第四章___矿用电机车

第四章矿用电机车本章重点：电机车的种类及适用范围；列车运行的三种状况；列车运行理论；机车运输的列车组成计算。了解内容：轨道的结构及标准矿车的种类机车的结构组成§4.1概述一、矿用电机车的作用矿用电机车主要用于井下运输大巷和地面的长距离运输。它相当于铁路运输中的电气机车头，牵引着由矿车或人车组成的列车在轨道上行走，完成对煤炭、矸石、材料、设备、人员的运送。二、原理\使用条件牵引电机驱动车轮转动，借助车轮与轨面间的摩擦力，使机车在轨道上运行。在这种运行方式下，它的牵引力不仅受牵引电机功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约。机车运输能行驶的坡度有限制，一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。三、矿用电机车的形式及分类按电能来源电机车分为矿用直流架线式电机车(ZK型)和矿用蓄电池式电机车(XK型)。按电机车的黏着质量分类，架线式电机车有：1.5t、3t、7t、10t、14t、20t几种；蓄电池式有2t、2.5t、8t、12t几种。按电机车的轨距分为600mm、762mm、900mm三种按电压等级，架线式电机车有100（97）V、250V、550V三种；蓄电池式电机车有40/48V与110/132V两个等级目前我国煤矿使用的电机车都是直流串激电动机。按供给直流电源的方式分，有架线式和蓄电池式两种。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。图4-l架线式电机车的供电系统1-牵引变流所；2-馈电电缆；3-受电弓；4-架空线；5-机车；6-轨道；7-回馈点；8-回馈电缆；9-矿车1架线式电机车的工作过程：蓄电池式电机车的工作过程：蓄电池提供的直流电经隔爆插销、控制器、电阻箱进入电动机，驱动电动机运转。电动机通过传动装置带动车轮转动，从而牵引列车行驶。架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免产生火花,《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可燃性材料。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，蓄电池放电到规定值时需更换。《煤矿安全规程》的有关规定：（1）全风压通风的低瓦斯矿井的主要运输巷道内，可以使用架线电机车，但巷道支护必须使用不燃性支护。（2）在高瓦斯矿井的主要运输巷道内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池式电机车，如果使用架线电机车，必须采取特殊措施以满足《煤矿安全规程》的一系列规定。(3)在瓦斯突出的矿井和瓦斯喷出区域中，进风主要巷道内或主要回风巷道内，都应用矿用防爆特殊型蓄电池式电机车，并必须在机车内装设瓦斯自动检测报警仪。蓄电池式电机车有防爆安全型和矿用防爆特殊型两种。增安型的电动机、控制器、灯具、电缆插销等为隔爆型，蓄电池和电池箱为安全型，允许用于全风压通风的低瓦斯矿井主要运输巷道、掘进岩石巷道。防爆特殊型的电动机、控制器灯具、电缆插销等为隔爆型，蓄电池为防爆特殊型。主要用于瓦斯矿井的主要回风道和采区进风及回风道。四、矿用电机车的优/缺点优点：①牵引力大。机车采用直流串激牵引电动机，该电机特性能使机车获得较大的牵引力。②维护费用小。电机车运行速度较高，最高可达26km／h，而且只用司机一人操作就可以，所需辅助人员少，维护简单，动力消耗不大。③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，大大改善了劳动条件，保证了井下工人的安全。缺点：基建投资较大(架线式电机车要铺设轨道、安架空线、设牵引变流所)；架线式电机车需要有较大的巷道断面；会产生不良的泄漏电流；（杂散电流）蓄电池式电机车蓄电池组成本较高。五、电机车运输的发展方向(1)电机车运输高度自动化(2)采用大型电机车和大容积的矿车(3)使用新型电机车，如德国采用了交流工频架线式电机车；返回§4.2轨道与矿车一、矿井轨道矿井轨道是将钢轨按一定要求固定在线路上构成的，是机车运行的基础件。（一）轨道的结构组成：下部建筑、上部建筑两部分下部建筑：巷道底板和水沟，上部建筑：钢轨、联接零件、轨枕和道床(道碴层)。钢轨：直接承受载荷，并经轨枕将载荷传递给道床及巷道底板。轨枕：用于固定两根轨条，并使其保持规定的轨距；防止钢轨纵向和横向移动，保证轨道的稳定性。轨枕承受钢轨的压力，并将压力较均匀地传递给道床。轨枕类型：木质钢筋混凝土道床：由道碴层组成，承受轨枕的压力，并均匀地分布到巷道底板上。轨道线路的主要参数：轨距、轨型、坡度、曲率半径。轨距：两条钢轨的轨头内缘的间距，用Sg表示。国内标准轨距有600mm、762mm、900mm三种。轮缘距：轮对两车轮轮缘外侧之间距，用S1表示。钢轨的型号(二)弯曲轨道轨道的坡度用两点间的高差和水平距离之比表示，通常用i，表示，其数值取千分数。巷道坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。外轨要抬高，轨距要加宽，弯道半径不能太小。(三)道岔组成：基本轨、尖轨、辙叉、护轮轨、转辙轨、转辙机构及一些零件转辙机构：手动搬道器、弹簧转辙器和电动转辙机二、矿用车辆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。单轨吊车卡轨车无轨胶轮车（一）矿车的类型及标准规格按结构和用途分类：(1)固定车箱式矿车。(2)翻转车箱式矿车车箱能侧向翻倾卸车0.6翻斗式矿车脚踏式翻斗矿车双侧卸式矿车(3)底卸式矿车按车底开启的方向，有正底卸式和侧底卸式之分。在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸。侧底卸式矿车：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：专用于装运长材料。(5)平板车：装运大件设备。(6)人车它是有座位的专用乘人车，分斜井人车、平巷人车。插爪式斜井人车抱轨式斜井人车平巷人车(7)梭车车底装有刮板链，是在短距离内运送散料的特殊车辆，可用于掘进工作面运煤矸。(8)仓式列车它与梭车的相同之处是车底装有刮板链，不同之处是由多节短车箱铰接构成的。其它专用车辆，如炸药车、水车、消防车等。(二)矿车的基本参数矿车的基本参数包括：矿车的容量、装载量、自身质量、外形尺寸、轨距、轴距以及连接器的允许牵引力等。矿车的两个重要经济技术指标(1)容积利用系数：即矿车有效容积与外形尺寸所得容积之比值。容积利用系数越大越好。(2)车皮系数：即矿车质量与货载质量之比值。车皮系数越小越好。三、电机车的基本部件矿用电机车是由机械设备和电气设备两大部分组成。电机车的机械设备组成：车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂装置、齿轮传动装置及连接缓冲装置等。1．车架车架是机车的主体，是安装的基础,包括:车梁、缓冲器和轴卡。车梁：矿车的主要承载部件。缓冲器：直接承受牵引力和冲击。轴卡：车架与轮对的连接体，目前多采用插销式。2．轮对轮对是矿车的行走部分，（1）轮箍和轮心热压装在一起的结构（2）整体车轮。3.轴箱轴箱是轴承箱的简称，内有两列滚动轴承，与轮对两端的轴颈配合安装。轴箱两侧的滑槽与车架上的导轨相配，上面有安放弹簧托架的座孔。4.弹簧托架组成：弹簧、连杆、均衡梁构成一个组件。作用：缓和运行中对机车的冲击和振动。弹簧：一付板簧或橡胶弹簧和加装液压减振缸。5.齿轮传动装置类型：（1）单级开式齿轮传动（2）两级闭式齿轮减速箱传动6.制动装置作用：保证电机车在运行过程中能随时减速或停车。类型：气动闸、液压闸和手动闸三种。7.撒砂装置作用：用来向车轮前沿轨面上撤砂，以增大车轮与轨道间的摩擦系数，从而获得较大的牵引力或制动力。撒砂的方法：手动和气动两种。砂箱内装的砂子应是粒度不大于1mm的干砂。矿用电机车的加砂装置1、3-拉杆；2-摇臂；4-锥体；5-出砂导管；6-弹簧《煤矿安全规程》规定：倾斜井巷运输时，矿车之间的连接、矿车和钢丝绳之间的连接都必须使用不能自行脱落的连接装置。矿车的连接钩环、插销和无极绳运输的连接装置的安全系数都不得小于6。运送人员车辆的每一个连接器、钩环和保险链的安全系数都不得小于13。矿车连接装置至少每2年进行一次2倍于最大静荷重的拉力试验。8.连接缓冲装置架线式电机车上采用铸铁的刚性缓冲器；蓄电池式电机车上则采用带弹簧的缓冲器，以减轻电池所受的冲击。矿车车箱车箱：矿车装盛物料的箱形容器。固定车箱式矿车的车箱多采用半圆形车底。箱底开排水口。底卸式矿车的车箱为可开启的平底，车箱下口的两侧有翼板，供卸载时支撑运行。§4.3列车运行理论（1）研究作用于列车上的各种力与其运动状态的关系（2）研究列车牵引力和制动力的产生等问题一、列车运行的基本方程式假设（简化）条件：电机车与列车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的，整个列车为一刚体（各部分的速度和加速度都是相同的）。列车运行有三种基本状态：(1)牵引状态：列车在牵引电动机产生的牵引力作用下加速启动或匀速运动。(2)惯性状态：牵引电动机断电后，列车靠惯性运行，一般这种状态为减速运行。(3)制动状态：列车在制动闸瓦或牵引电动机产生的制动力矩作用下减速运行或停车。达朗伯原理：（动静法）设有一质点的质量为m,加速度为a，作用在质点上的合力为F，则根据牛顿第二定律：W——惯性阻力。其大小等于质点的质量与加速度的乘积，方向与质点加速度方向相反，与质点的惯性有关。如果在质点上除了作用有真实的主动力外，再假想是加上惯性阻力，则这些力在形式上组成一个平衡力系，把实际运动的体系就转换为相对静止的体系——达朗伯原理。00WFmaFmaF（一）牵引状态：作用在列车上的力有三个：牵引电动机牵引力F：与列车运行方向一致列车运行静阻力Wj：与运行方向相反列车加速运行惯性阻力Wa(亦称动阻力)：与运行方向相反列车在牵引状态下力的平衡方程式：0ajWWF0WWajFWaWj1、惯性阻力列车运动：（1）平移运动部分：ma（2）电动机的电枢、齿轮及轮对等部件的旋转运动部分旋转部件的转动惯性阻力用惯性系数γ计入到平移运动惯性阻力中，即γma。amWa)1(式中Wa—列车的惯性阻力，kN；m—列车全部质量，t，m=(P+Q)；P—电机车质量，t；Q—矿车组质量，t；γ—惯性系数，对矿用电机车一般取γ=0.075，也可近似取γ=0.10；a—列车加速度，一般取0.03m/s2～0.05m/s2。将γ值和m值代入上式可得Wa=1.075(P+Q)akN2、静阻力列车运行的静阻力包括:基本阻力、坡道阻力、弯道阻力、道岔阻力及气流阻力等。对于矿用电机车，由于运行速度低，后三者都不予考虑，只考虑基本阻力和坡道阻力。（1）基本阻力Wo基本阻力：轴颈与轴承间的摩擦阻力、车轮在轨道上的滚动摩擦阻力、轮缘与轨道间的滑动摩擦阻力以及矿车在轨道上运行时的冲击振动所引起的附加阻力等。基本阻力是通过试验测定列车运行阻力系数（基本阻力与矿车总重之比）来确定的。基本阻力gQPW）（0式中W0——列车运行的基本阻力，N；ω——列车运行基本阻力系数；g——重力加速度，取10m/s2。（2）坡道阻力Wi坡道阻力：列车在坡道上运行时，由于列车重力沿坡道倾斜方向的分力所引起的阻力。sin(gQPWi）式中β——坡道倾角。电机车运输时β角很小，因此sinβ≈tanβ=i，i为轨道坡度，一般取平均坡度3‰。上式中的sinβ用i代入得giQPWi）(在计算时，列车上坡运行上式取“+”号，下坡运行取“-”号。列车运行全部静阻力为基本阻力与坡道阻力之和，即)()(0igQP将各式代入式平衡方程式中，整理得出列车在牵引状态下必须产生的牵引力为agiQPF075.1)（）（——列车在牵引状态下的基本方程式利用这个方程式可求出在一定条件下电机车必须给出的牵引力，或根据电机车额定的牵引力计算出列车中的矿车数。0WWajFamWa)1(aWa)QP(075.1++gQPW）（