8T变频防爆蓄电池机车
一、变频防爆蓄电池机车产品简介
CTL8/9P-140V防爆特殊型蓄电池电机车为我公司自主设计、开发的节能型电机车。该电机车调速控制器采用国际先进的变频调速技术，具有节能、稳定、保护齐全等优点。机车性能可靠、运载能力强，高效节能。适用于年产品量百万吨以上煤矿用。
一）变频防爆蓄电池机车产品型号含义
二）防爆蓄电池机车产品用途
本产品主要用于有煤（岩）与瓦斯（沼气、甲烷）存在的矿井和全风压通风的主要风巷以及瓦斯矿井的主要回风道和采区进回风道，掘进的岩石巷道而无架线的井下巷道牵引矿车组、运输器材及人员。
三）蓄电池机车产品使用环境
1.海拔高度不超过1200m。
2.周围空气温度为＋40℃，温度为－20℃。
3.大气压力：（80-110）kPa。
4.最湿月月平均相对湿度为95%（同月月平均温度不大于＋25℃）。
5.按《煤矿安全规程》所规定的环境。
四）蓄电池机车产品总体结构概述：
产品主要由机械和电气两大部分组成。
1、 机械部分
电机车的机械部分主要由车架装置、顶棚装置、走行装置、制动装置、撒砂装置、减震弹簧、缓冲装置、弹簧装置等组成。
a.车架装置
车架由优质钢板焊接而成（钢板厚度30mm），具有强度高、不易变形的特点。整个车架通过V型橡胶弹簧支承在走行装置的轴承座上。车架前后端为司机室，司机室比同类产品的司机室宽敞，驾驶员活动空间大。司机室内装有座凳、刹车制动手轮、司机控制器等设备。
b.顶棚装置
车棚安装在司机室周边，车棚为薄钢板焊接结构，可防止雨水和落石，保护司机安全。
c.变频防爆蓄电池机车走行装置
走行装置由减速箱、轮对、轴箱装配、联轴器、托架、吊杆等部分组成。牵引电机安装于托架上，电机功率通过一对正齿轮和一对锥齿轮传递到轮对上，此时转速降低，扭矩增大，为机车提供强大的动力。走行驱动装置采用全封闭二级齿轮传动，锥齿轮和小正齿轮材料采用20CrMnTi，齿面进行了渗碳淬火等热处理工艺；渗碳层深度1.0～1.4mm，淬火后齿表面硬度HRC58～62，大齿轮材料采用42CrMoA，热处理后齿表硬度HRC50～55；轮轴采用45号钢，热处理后硬度为HB230～260，具有足够的强度和刚度；车轮采用轧钢轮缘和铸钢轮心过盈套装，具有良好的强度和耐磨性能。
d.制动装置
电机车制动系统的合理设计，是运行安全的保证。本机车采用电制动和机械制动二种方式。使用电制动性能安全、可靠、效果好；同时，本车两端司机室还设置了机械制动手轮，通过连杆和一对齿轮将两端制动机构联结起来，从而使任意一端操作均能达到制动减速的目的，且互不影响。
e.撒砂装置
本装置采用砂箱摇摆振动落砂原理，两箱砂箱分别配置于轮对两侧，通过操作人员踩住踏板，拉杆拉动压缩弹簧，砂箱摆动落砂。我们公司的撒砂装置通过技术改进，撒砂孔改为槽状，且槽宽间隙可调整，改进后的撒砂装置在踩动踏板后，撒砂箱箱体会来回摆动，凝结成块的砂子会松散，从而顺利的实现撒砂，能使砂粒准确均匀地撒在轨面上，增大了撒砂面积，提高了车轮与轨面间的摩擦力，加强了制动效果。
f.缓冲装置
缓冲器装置由弹簧、外壳、内壳、牵引销等组成，主要用来挂车和减缓车辆运行时的碰撞冲击。
g. 弹簧装置
本机车弹簧装置是4对新材料、新结构、新工艺的V型橡胶弹簧所组成的一系4点支承装置。这种新型结构可以吸收三维方向的振动，对机车运行中的左右定位更好，且摆动小，提高了机车运行的平稳性。既能改善车轮的粘着性能，提高牵引力的发挥，又提高了由V型橡胶组成的弹性悬挂装置的使用寿命，相当于传统弹簧的10倍，大大降低了维修费用。
2、 电气部分
电机车的电气部分由矿用隔爆型变频调速器、矿用隔爆型变频调速牵引电动机、防爆特殊型电源装置、矿用隔爆型插销连接器、隔爆型LED照明灯、电子喇叭及连接导线等构成。
1）矿用隔爆型变频调速器
我公司自行研发的变频调速司控器采用国际先进的智能模块化设计，全电子电路调速，起动平稳，无冲击，具有性能可靠、安全、节能、稳定、保护齐全等优点，是目前国内先进的调速设备。其主要优点及特性详见《防爆特殊型蓄电池变频调速电机车优点与特性》。按招标方要求两端司机室均可独立操作，且具有闭锁功能。
1、基本原理
异步电机的调速原理
电机输入的电压频率：f，磁极对数：p
6路SPWM脉冲驱动信号控制U、V、W三相交流电输出。一个IGBT模块对应一 相输出。驱动信号严格控制着IGBT管子的开通与关断，使三相交流电的每一相之间相差120°相位角。
2、功能概述
本系列矿用隔爆型变频调速箱与蓄电池供电的牵引电机车配套使用，适用于 井下有爆炸性瓦斯（甲烷）混合物的矿井中，符合《煤矿安全工程》要求。
3、主要性能参数
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型号
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额定输入直流
电压(V)
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额定输出功率(kW)
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输出电压范围(V)
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输出电流范围(A)
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工作频率（Hz）
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BPB-30/140X
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140
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2×15
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0~100
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2*(0~121)
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1~54
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4、可靠性
良好的机械制造基础与完善检测流程
精选性能优异，使用寿命长器件，主要器件包括：
变频控制电路、电容器、IGBT、电流霍尔传感器
启动平稳，加减速时间可调，电气制动性能优异
与上一代产品操作相似，确保操作人员在操作习惯上顺利向新产品的过渡
各类保护：
欠压（0.85Vn）、过压（1.2Vn）、过流（1.2In）、短路
堵转（电机堵转一段时间后实行保护）
接地故障、三相失衡
隔爆型蓄电池式变频调速电机车优点与特性
优点
1. 节能
由于我公司生产的变频电机车采用国际先进的（DTC）直接转距控制技术来实现闭环调速，输出的速度完全由司机给定，并且在制动时能够把电机产生的能量转化到蓄电池，所以变频电机车比斩波电机车更节能。
稳定
变频调速起动平稳，无冲击，转速可达0.5r/min，控制精度高，牵引力大于电阻调速车。启动，停车，上坡，下坡和弯道时不必频繁改变调速档，均可平稳运行。不易掉道，安全系数高。
保护齐全 变频调速电机车具有短路、失速、欠压、过温、缺相保护。
维护量小 变频司控器采用全电子电路调速无机械磨损，电机采用三相交流电机，维护量小。司控器具有减速延时功能，所以对传动系统没有冲击和损害，极大的减少了维护量。
特性
电机辨识：直接转矩控制是基于在电机启动期间建立的的电机模型。在启动电机时会自动进行电机辨识励磁，其间，电机在零速时励磁30秒钟左右以建立电机模型。
直流励磁：是指在电机启动前由传动单元自动给其励磁，该功能保证电机能具有高达120%电机额定转矩的启动转矩。
直流抱闸：该功能可将电机转子锁定在零速，当速度给定和电机速度均降到预设的直流保持速度以下时，传动单元使电机停止并将直流注入电机。当速度给定再次超过直流保持速度时，传动单元重新开始正常工作。
励磁优化：当传动单元在额定负载以下运行时，磁通优化设计能降低总能耗和电机的噪声水平。依负载转矩和速度的不同，电机和传动单元的总效率可以提高1%到10%。
恒定转矩：典型的传动单元是以使电机磁通矢量按圆形旋转的模式来控制电机磁通的。但当在弱磁点之上操作时（弱磁点频率典型为50或60Hz），不可能达到100%的输出电压，传动单元的峰值负载能力要低于全电压时的负载能力。如果选择六角形的磁通控制；则在弱磁点以下，选择圆形磁通旋转模式；而在弱磁范围以内则按六角形模式控制。当频率从弱磁点的100%增加到120%时，应用模式也逐渐改变，使用六角形磁通模式，使其能够达到电压输出，并且尖峰负载能力要比圆形旋转磁通模式时高。
保护功能：可监控保护、堵转保护、欠载保护、电机缺相、电机热保护。
变频调速机车与电阻调速机车的性能比较表
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电阻调速机车
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变频调速机车
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工作
方式
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改变电阻值控制车速，直流电机工作，换向和调速利用铜质接触点工作，寿命短，容易烧坏。
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采用变频控制技术，控制逆变电路将直流电变换成交流电，控制交流电机，整机无触点，大大延长了使用寿命。
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启动牵
引性能
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起动冲击大，安全性能差。
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起动平稳，无冲击，转速可达0.5r/min，控制精度高，牵引力大于电阻调速车。启动，停车，上坡，下坡和弯道时不必频繁改变调速档，均可平稳运行。不易掉道，安全系数高。
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机械
磨损
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司控、闸瓦、电机和齿轮箱，轴承，磨损点多，更换频繁，损耗大。
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司控器采用全电子电路无磨损，电机采用三相交流电机，维护量极少。司控器具有减速延时功能，所以对传动系统没有冲击和损害。
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保护
功能
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无
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具有短路、失速、欠压、过温、缺相保护、功能齐全。
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效率
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不到70%
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99%
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操作
性能
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有级调速
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无级调速，调速平滑顺畅，电制动时能对蓄电池充电，加减速时间可自由设立。
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维修
情况
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维护频繁、工时长、使用寿命短。优点：基础好，直观。
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模块化设计，使用寿命长，更换简便用时短，有故障显示功能。但需要维修人员有一定的专业知识和通过技术培训。
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故障率
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高
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低
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节能
效果
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差
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比传统机车节能35%左右
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安全
性能
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低
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l 采用无级调速方式，运行平稳，起动无冲击，从全速到制动停车时间仅需5-10秒钟时间，（可根据实情设定）在下坡道时，能保持匀速运行，杜绝了飞车现象，而且变速操作轻松自如。整机电路设定了失速、欠压、缺相、过温和短路保护。变频调速控制器的调速手柄和换向手柄的安全有效操作寿命均在5万次以上。
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维修
费用
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机车成本8%以上
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l 变频机车的电机极少磨损，使用寿命长，各项技术参数可达到国际通用电机标准。
l 制动因采用电制动（电机发动机运行，通过逆变电路整流成直流回馈到蓄电池中），在减速停车时不需使用闸瓦减速制动，闸瓦不用更换。
l 机械传动部分，变频控制器能的检测到电机的各项技术指标。在起动、运行、弯道、坡道、加速、减速、停车时均自动给电机以相应的电气参数，对机械传动部分不会造成冲击，状态性能转换平稳、所以机械传动部分的有害损耗大大降低。
l 变频调速控制器：智能模块化设计，高品质的原器件，合理的电路结构，使其使用寿命比传统司控器大大延长。设计使用寿命为8万小时，实际使用寿命可达5万小时以上，并具备故障显示功能，能使判断和排除故障一目了然，减少了维修人员的劳动强度，提高了工作效率。
l 蓄电池的使用寿命延长了30%.
综合以上各项每年节约的资金将非常可观。
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2）矿用隔爆型变频调速牵引电动机
本机车配置两台交流牵引电动机，该电动机从根本上解决了直流牵引电机故障多、维修频繁的缺点。主要技术参数如表一所示。
表一 YBVF-15Q技术参数
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工 作 制
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小 时 制
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额定功率（kW）
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15
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额定电压（V）
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100
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额定电流（A）
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117
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额定转速（r / min）
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1060
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额定频率（Hz）
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54
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恒转矩（Hz）
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0-54
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恒功率（Hz）
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54-115
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绝缘等级
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F级
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重量（kg）
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205
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3）防爆特殊型电源装置 (型号：DXT-140/440)
该装置主要由箱体和蓄电池组成，箱体采用喷塑新工艺，有效的保证了箱体良好的绝缘性能。安装时，由电源箱挡板定位，放置在车架上，为机车提供直流电源，可充电重复使用。我公司按招标方要求配置阀控式免维护蓄电池，在与本公司变频调速控制器配合使用的情况下，能延长蓄电池的使用寿命。
4）隔爆型插销连接器（型号：DCB-200/250）
用于接通电源和机车电路，内置熔断器起保护整机电路的作用。
5）隔爆型LED照明灯（型号：DGY12/24L(A)
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型号
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额定电压
（V）
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额定功率
（W）
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照度
（1x,40m处测试）
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重量
（kg）
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尺寸（mm）
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DGY12/24L(A)
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DC 24
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12
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≥2
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9.8
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φ153×204
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该产品为我公司自主设计研发的节能环保产品，选用了进口高亮度的LED冷光源发光二极管，具有功耗低（仅12W）、稳流、稳压、节能、寿命长等特点。双色光（白色和红色）设计，行车时前进方向为白色照明，车尾部为红色警示，控制开关安装在司机控制器的换向轴上，灯光可随换向轴的换向自动切换，其照度（已通过国家权威机构检测）明显优于煤矿安全规程的相关规定。我公司生产的隔爆灯在维修成本上低于其他厂家，如果灯芯烧坏可更换，而同行生产的LED隔爆照明灯不带红灯，需增加信号灯，提高了配置成本，如果灯芯烧坏需整套更换，相比之下我公司生产的隔爆灯大大降低了维修成本，而价格比其他厂家低30%以上，并且灯芯使用寿命长达5年。
6）防爆电子喇叭（型号：DLEC-24）
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型号
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额定电压
（V）
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额定电流
（A）
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额定功率
（W）
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频率
(Hz)
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声级强度
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DLEC-24
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24
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1-1.5
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24
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440-470
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距讯响中心50米处
大于等于70dB
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我公司生产的矿用浇封型电子喇叭（DLEC-24），采用先进的电子元器件和集成芯片组合而成，性能稳定可靠，声音传距远，使用寿命长。且在同样的声音级别下，喇叭所需的功率低，只有24W以下，而市面上的防爆电子喇叭功率一般在35W左右。喇叭连续鸣叫时间长。本产品的优势：如果出现故障，可以维修，且维修方便，费用低。而同行生产的电子喇叭如果出现故障，只能整套更换。
7）车载式甲烷报警断电仪(型号:DJB4C-250)
根据用户要求车载式甲烷报警断电仪可安装在机车驾驶室内，车载式甲烷报警断电仪由甲烷传感器和甲烷报警断电仪主机组成，安装在机车驾驶室内，当甲烷浓度达到预置的报警值时，甲烷传感器能发出声光报警信号，控制主机断电并锁定，在特殊情况下需要开动机车时，必须使用专用工具强行送电，机车才能开动。
8）矿用隔爆型蓄电池电量指示器 （型号：FBL-0.07/192）
根据用户要求，本型机车司机室内可安装隔爆型蓄电池电量指示器，其外壳为隔爆结构，面板上通过发光管闪烁发出报警信号，指示蓄电池和电机是否漏电。
二、、变频防爆蓄电池机车产品主要参数及主要功能配置（见表二）
三、、变频防爆蓄电池机车产品执行的标准与规定
我公司设计、制造的蓄电池式防爆特殊型电机车引用、符合的标准和规定如下：
1、标准
1）MT491-1995 《煤炭防爆蓄电池电机车通用技术条件》；
2）GB4695-1984 《窄轨机车车辆 车轮踏面形状与尺寸》；
3）JB5865-1991 《窄轨工矿电机车轮对系列》；
4）GB10095.1-2008 《圆柱齿轮精度制第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值》；
5）GB10095.2-2008 《圆柱齿轮精度制第2部分：径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值》；
6）GB11365-1989 《锥齿轮和准双曲面齿轮精度》；
7）JB3267-1991 《窄轨工矿电机车用闸瓦》
8）JB/T3114-1997 《直流工矿电机车试验方法》；
9）JB/T6480-1992 《牵引电机基本技术条件》
10）Q/DBCL012-2011 《BPB系列蓄电池电机车隔爆变频器》
11）MT/T334-2008 《煤矿铅酸蓄电池防爆特殊型电源装置》；
12）JB/T3942-1997 《煤矿蓄电池式电机车用隔爆型插销连接器》。
2、规 定
《煤矿安全规程》相关规定。
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