhǔn)化與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，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(biāo)準(zhǔn)與專利的結(jié)合能極大提高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平，提高創(chuàng)新過程的整體效率水平，加快創(chuàng)新性科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.因此在標(biāo)準(zhǔn)的起草階段，應(yīng)進(jìn)行充分的調(diào)研，了解與標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的現(xiàn)有專利情況和專利水平，確定所制定的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制定過程中，按照國家有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的根本

標(biāo)準(zhǔn)的實施效果是檢驗標(biāo)準(zhǔn)是否適用、是否能引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本依據(jù).在系列標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制定程序嚴(yán)格按照“中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法”、“國家標(biāo)準(zhǔn)管理辦法”和“標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則”等的有關(guān)規(guī)定，通過在產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)、檢驗和科研等領(lǐng)域的宣貫和應(yīng)用，促進(jìn)了企業(yè)技術(shù)進(jìn)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(shù)支撐.通過應(yīng)用凸顯了標(biāo)準(zhǔn)各項內(nèi)容的先進(jìn)性、合理性和可操作性.

[1]王忠敏，等.標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)知識實用教程[M]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

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

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

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

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

[6]國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會 國家知識產(chǎn)權(quán)局. 國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化.

F416.472

A

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