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信息内容
科宇电器——四极直流串激电机可行性报告
发布者:admin 发布时间:2015-04-14 15:41:29 阅读:606

一、项目申请的必要性:

目前我国铁路上使用的铁路道岔转辙机是我国上世纪50年代从东欧国家引进的其上世纪二三十年代的技术。于上世纪七十年代在我国形成规模生产的使用。铁路用电动转辙机从实质上看是一种以电动机为动力源的机械控制设备。

电动铁路道岔转辙机是保障铁路列车安全行车的关键性信号产品,同时也被铁路部定为一类信号产品。

这些年,铁路列车行车速度、载重、运行效率的不断提高,已经成为中国铁路大发展的一个标志。这样对铁路信号产品要求也就越来越高。另外,城市地铁、城际轻轨铁路发展迅速,也对信号产品提出了新的要求。

目前铁路道岔转辙机设备用电机均采用小功率短时工作制的两极串激直流电机。该电机电磁和热负荷均高。该电机采用圆环式径向转换器,电刷磨耗大、炭灰多、转定子和炭刷同处在一个腔内,电机工作时炭灰直接飞溅到转子和定子的绕组上,因而易造成绝缘不良问题,故障率较高,需半年拆下维修或更换,浪费了大量的人力、物力和资金,给铁路列车行车安全留下隐患。

综上所述情况,公司组织科研攻关,研发出适应新情况的新型电机:四极直流串激电机。

该电机特点是:电流小、效率高、免维修,寿命可达100万次。

四极直流串激电机已申请实用新型专利,申请号:89203814.4。

二、公司简介及基本情况:

公司成立于2001年2月,出资人为西安交通大学和自然人谢立刚,公司注册资本为人民币500万元,公司法人为赵新宇。

公司自成立以来,以销售开发高科技产品为主,公司代理经销霍尼韦尔变送器、美国费舍尔高压阀门、凯旋泵业,独立开发了路灯电缆故障检测仪,取得了良好的经济效益。公司为了进一步发展壮大并紧扣国家产业投资政策聘请老专家,合作开发了铁路电动道岔转辙机专用电机:四极直流串激电机。

新型四极直流串激电机,改叠绕组为波绕组,保持一对电刷,降低磁负荷和线负荷,减少了铁损和铜损,在相同体积下提高了电机输出功率,降低了工作电流。由于导线增粗杜绝了断线的可能性。采用盘式平面换向器取代了环式径向换向器,将转向器封闭在一个单独的空间防止碳刷灰的飞溅,从而克服了绝缘不良的弊端。由于采用这些技术措施,不仅克服了传统电机设计上的缺点,而且提高了电动转辙机的整机性能。

与老电机比较在电磁设计参数方面采取降低气隙磁通密度11%,降低线负荷25%,增粗导线截面积30%,降低电机热负荷48%。在相同条件下新研制的电机较原电机工作效率提高5%以上,工作电流降低5%。实测电机效率达78.6%,超出传统电机效率10%左右。

经查阅,国内外均无此设计。鉴于在铁路电动转辙机上首次创新采用小功率四极串激电机以及该电机的新颖结构和优良性能。设计者已为该电机申报了实用新型专利,申请号:89203814.4

公司项目负责人简历及简介

该项目负责人谢立刚:1992年毕业于西安交通大学电机系,毕业后分配到西安电机厂,先后任车间技术员,技术科副科长。2001年离职与交大母校合作成立陕西科宇恒润科技发展有限公司,从事高科技产品代理销售和新型路灯电缆检测仪的开发工作。2007年至今牵头开发铁路道岔专用机——四极直流串激电机。

丁文彬

 1962年毕业于北方交通大学铁路信号设计与控制专业,1986年赴美国GRS公司学习一年。是原铁道部道岔研究中心成员之一,西安铁路信号工厂总工程师、技术副厂长,电动铁路道岔转辙机ZD—6机型电动机主设计者。成功地组织并实施了“世行”为西安铁路信号工厂1000万美金的贷款技术改造项目。是道口自动栏木机、电动转辙机微机可控电磁负载测试台,新型开闭器(目前已经在西门子公司电动转辙机上使用),新型直流四级串激电机等主设计者,新型轻轨电动铁路道岔转辙机的主设计者。

主要实用新型发明专利有:

1. 铁路道岔转辙设备无维修自动开闭器(专利号:ZL98207994.X,日期:1999年9月4日)

2.电动脱轨机(专利号:ZL9921498991    日期:2000年10月14日)

3.一种整体绝缘鱼尾板(专利号:ZL01201128.2  日期:2001年11月28日)

4. 转辙机可控负载试验台(专利号:ZL01229454.3  日期:2002年5月15日)

5.耐震型电动转辙机移位接触器(专利号:ZL200520004806.4日期:2006年4月5日)

6.电动转辙机硬直流串激电机(已申报国家专利,申请编号:89203814.4)

 

郑朝元

1965年毕业于重庆大学电机系电机及电器专业。毕业后分配到铁道部电务设计事务所,从事AX型继电器防震设计研制。高级工程师

1966年,调入西安铁路信号厂研究所主要从事新产品、新器材的研制工作。

1966年至1980年:

1.进行铁路道口信号自动栏木研制,并将此设备成功应用于我国援建的非洲坦赞铁路上。

2.参加对原电动铁路道岔转辙机的技术改造。

3.参加北京丰台西站驼峰自动化绳索牵引小车研制。

4.参加北京-天津列车运行自动化车站作业联系且列车跟踪车次窗的研制。

5.参加驼峰用交流电动铁路道岔转辙机的研制。

1981年至2002年:

1.为解决工厂AX型继电器出厂检测问题,研制了CJ-1型微机控制的AX型继电器测试台。并分别应用于西安、沈阳两个AX型继电器生产厂家的出厂检测自动线上。

2. 相继研制了CJ-2型、CJ-2型微机控制的AX型继电器测试台,并成功推广。

3.参加四级直流串激电机的研制。

4.研发25Hz、50 Hz的交流二元二位继电器试验台。

1989年晋升为高级工程师。并担任铁道部通信信号总公司西安器材研究所的副总工程师。

2002年退休,于2007年受聘陕西科宇恒润科技发展有限公司副总工程师。积极投入到了“新型电动铁路道岔转辙机”的研发。

主要实用新型发明专利有:

1. 转辙机可控负载试验台(专利号:ZL01229454.3  日期:2002年5月15日)

2. 耐震型电动转辙机移位接触器(专利号:ZL200520004806.4日期:2006年4月5日)

 

董福棉

1981年毕业于吉林大学,在学校学习机械制造工艺自动化。1981年毕业后,分配到呼和浩特市工作,1985年调入西安铁路信号工厂搞技术工作。上世纪90年代初任西安铁路信号工厂电动铁路道岔转辙机研发中心主任,ZD—8型大功率铁路专用转辙机设计专责,参与了铁路用大功率ZJ—9电动铁路道岔转辙机设计、试制、上道试验等一系列科研项目。1992年在与德国合资成立西安西门子公司建成时任中方技术代表,主拟该项目可行性分析报告,为中德双方建立合资公司奠定了可靠的技术保证。

2005年内退,2007年加盟陕西科宇恒润科技发展有限责任公司,任项目副总监。协助项目总监谢立刚组织研发新型电机的工作,并担任一小部分的设计工作。

同时作为销售副总经理,始终把各户的需求放在第一位,坚持以各户为先导的理念,积极进行市场开发和培育,对新进员工培训。使他们对铁路信号产品有一定的感性认识。积极联系各个路局对公司新产品配合做现场实验和宣传推广。

公司拥有一批具有优良专业素质和丰富经验的专家,工程师群体。公司现有技术人员9名,其中高级工程师教授5名,工程师4名,研发人员占总人数的30%

2008年公司销售收入为243.9054万元,利税60.61万余元,负债20.45万余元,总资产为505.22万元。

公司目前运行良好,对本项目的前期研发开发费、材料、差费,以及人员工资均可承担。产品开发后,进入后期样品的生产,到各路局现场试验,以及相关检测设备购置,以及至产品最终定型量产,资金缺口较大。

三、项目实施方案

1.项目的目标

随着时代的进步,现有电动铁路转辙机由于技术老化,已不适应现代铁路发展的趋势,由于列车行车速度、载重、行车效率的提高,老式电动铁路转辙机动作时间长,动作频率的加大,致使匹配电机损坏加大,维修加大,影响铁路运输效率,存在较大安全隐患。所以我公司经调研决定和相关专家合作开发一种新型的高效高可靠性,无维修体积小、节能的电机——四极直流串激电机。该电机与原电机具有完全互换性,以保证新产品能快速进入干线铁路中发挥作用。

2.项目的主要内容及技术方案

对电动铁路转辙机而言,是要研制一种高效率的具有软机械特性的小功率短时工作制的直流电动机或三相交流电动机,首要地是研制直流串激电动机。由于直流串激电动机具有“软”的机械特性,因此电动转辙机一般多采用直流串激电动机,但市场供应的250瓦左右小功率直流串激电动机其效率一般都小于70%,因而需要在电机设计上采取措施(中国缺铜,电缆容量有限,信号产品电流要求苛刻,不的不如此),研制出一种效率接近或达到80%的功率250瓦左右的直流串激电动机。此外直流电机的电刷及电刷碳粉对定转子绕组绝缘的损害是铁路现场电动机维修工作量大的主要原因,因而选择无刷或是磨耗小的电刷结构也是转辙机电机研制的重要课题。以高效率和减少碳刷维修工作量为目标的电机研制工作,首先是从探讨应用直流无刷电动机开始的。经过对直流无刷电动机原理的深入分析以及实地试验证明,直流无刷电动机由于采用电子电路换向和控制转子转动方向,当电子电路故障或受到严重电磁干扰时,容易发生转错方向的故障。这样的问题对于铁路信号系统来说是巨大的隐患,它甚至可以造成重大的行车事故。因而否决了这一方案。采用稀土永磁电动机是新电机研制中的第二个阶段。在电动转辙机中采用永磁电动机的难点在于如何转换电动机的旋转方向。一般永磁电机改变转向只须改变转子电流方向即可。但这种方法在铁路信号控制系统中必须采用极性保持式的颠倒继电器为转子倒换极性,由于该种继电器在铁路现场应用中频繁出现错误倒极故障,因而已于上世纪六十年代废止使用。因而研制中曾设计一种具有双转子绕组的永磁电动机,但由于采用双转子绕组和双倍的电刷,从而增加了电机的损耗使永磁电机方案很难在电机效率上比老式电机有所突破。故这一方案最终也遭到放弃。在研制永磁电机方案中曾采用4极电机结构,从电磁计算和试验结果看性能优于传统的2极方案。这种结果给研制人员一种提示:在电机设计中有时要选择几种极数进行方案比较才能确定优选的方案。对于转辙机电机而言由于电机功率仅250瓦左右,在传统设计中习惯性的采用了两极电动机,而没有对采用四极方案做详细的比较。在无刷电机和永磁电机方案不适用于转辙机的情况下,按着传统结构采用四极方案改变电磁和结构设计,此求达到提高电机效率和解决现存断线、绝缘不良等问题,也不失是一种正确可行的途径。为此研制人员对四极串激电机方案进行了深入研究,经过反复地样机试验终于得出了一个理想的方案。该方案从电磁设计和结构设计两方面采取措施,以期达到提高效率,解决断路和绝缘不良的目标,事实证明,效果良好。

3.项目研究涉及的关键技术描述

 与老电机比较在电磁设计参数方面采取降低气隙磁通密度11%、降低线负荷25%、增粗导体截面积30%、降低电机热负荷48%,这些措施大大降低了电机铜耗和铁耗,降低了电机温度,为提高效率、降低温度,解决断线问题创造了技术和指标上的保障。

在结构方面采用盘式平面换向器取代了传统的环式径向换向器,并利用平面换向器的圆盘的外圆与电机端盖间形成一种间隙性密封,使电刷与换向器处在端盖与换向器形成的封闭空间,如此可以杜绝碳刷灰侵入到转子和定子绕线上,因而可以解决电机因碳刷灰侵害定转子绕线造成的绝缘不良的故障。为了减少电刷摩擦损耗,本设计中采用了波绕组,使的四极电机仍然保持使用一对电刷。按照前述电磁参数和结构设计研制的电机样机取得了优良性能,在相同条件下新研制的电机较原电机工作电流降低5%,提高电机效率5%以上,实测电机效率达78.6%,基本满足了接近或达到效率80%的研制目标。

本项目产品属于技术创新,应用创新及结构创新。

4.项目的阶段与进度安排

l        2008年完成电机的设计研发工作,并完成30台样机用于试验。

l        2009年元月——2009年7月完成电机实验室试验和现场试验。

l        2009年8月——2009年12月完成电机小批量试生产500台,在相关路局试销售,并完成电机的最终定型。

l        2010年元月——2010年6月完成电机批量生产的各项准备工作,同时完成电机小批量生产1000台。

l        2010年7月——2010年12月开始批量生产300台/月

l        2011年全面大批量生产并面向全国推广,达到年产7000台。

5.资金筹措与使用

本项目预计需200万元,前期研发设计及样机所需费用约40万元,设计研发完成后,做现场实验以及聘请相关专家对新产品进行鉴定及论证约需25万元,以上为公司自筹。

要进入小批量生产及完善生产工艺过程中需购进一些检测设备及仪器,以及人员培训、聘请有相关技术的专家和技术人员,完成电机最终定型批量生产的各项准备工作约需95万元。

另外,还需购买一些加工设备用于批量生产约需40万元。

以上款项申请国家无偿资助100万,自筹100万。

四、经济及社会效益分析

1.市场前景

国内干线铁路道岔约16万余,每个道岔均有一台电机工作。另外还有大量的支线铁路和城市轻轨地铁和大量的备品,共计约34万余台。老产品电机每6个月需拆下维修或更换,市场拥存量巨大,前景看好。

本项目产品是铁路信号中核心设备电动铁路转辙机的专用电机——四极直流串激电机。电动铁路转辙机是保证铁路安全,高效运行过程中必不可缺的产品。

目前铁路道岔转换设备用电机,均采用小功率、短时工作制的两极串激直流电机。该电机该电机电磁和热负荷均高,采用环式径向换向器,电刷磨损大、炭灰多,转定子同在一个腔内。工作时碳刷灰直接飞溅到转子和定子的绕组上,因而造成绝缘不良等问题,故障率较高,需半年拆下维修或更换,浪费了大量的人力物力和资金。

我国干线铁路上使用的ZD-6系列“电动铁路岔道转辙机”产品有16万余台,加上各城市轻轨地铁,支线铁路和大量备品合计有30余万台。ZD-6是我国引进东欧上世纪三十年代的技术,经过技术改进于上世纪七十年代定型,每年报废约12000台,新修铁路增加约7000台。它们所使用的电机均为传统电机。我国为了应对金融危机拉动内需,在今后5年内向铁路投资不低于2万亿元,用于铁路的建设。另外,现在各个大城市纷纷修建地铁和城市轻轨,又增加了大量的需求,市场前景看好。

本项目产品在国内容量很大,目前该产品的功能已经成熟,在同行业技术方面处于领先地位。主要客户是铁道部各个路局,地方铁路公司,城市地铁和轻轨公司。

在“十一五”期间国家将向铁路投资2万亿元拉动内需,同时又有多座城市开建地铁和城市轻轨,新增大量需求。

随着项目产品的开发和推广,按照公司未来5年市场的计划:

1,    逐步占有干线铁路市场,使份额达到5%—8%,年产值可达到1440万元——2304万元。

2,    逐步占有城市地铁和城际轻轨市场8%—10%年产值可达144万元——180万元。

2.产品盈利预测

新型电机生产成本约850元。人工,税费、设备折旧、福利、水电等,管理费、销售费用综合约500元。每台盈利能达到450元/台。

我们每台售价定在1800元,是缘于现在老产品市场定价在1800元/台。

如果生产数量加大,电机生产成本大概还能下降10—30元/台。

在今明两年小批量生产,进行市场推广阶段大致有150万元的纯盈利。

3.社会效益分析

铁路干线使用新产品后,电动道岔因为电机原因造成的检修时间将减少次数和缩短,可以提高列车行车效率,增加铁路行车安全性。

五、风险分析和控制

1.技术风险

本项目的技术水平目前处于国内领先。核心技术对于竞争对手来讲还是空白,具有较大的技术先进和市场生产优势,并拥有自主的知识产权。整机在实验室进行了上百次的模拟实验,所取得的技术数据均负荷设计要求。因此,整机技术不存在任何风险。

但是,以后3、4年,是否能保证该项目的技术领先地位?因此公司必须要持续加大对该项目的投入,不断改进,创新、以保证领先地位。若能获得国家支持,将对该项目的顺利实施起到极大的作用。

2.管理风险

公司对于产品批量生产和人员培训,生产安全等方面的经验比较欠缺,以后可以聘请专门的专业人员充实公司管理层。

3.市场管理

对新产品的开发有明确的针对性,按计划快速开发快速收效,产品符合铁路市场的要求,科技含量高,能够取得较好的收益。

本项目实现的主要风险在各个路局对新产品的认知度上,这就需要有大量的有技术知识的销售人员和技术专家到现场做实验,办讲座,以期让一线铁路工作人员了解到新产品的科技优势。

我们通过以下销售策略以其缩短市场开发周期。

1.首先在西安和郑州两个铁路局打开局面,用1—2年时间在这两个铁路局认可并使用该项目产品,并取得该两路局对产品先进性、可靠性的认可,以此为突破口,打开全国其他路局产品销路的渠道。

2.在西安、郑州取得良好的局面下,针对全国做铁路产品的公司诚招代理商,由他们和公司一起加快新型电机在全国的普及成度。

3.对销售人员实行底薪与提成分离制,并定出一定的销售额,保证多劳多得的原则。

4.在2009年3月开始在铁路相关专业期刊杂志刊登文章介绍公司新型电机的各种优势。

5.公司正在积极筹措专门针对铁路客户的网页,在公司网站上强力推出新型电机的各种技术优势。

6.招聘多名网络销售人员,在公司网站的平台上对铁路各个使用部门发电子邮件介绍公司新产品。

7.印制精美邮政商业明信片,寄往各个路局相关使用部门,使他们对新产品先有一个感性的认识。

8.公司的老专家有很多的老同学、同事、部下等现在还在铁路一线工作,通过他们介绍推荐公司的新产品。

9.定期在全国各个路局免费举办新型电机与老产品之间对比的研讨会。以期在各使用部门的技术人员和领导强化对新型电机的认知度。

10.在资金充裕的情况下,前往北京铁道部,召开新型电机新闻发布会,以期在全国各个路局一举成名。

11.积极参加行业技术研讨会及展览会。

 

 
 

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