4章 矿用电机车

第四章矿用机车及车辆河北工程大学机电学院第一节轨道结构及标准第二节矿用车辆第三节矿用机车第四节机车运行理论及计算第一节轨道结构及标准一、工矿用轨道结构及标准矿井轨道是由巷道底板和铺在巷道底板上的钢轨、轨枕、道床、连接零件两部分组成。钢轨直接支撑着列车车轮，承受列车的负荷并把负荷传给枕木，形成平滑而坚固的轨道，以减小列车运行阻力。钢轨的断面形状一般为工字形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。轨头供车轮运行并承受车轮的压力。轨头粗大，有足够的强度，耐磨损。轨腰的作用是提高轨头，便于接轨；传递轨头承受车轮的压力于轨底、轨枕。轨底要有足够的面积，以便于把钢轨固定在枕木上。钢轨的型号是以每米长度的重量(kg/m)来表示。矿用钢轨有11kg/m、15kg/m、18kg/m、24kg/m和38kg/m几种型号。使用时应根据运铺设备类型、使用地点、提升方式、行车次数和行车速度选择轨型，按表4-1选用。轨枕用于支承和固定钢轨，以使两根钢轨保持一定的距离，防止轨道纵向和横向移动，保持轨道的稳定性，并将钢轨的压力较均匀地传递给道床。轨枕有木质、钢筋混凝土和钢质的3种。道床由道砟层组成，承受钢轨传来的压力，并均匀地分布到巷道的底板上，同时防止轨道的纵、横向移动及缓和车轮对钢轨的冲击。二、露天矿用轨道结构及标准露天矿用钢轨的断面为工字形，与矿井用钢轨的断面相似。其类型也以每米重量表示。我国大部分国铁为50kg/m，繁忙干线采用60kg/m，露天矿用钢轨大部分为43kg/m。第二节矿用车辆一、矿井用车辆矿用车辆有标准窄轨车辆、卡轨车辆、单轨吊挂车辆和无轨机动车辆。标准窄轨车辆就是通常说的矿车。这种矿车是目前我国煤矿使用的主要车辆。1．矿车的类型(1)固定车厢式矿车。需用翻车机卸车。(2)翻转车厢式矿车。车厢能侧向翻倾卸车。(3)底卸式矿车。车底开启卸车，在专设的卸载站、整列车在运行中逐个开启自卸。主要优点是进卸载站的行车方向不受限制，卸载时的车速易控制、卸载曲轨不受撞击。底卸式矿车装卸能力很高，能满足大型矿井的需要。(4)材料车。专为装运长材料用。(5)平板车。专为转运大件设备用。(6)人车。它是有座位的专用乘人车，分斜井人车和平巷人车两种。(7)专用矿车。主要有炸药车、水车、卫生车及消防车等。2.矿车的技术特征矿车的技术特征包括容量、矿车中货载质量、外形尺寸、轨距及轴距等。(1)矿车容量•以m3计，通常习惯以矿车中货载质量吨位来计算（煤的松散密度一般为0.9t/m3，矸石的松散密变为1.6t/m3）。•提高矿车吨位可以提高运输效率。对一定年产量的矿井来说，矿车吨位增大，可使矿车总数减少，故障机会也相应减少，维修量也减少。另外矿车数减少，装载时调动次数也减少，每列车相应长度也可缩短，需要的错车等道的时间也相应缩短。但是提高矿车吨位常涉及到巷道、井筒及铁路等方面的问题，并且需要提高设备机械化水平，需要配备相应的轨枕及钢轨等。《煤炭工业设计规范》规定：矿车类型及其适用井型见表4-2.(2)矿车外形尺寸矿车横向尺寸应与轨距相适应。当矿车容积相同而轨距不同时，一是使较小轨距的矿车宽度增大，同时加高车箱高度；二是使矿车宽度保持不变，只加高车箱高度。(3)轨距目前采用的轨距有900、762(750)、600(610)及450(457)mm等。《煤炭工业设计规范》规定，今后新建矿井统一为600和900mm两种轨距。还提出：为使施工与生产轨距一致，今后井上、下窄轨运输，应逐步统一为600mm轨距。(4)轴距矿车轴距约为矿车长度的1/3。矿车的容量愈大，轴距愈大。同样容量的矿车，底卸式的轴距大于固定式的轨距。轴距的确定应经过纵向稳定性的计算。轴距还与轨道的曲率半径有关，轴距愈大，曲率半径愈大。曲率半径过小会使矿车在通过弯道时运行阻力急剧增加。按规定：井下轨道曲率半径为矿车轴距的7~10倍。(5)车皮系数车皮系数为矿车质量与货载质量之比。车皮系数越小越好。(6)容积利用系数容积利用系数为有效容积与外形尺寸所得的容积之比。容积利用系数越大越好。露天煤矿开采用电机车运输时，运输物科绝大部分为煤炭和矿石，且装卸地点较固定，为了加速车辆周转，一般均采用漏斗车或自翻车运输，可提高装卸效率。漏斗车按其结构可分为无盖和有顶两大类。漏斗车卸货是利用货物的重力作用从卸货门自流卸出。卸货门有集中或单独的开闭机构，其开关方式可分为风控风动、电控风动和手动3种。车内设有与水平呈一定角度的漏斗板，其倾角随所承运的货物品种而不同。卸货门设在车底部或侧部。自翻车是一种无盖的货车，是工矿企业的专用车。在卸货地点操纵作用阀，即可利用列车管充人储风筒的压缩空气进入倾翻风缸或由车上油泵供给的高压油进入倾翻油缸顶起车体成45°角，同时倾翻侧的侧壁自动开启，货物沿着倾斜的地板卸至轨道一侧。这种卸货方式效率极高，适宜于装卸频繁的矿山运输。二、露天矿用车辆倾翻装置由倾翻管路系统、倾翻风缸、门扇抑制装置等3部分组成。倾翻管路系统出管路、贮风筒和各种阀类组成，它是车辆倾翻的操纵系统。系统和门扇抑制装置，控制车体的倾翻和侧门的开闭动作。倾翻风缸安装在下部底架的两侧。工作时，只有在下部底架同一侧的两个风缸同时起作用。压缩空气首先充入储风筒，然后经过各阀门，进入倾翻风缸，使内外活塞上升顶起车体，以达到车体同一侧倾翻的目的。门扇抑制装置由折页、抑制肘、底架支承、抑制弹簧等组成，它控制侧门的开闭动作，并决定车辆的倾翻性能。抑制肘是通过圆销与车体底架横梁上的支座相连接的；抑制弹簧是通过丝杆系于抑制肘和车体底架中梁上的。在正常位置，折页的下端头支撑在抑制肘的滚子上，处于直立状态，因此侧门随之也成直立状态，货物不能流出。这时，抑制肘内端支于底架支承上，不会发生转动，侧门通过折页被抑制肘牢固地支撑着。第三节矿用机车机车是轨道车辆运输的一种牵引设备，按使用的动力分，有电机车和内燃机车。牵引电机(或内燃机)驱动车轮转动，借助车轮和轨面间的摩擦力，使机车在轨道上运行。一、井矿用电机车的类型目前我国煤矿的运输机车都是使用直流串激电动机的电机车。按供给电源的方式分：有架线式和蓄电池式2种。机车运输随行驶的坡度有限制，运输轨道坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。架线式电机车的供电方式。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。架空线是沿运行轨道上空架设的裸导线，机车上的受电弓与架空线接触，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。架线式电机车的外形如图4-6蓄电池式电机车由车上携带的蓄电池供电，运输线路不受限制，但需要充电设施，蓄电池放电到规定使时需更换。如图4-7所示的蓄电池电机车，只一端有驾驶室。向另一端运行时，蓄电池箱阻碍司机视线，司机只好探身室外观望，容易发生事故。采用双驾驶室能解决这一不安全因素，现在已有双驾驶室蓄电池式电机车。架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免发生火花，《煤矿安全规程》规定，只能在低瓦斯矿井进风(全风压通风)的主要运输巷道内使用，巷道支护必须使用不燃性材料；在高瓦斯矿井进风(全风压通风)的主要运输巷道内，如使用架线式电机车，必须遵守下列规定：(1)沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌碹或锚喷支护；(2)有瓦斯涌出的掘进巷道的回风流，不得进入有架线的巷道中；(3)采用碳素滑板或其他能减小火花的集电器；(4)架线电机车必须装设便携式甲烷检测报警仪。二、井工矿用电机车机械结构及电气设备（一）井工矿用电机车机械结构机械设备包括车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂装置、齿轮传动装置及联接缓冲装置等。(一)车架车架是电机车的主体结构，是由钢板焊接而成，前后板厚20mm，侧板厚22或24mm，中间隔板厚16mm。电机车上所有设备都安装在车架上，车架又用弹簧托架和铁棒支承在轴承上。(二)轮对轮对是由两个压装在轴上的车轮和一根车轴所组成。车轮是由轮心2和轮圈3热压装配成的。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，而不致使整个车轮报废。矿用电机车采用双主动轴。(三)轴承和轴箱车轴通过轴承和轴箱承受车架及其上全部设备的重力。轴箱安装在车轴两端的轴颈上。矿用电机车的轴箱：箱内装有一对滚柱轴承4，箱壳两侧的滑槽9与车架相配，在不平的轨道上运行时，轮轴能在车架中上下移动。轴箱之上部有弹簧托架，此弹簧托架可起缓冲作用。在箱壳上部有安装弹簧托架铁棒的座孔8。(四)弹簧托架弹簧托架的作用是缓和运行中对机车的冲击和震动。矿用电机车的均衡托架：前轴（右轴）上的弹簧托架是单独作用，后轴（左轴）上的弹簧托架的一端固定在车架上，另一端用均衡梁1连接，均衡梁1的中点用铰轴安在车架上。均衡梁的作用：当有一个车轮上的负荷增加时（例如轨道局部突起），能通过均衡梁的作用把负荷分配到另一个车轮上去一部分，以避免一个车轮过载，一个车轮欠载。(五)制动装置制动装置是为了在运行中迅速减速和停车之用。制动装置有机械的和电气的两种，电气制动装置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有手动的和气动的两种。电机车机械制动装置：四个车轮的内侧各装一个闸瓦9（或10），闸瓦铰接在制动杆7或8上。每侧的两个制动杆的下端用正反扣调整螺丝11相连，此调整解丝用来调整闸瓦与车轮轮面的间隙。两个制动杆用连杆12连接，连杆12的顶端铰接在车架上，作为固定支点。拉杆6的左右移动使闸瓦进行制动或松闸。拉杆6的动作是由手轮1经螺杆2和螺母4组成的螺旋副传递的。螺杆装在车架的孔内，手轮和螺杆只能转动不能移动。螺母4固定在均衡杆5的中间，螺母不能转动只能移动。均衡杆5的作用是将螺旋副的推力平均地传给两个拉杆6。(六)加砂装置加砂装置的作用：向机车车轮前的钢轨上撒砂，以增大粘着系数。加砂装置包括有四个砂箱，这四个砂箱由司机室中上下两个手柄操纵，一个手柄操纵两个砂箱。两个手柄均靠弹簧复位。如图4-8所示，当拉动一个手柄时，手柄臂将拉杆1向左拉，于是摇臂2将拉杆3向上提，锥体4向上，与砂箱底之间拉开一条缝，砂子由此缝流出，经出砂导管5落在轨面上。砂箱中装有颗粒不大于1mm的干砂。(七)齿轮传动装置在小型矿用电机车上，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。在中型矿用电机车上，用两台牵引电动机分别带动两个轴。传动装置为一级齿轮减速。牵引电动机的一侧用抱轴承1安在车轴上，另一侧用机壳上的挂耳2通过弹簧吊挂在车架上。这种安装方式既能缓和运行中对电动机的冲击和震动，又能保证传动齿轮处于正常啮合状态。在14t及20t电机车上，由于采用高旋转速度、尺寸较小、功率较大的牵引电动机，所以采用二级齿轮减速。齿轮在减速箱内工作，既能提高其传动效率，又能增加其寿命。电动机的一端用凸缘与减速箱联接，另一端用机壳上的挂耳通过弹簧挂在车架上。(八)联接缓冲装置矿用电机车的前后两端都有联接和缓冲装置。为了能牵引具有不同联接高度的矿车，联接装置一般是做成多层出口的。缓冲装置有刚性和弹性两种。蓄电池式电机车用弹性缓冲装置，以减轻对蓄电池的冲击。架线式电机车用刚性缓冲装置。（二）牵引电动机及其控制1.直流串激电动机的特性直流串激电动机的优点：1)串激电动机起动时，能以不大的电流获得较大的起动转矩，因而在要求相同的起动转矩条件下，可以采用较小功率的电动机。2)串激电动机的转矩和旋转速度随着列车运行阻力及行驶条件而自动地进行调节。当电机车上坡行行驶或负荷较大时，需要较大的牵引力，随着牵引力的增大，电动机的转数会自动地降低。这样，一方面保证了运行安全，另一方面不致从电网吸取过大的功率。在同样的牵引力变化下，串激电动机的电流变化或功率变化较小，因而可以合理地利用牵引变流所的设备和减小馈电电缆及架空线的截面积。这种特点是由于串激电动机具有软的牵引特性所决定的。3)两台串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。4)当架空电网的电压变动时，只影响串激电动机的转数，而不影响其转矩。由于两台电动机特性有差异或前后车轮直径不相等，两台电动机的转数不等，会引起各电动