第三章 矿井窄轨铁路运输设备

第三章矿井窄轨铁路运输4课时第一节概述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(或内燃机)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，运输轨道坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。目前我国煤矿的运输机车都是电机车，使用的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。架线式电机车的供电方式如图4—1所示。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4一l架线式电机车的供电系统1—牵引变流所2—馈电线13—架空线；4—受电弓5—矿车，6—轨道；7—回电线架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免产生火花，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。蓄电池式电机车有矿用增安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或增安型，蓄电池和电池箱为普通型。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。蓄电池式电机车两端设司机室，对安全运行有利。矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，它有下列一些优点：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。电机车运输的缺点是：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，而蓄电池式电机车蓄电池组成本较高。电机车运输的发展方向是：①电机车运输高度自动化；②使用新型电机车，如德国采用了交流工频架线式电机车；③改进矿车结构，使用大容积的矿车。1、矿井轨道与车辆一、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。标准窄轨的结构如图4—2所示．轨道线路由下部建筑、上部建筑两部分组成。下部建筑主要是巷道底板和水沟，上部建筑是钢轨、联接零件、轨枕和道床。4-2标准窄轨的结构1—钢轨；2—道钉;3—轨枕;4—道床；5—底板；6—水沟轨道线路的主要参数有轨距、轨型、坡度、曲率半径。轨距是两条钢轨的轨头内缘的间距,如图4-3所示。国内标准轨距有600，762，900mm三种。图4-3轨道的轨距因为机车能牵引的坡度很小，所以轨道的坡度用高差和间距之比表示，通常用i表示。矿井用的钢轨属轻轨系列，钢轨的型号用每米长的质量(kg／m)表示。矿用轻轨系列按YB(T)23--86规定有9，12，15，22，30kg／m五种。矿用钢轨不仅要耐磨还要耐腐蚀。道岔是轨道线路的分支装置，如图4—4所示。道岔由基本轨、尖轨、辙叉、护轮轨、转辙轨、转辙机构及一些零件组成。道岔按轨距轨型有标准系列规格。搬动道岔的转辙机构有手动搬道器、弹簧转辙器和电动转辙机。在特定的运行条件下可使用弹簧转辙器。用电动转撤机对道岔可进行远距离操作和监视，现已有定型产品。图4-4道岔1—尖轨（岔尖）；2—基本轨；3—转辙轨；4—护轮轨；5--辙叉；6--转辙机构主要运输巷道轨道的维修质量必须符合下列要求；(1)更换钢轨时，应选用同类型钢轨；(2)扣件齐全、牢固并与轨型一致，轨道接头的间隙不得大于5mm，高低和左右错差都不得大于2mm；(3)两条钢轨顶面除曲线段外，高低差不得大于5mm；(4)轮距的任何部位上、下偏差都必须在+5mm和－2mm范围之内；(5)轨枕的规格数量和间距应符合设计要求，轨枕无失效。轨枕之间道碴填实，道床材质及厚度应符合标准。道床应经常清理，无杂物，无浮煤。架线式电机车使用的钢轨接缝处有专门的技术要求。轨道线路的结构完整，规格达标，是列车安全、稳定运行的基础，不能忽视。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。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。(一)矿车的类型及标准规格煤矿使用的矿车类型很多，按结构和用途分有以下几种：(1)固定车箱式矿车，如图4-5(a)所示，这种车需用翻车机卸车。(2)翻转车箱式矿车，如图4-5(b)所示，车箱能侧向翻倾卸车。(3)底卸式矿车，如图4-5(c)所示，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，如图4—6所示。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，侧底卸式卸车情况如图4-7所示。这种车的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，如图4—8(a)所示，专为装运长材料用。(5)平板车，如图4-8(b)所示，装运大件设备用。(6)人车，它是有座位的专用乘人车。分斜井人车、平巷人车两种。每辆斜井人车上都有防坠装置，在运行中断绳时，能自动平稳地停在轨道上。停车装置有插爪式、抱轨式两种。图4－5矿用车辆(a)固定车箱式；(b)翻转车箱式；(c)底卸式图4-6正底卸式矿车的缸载1-车箱；2-卸载曲线；3—卸载轮；4-轮对；5—底门转轴，6—底门；7一煤仓(7)梭车，如图4-12所示。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。在工作面向车箱内装满一堆时，开动车底的刮板链，将料堆移动一个距离，继续装车．直到将全车箱装满。装满车箱后，将梭车牵引到转载点，开动刮板链卸载，卸空后牵回工作面再进行装载。(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。此外还有各种专用车辆，如炸药车、水车、消防车等。图4-7侧底卸式矿车在卸载站开启底门图4-8材料车和平板车(a)材料车；(b)平板车图4-9插爪式斜井人车1-车体；2-双轴转向架；3-防坠装置的滑架；4-制动插爪；5-主拉杆；6-手动拉杆；7-传动弹簧；8-制动缓冲木图4－12梭车(二)矿车的基本参数及尺寸矿车已有国家标准，煤矿矿车基本参数及尺寸见相应标准。三、矿车的基本部件矿车的基本部件是车箱、车架、轮对、连接器。(一)车箱车箱是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，不仅加工方便，还有利于机械化清理车底的粘附物。采用低合金钢板制造车箱，耐磨和耐腐蚀性好。钢板厚度主要是考虑耐腐蚀的要求。为增加箱体的刚度，常在钢板上压出凸棱、箱口焊加角钢，箱底开排水孔。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，供卸载时支承运行，下口应有足够的刚度，防止变形。(二)车架车架包括车梁、缓冲器和轴卡。车梁是矿车的主要承载部件。除了车箱重力和牵引力外，在运行中要承受很大的冲击、振动等附加载荷。车梁一般用专用型钢制造。车架的两端装缓冲器。缓冲器是直接承受牵引和冲击的部件，过去大多采用螺旋弹簧吸收冲击，近来也有用橡胶弹簧的。轴卡是车架与轮对的联接件，目前多采用插销式。这种轴卡结构简单、拆装方便、运行可靠。轮对在轴卡内安装后，应该在轴向和径向都有一定的间隙，允许轮对在运行中作轴向蹿动，以减少线路不直对矿车的影响。大型矿车应采用弹性轴卡，以改善轮对的运行条件，延长轴承的使用寿命。弹性轴卡的弹性部件有橡胶、板簧或螺旋弹簧。(三)轮对轮对是矿车的走行部分，按结构不同，有开式和闭式两种。开式轮对的车轮有端盖，如图4—13(a)所示，便于拆装和调整轴承间隙，但是端盖增加了轴承进水的机会并易丢失。图4-13矿车车轮结构（a）开式轮对；（b）闭式轮对闭式轮对的车轮无端盖，如图4—13(b)所示，检修拆装轴承时，两轴承通过同一内孔，容易造成内孔加大而失效。(四)连接器目前矿车使用的连接器都是牵引链型，由牵引链、插销和插销座组成。牵引链有单环，三环和万能链三种。万能链用于不摘钩翻车机卸载。插销座与缓冲器铸成一体。连接器是涉及重大安全问题的部件，《煤矿安全规程》对连接器有严格的规定。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。上绳式无极绳运输用的连接装置的安全系数不得小于8。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。2、轨道车辆运输的辅助机械设备轨道车辆运输的辅助机械设备主要有翻车机、推车机、阻车器、爬车机。一、翻车机翻车机是固定车箱式矿车的卸车设备，如图4—14所示。由滚筒、传动轮、支撑轮、定位装置、传动装置、阻车器、底座、挡煤板等主要部件组成。按卸车时滚筒的旋转方向，有左侧式和右侧式之分，按卸车时是否需要将车组中的矿车摘钩，有摘钩和不摘钩之分；按滚筒中能容纳的矿车数不同，有单车和双车之分。还可按轨距和矿车吨位划分为不同规格。图4－14电动翻车机1一滚筒；2一挡煤板；13—定位装置；4—传动轮；5一底座；6—阻车器；7—支撑轮定位装置是使滚筒旋转一周卸载后，准确停车的装置。定位装置应有缓冲作用，以减轻冲击，延长设备的使用寿命。阻车器是矿车在滚筒内定位的装置。车进入滚筒，阻车器关闭，滚筒旋转一周后，阻车器打开。它的开闭与滚筒旋转动作有杠杆联动。二、推车机推车机是在短距离内推动矿车的设备，分列车推车机和装罐推车机两大类。列车推车机是在翻车机前的推车设备，与翻车机配合进行卸载作业。图4一15所示是已有标准设计的圆环链列车推车机，圆环链上的推爪从底部推动矿车。图4-15圆环链列车推车机1－传动装置；2—头轮组；3—头轮支架；4—推爪小车；5－小车轨道；6—尾部拉紧装置装罐推车机是向罐笼推送矿车的设备，它的种类很多，按动力分有电动和风动；按推车机构分有钢丝绳式、链式及其他。各种推车机各有其特点和适用条件。三、阻车器阻车器是窄轨线路上的停车装置，用于翻车机之前或翻车机之内、罐笼前或罐笼内、斜井井口及其他需要的场所。阻车器有许多种形式，各适用于不同场所的需要。翻车机内的阻车器见图4—14。四、爬车机爬车机是在矿车自重滑行线路上，用于补偿线路的高度损失，使矿车升上一定高度的设备。图4—16所示是PH型圆环链爬车机。圆环链连续循环运转，单个矿车滑行到爬车机下部进口处，被圆环链上的爬车爪推动，沿导轨向上运行，到爬车机的上端，矿车在下坡轨道上靠自重滑行，脱离爬车机。为防止因事故向下跑车，在爬车机斜坡上较密集地设置了长爪逆止器，逆止器既能阻挡轮轴，又能阻挡缓冲器，从而保证了安全。图4—16PH型圆环爬车机1－传动装量；2—导向轮；3—圆环链；4—爬车爪；5—联接环；8-长爪逆止器；7—尾轮装置。8-护轨；10一主横粱第二节矿用电机车的机械设备及电气设备一、矿用电机车的机械设备机械设备包括车架、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。如图4—17所示为ZK型矿用架线电机车构造示意图。图4-17架线式电机车的基本构式l一车架；2—轴承箱；3一轮对；4—制动手轮；5—砂箱；6一牵引电动机；7—控制器8-自动开关；9－启动电阻器；10一受电弓；11－车灯；12一缓冲器及联接器(一)车架车架是电机车的主体结构，是由钢板焊接而成的，前后板厚20mm，侧板厚22mm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箱上。(二)轮对轮对是由两个压装在轴上的车轮和一根车轴组成的。如图4—18所示，车轮是由轮心2和轮圈3热压装配而成的。轮心用铸铁或铸钢制成，轮圈用钢轧制而成。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。图4-18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(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