矿井运输与提升机车运输

第四章机车运输第四章机车运输第四章机车运输第四章机车运输2019/8/1024.1概述矿用机车分类：按使用动力不同，矿用机车分内燃机车和电机车两种。按电源性质不同，电机车有交流的和直流的，矿井提升中以后者应用最广。按供电方式不同，直流电机车分架线式、蓄电池式、架线蓄电池式电机车和架线电缆电机车等几种。注意：机车运输线路坡度有限制，运输轨道坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。我国井下架线电网的直流电压有100V、250V和550V三种。第四章机车运输2019/8/103介绍两种主要电机车（1）架线式电机车交流电在变流所整流后，正极接在架空线上，负极接在轨道上。架空线是沿运输轨道上空架设的裸导线，机车上的受电器（集电弓）与架空线接触，将电流引入车内，经车上的控制器和牵引电动机，再经轨道流回。因此，架线式电机车的轨道必须按电流回路的要求接通。其供电系统见图4-1。4.1概述第四章机车运输2019/8/104图4-1架线式电机车的供电系统1—牵引变流所；2—馈电线；3—受电弓；4—架空线；5—回电线；6—电机车；7—矿车；8—轨道4.1概述第四章机车运输2019/8/105第四章机车运输2019/8/106（2）蓄电池式电车机蓄电池式电车机是用机车上携带的蓄电池组供给电能的。电机车的蓄电池放电到规定值时需要更换、充电。蓄电池的充电一般在井下充电房进行。因此，每台电机车须配备2～3套蓄电池组。这种机车的优点是：无火花引爆危险，适合在有瓦斯的矿山使用；不须架式，运输线路不受限制，使用灵活，对于产量较小、巷道不太规则的运输系统和巷道掘进运输很适用。其缺点是：须设充电设备；初斯投资大；用电效率低，运输费用也较高。4.1概述第四章机车运输2019/8/107第四章机车运输2019/8/108第四章机车运输2019/8/109矿用电机车有下列一些优点：牵引力大。电机车采用直流串激牵引电动机，该电动机特性能使机车获得较大的牵引力。维护费用小。电机车运行速度较高，最高可达26km/h，而且只需一个司机操作就可以，所需辅助人员少，维护简单，动力消耗不大。可改善劳动条件。电机车运行不受气候的影响，由于采用电力拖动，不会产生废气，避免了空气污染，大大改善了井下作业环境。矿用电机车的缺点：基建投资较大（架线式电机车要铺设轨道、安装架空线、设置牵引变流所）；架线式电机车需要有较大的巷道断面，会产生不良的杂散（漏电）电流，而蓄电池式电机车蓄电池组成本较高。4.1概述第四章机车运输2019/8/1010窄轨矿用架线式电机车型号及主要技术性能参数识别ZK3-7/250架线电压为250V电机加轨距为762mm电机车质量为3t矿用电机车直流电动机4.1概述第四章机车运输2019/8/10114.2矿用电机车的机械设备及电气设备矿用电机车由机械和电气设备组成。机械设备：包括车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、齿轮传动装置、撒砂装置、缓冲器和联接器、警钟等。电气设备：包括牵引电动机、控制器、受电器、变阻器、保护和照明装置等。其基本结构见图4-2。第四章机车运输KBC121234101189657MNAL图4-2架线式电机车的基本构造1—车架；2—轴承箱；3—轮对；4—制动手轮；5—砂箱；6—牵引电动机；7—控制器；8—自动开关；9—启动电阻器；10—受电弓；11—车灯；12—缓冲器及连接器4.2矿用电机车的机械设备及电气设备第四章机车运输2019/8/1013第四章机车运输2019/8/1014第四章机车运输2019/8/10154.2.1矿用电机车的机械设备（1）车架车架是电机车的主体，电机车上的全部机械和电气设备均安装在车架上。见图4-3。24315362878图4-3电机车的车架示意图1—侧板；2—端板；3—隔板；4—电阻室；5—电动机室；6—司机室；7—连接器；8—缓冲器第四章机车运输2019/8/1016（2）轮对机车轮对是由两个压装在轴上的车轮和一根车轴组成。车轮一般由轮心和轮圈热压装配而成。轮心是用铸铁或铸钢制成，轮圈是用钢轧制而成。这种结构的优点是轮圈磨损后可以更换，轮心仍可继续使用，而不致使整个车轮报废。见图4-4。321456图4-4矿用电机车轮对1--车轴；2--轮心；3--轮圈；4--轴瓦；5--齿轮；6--轴颈图4-4矿用电机车轮对1-车轮；2-轮心；3-轮圈；4-轴瓦；5-齿轮；6-轴颈4.2.1矿用电机车的机械设备第四章机车运输2019/8/1017第四章机车运输2019/8/1018（3）轴承和轴箱轴箱安装在车轴两端的轴颈上。车架及其上面全部设备的重量经弹簧托架传给轴承和轴箱，然后经轴承和轴箱传给轮对。见图4-5。（4）弹簧托架弹簧托架是轴箱与车架之间的中间装置。其作用是缓和电机车在运行时的冲击和震动。弹簧托架是用长度不同的板弹簧叠起，中间用钢箍套结而成，箍的底部支撑在轴箱上。见图4-5。123图4-5弹簧托架1—均衡梁支轴；2—均衡梁；3—板弹簧4.2.1矿用电机车的机械设备第四章机车运输（5）制动装置制动装置是为了在运行中迅速减速或停车之用。制动装置有机械制动和电气制动两种，电气制动不能使电机车完全停住，因此每台电机车都装有机械制动装置。机械制动装置按操作方式分为手动的和气动的两种。123图4-6电机车机械制动系统示意图1—手轮；2—制动杆；3—螺杆；4—均衡杆；5—拉杆；6—闸瓦；7—正反扣螺栓4.2.1矿用电机车的机械设备第四章机车运输2019/8/1020（6）齿轮传动装置小型矿用电机车一般是用一台牵引电动机通过传动齿轮同时带动两个轴的传动方式。中型矿用电机车有两台电动机，每台电动机分别带动一个轴转动。（7）撒砂装置为了增加电机车的车轮与钢轨之间的粘着系数，需要往轨面上撒砂。（8）联接和缓冲装置在电机车车架的前后两端均装有联接和缓冲装置（见图4-3），联接装置的作用是连接矿车并传递牵引力，缓冲装置的作用上缓和电机车所受的冲击和震动。4.2.1矿用电机车的机械设备第四章机车运输2019/8/1021第四章机车运输2019/8/10224.2.2矿用电机车的电气设备目前，我国生产的电机车的牵引电动机都是直流串激电动机，因为它能较好地适应矿山井下的工作条件。与其他激磁方式的直流电动机比较，直流串激电动机用作牵引电动机，在经济上和技术上都具有较好的特性。4.2.2.1牵引电动机第四章机车运输2019/8/10234.2.2.1牵引电动机（1）串激电动机电动机优点串激电动机具有较大的启动力矩和过载能力，它能以不大的电流产生较大的启动转矩，故在要求相同的启动转矩条件下，要求的牵引电动机容量就可以小些。串激电动机的转矩和旋转速度能随列车运行阻力及行驶条件自动地进行调节。当架线电压变化时，直流串激电动机转速随电压变动，而牵引力不变，电机车仍能起动。两台串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。串激电动机构造简单，体积和重量较小。第四章机车运输2019/8/1024（2）串激电动机电动机缺点直流电动机转子上有线圈和换向铜头、碳刷等，故障率高，维修费用大；直流调速器由凸轮控制触头的通与断，断开时产生的电弧经常烧蚀触头，维修量大；直流调速器带电阻器运行，电能白白消耗在电阻上，同时，电阻发热还会导致电阻片烧坏。调速性能较差；为有级分档调整，不能均匀调速。爬坡能力不如变频电机车；机车传动维修量大。直流电阻调整电机车，由于电阻调速没有缓冲时间，尤其是突然加速时，很容易造成齿轮的冲击损坏；闸瓦使用寿命短。4.2.2.1牵引电动机第四章机车运输2019/8/1025直流串激电动机的适用范围：海拔不超过1200m；在遮荫处空气最高温度不超过40℃；最低空气温度不低于-25℃；最湿月的月平均最大相对湿度不大于90%。随着电力电子技术的发展，交流变频技术已经应用于架线电机车上，以下是直流电阻调速电机车和交流变频调速电机车的技术性能比较。4.2.2.1牵引电动机第四章机车运输2019/8/1026序号项目直流电阻调速电机车交流变频调速电机车1电动机可靠性直流电动机转子上有线圈易磨损的换向铜头、碳刷等，故障率高，维修费用大；三向异步交流电动机转子上没有线圈，是由硅钢片压制成的铁滚子，几乎不会损坏。2调速器维修量直流调速器由凸轮控制触头的通与断，断开时产生的电弧经常烧蚀触头，维修量很大；变频调速器没有触头、接点，基本无维修。3节能性直流调速器带电阻器运行，电能白白消耗在电阻上，同时，电阻发热还会导致电阻瓷架和电阻片烧坏。不用高耗能降压电阻，节能率可达35%，如果一个独立供电系统全部采用变频调速电机车，电机车可设置成惯性馈电功能，可利用重车下坡时电机车发出的电能回馈到直流架线上，供给此时正在空车上坡运行的电机车电能，这样节电率＞60%。4调速性能(1)分档调速，不可能均匀调速，低速行驶时，司机需不停地在1档和0档之间转换。(2)调速器只能加速，不能减速，减速是靠电制动或手制动实现。(3)直流电动机的转速随负载变化，下坡运行时机车很快，易发生事故。(4)不允许司机突然加速，否则损失电动机和调速器。(1)无级均匀调速，频率最低可调至0.1HZ。(2)为全速度段控制方式，速度不仅可以调高，还可以调低，车速的快慢与停车完全由调速手把控制。(3)可设定电机车最高车速限制，一旦车速设定，下坡行驶时，机车不会超过设定的车速，避免司机开飞车造成事故。(4)允许司机在零速启动时突然加速到最大值，因变频调速器的频率上升时间为5s，即使司机违反操作规程突然加速，机车仍需5s时间才能到达最大值。5牵引力15.4kN(10t电机车)可达22kN，10t电机车可达到和超过12t电机车的牵引力。第四章机车运输2019/8/1027序号项目直流电阻调速电机车交流变频调速电机车6爬坡能力只能在＜11‰的坡道上行驶，由于没有零速制动功能，上坡停车时，机车会向下坡方向溜车，此时用手制动来不及。可以在60‰的大坡道上行驶，并可以在上坡时仅用零速制动功能就能将机车制动在60‰的大坡道上，并还可以再启动把重车组拉上来。7机车维修量(1)由于电阻调速没有缓冲时间，突然加速时容易造成齿轮的冲击损坏。(2)闸瓦使用寿命短，一般1个月需更换。(1)由于变频调速器上升速度是缓慢上升的，避免了齿轮之间冲击，延长了齿轮的寿命。(2)变频调速电机车是全速度段控制，加速和减速全由调速手柄控制，减速时不用闸瓦制动，闸瓦基本不磨损。8经济效益该电阻调速机车是100年前英国人设计的，耗电多，维修量大，维修费用高(1)变频调速器节电率为35%，按10t电机车2台24kW，电动机每天运行18h，日节电302.4kW，按0.65元/kWh，日节电费196.56元，年节电费64864.8元。(2)由于交流电动机转子不损坏，调速器不用更换触头、导电板、凸轮、基本不维修，闸瓦片基本不磨损，不用更换，每年节约材料费、工时费可达1万元，（仅修1台直流电动机需5000元）(3)如整个供电系统全部采用变频调速电机车，电机车设置向直流架线馈电功能节电率按保守的50%计算，每年节电费可达102492元，9价格比较14.5万元（10t电机车）20.5万元第四章机车运输2019/8/1028（3）电气制动矿用电机车除采用机械（闸瓦）制动之外，还采用电气制动。矿用电机车应用最多的电气制动是动力制动，也称能耗制动。其原理是根据牵引电动机在一定工作条件下可以转变为发电机运转的可逆性。当牵引电动机转变为发电机工作时，利用列车的动能转变为电能。这时，电流将转变为相反的方向，使电动机轴上产生制动力。动力制动的优点是不从电网吸取电能，线路比较简单，同时产生的机械冲击也不大。其缺点是制动过程电动机中有电流通过，因此电机绕组的温度要增高。此外，采用动力制动不能达到完全停车，还需使用闸瓦制动。4.2.2.1牵引电动机第四章机车运输2019/8/10294.2.2.2控制器控制器的用途是：使牵引电动机与电源接通或断开；在电动机电路中加入或撤出电阻；改变电动机的旋转方向；在两台电动机的情况