第十章矿用机车

第八章矿用机车一、矿用电机车运输设备的组成目前，我国矿用电机车都采用直流电机车直流电机车有二种：架线式电机车蓄电池式电机车1.架线式电机车的组成-----2.蓄电池式电机车的组成-----第八章矿用机车第一节概述架线式电机车的供电方式图13-1架线式电机车的供电原理

1-高压电缆；2-牵引变流所；3-变压器；4-低压电缆；5-硅整流器；6-供电电缆；

7-供电点；8-架空导线；9-轨道；10-矿车组；11-电机车；12-回电点；13-回电电缆矿用电机车的形式及分类①按电能来源直流架线式（ZK型）矿用蓄电池式（XK型）②按电机车黏着质量直流架线式（1.5t、3t、7t、10t、

14t、20t）矿用蓄电池式（2t、2.5t、8t、12t）③按电机车的轨距分：600mm、762mm、900mm④按电压等级分：100V、250V、550V电机车的适用范围借助车轮与轨面间的摩擦力，使机车在轨道上运行。其牵引力不仅受牵引设备功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约。适用于长距离水平巷道的运输。运输坡度一般为3‰，局部坡度不能超过3％。7吨架线式电机车10吨架线式电机车2.5吨蓄电池电机车隔爆特殊型蓄电池电机车12t双司机室防爆特殊型蓄电池电机车一、架线式电机车架线式电机车

运输设备列车供电设备矿车电机车牵引变流所牵引电网馈电电缆

回电电缆

架空线

轨道变压器

整流器

直流配电设备（二）蓄电池式电机车靠车带电池供电，不需要架设牵引电网；不存在受电弓与导线接触不良而产生电火花的危险；运输线路不受限制；需充电设施，蓄电池寿命短，投资高。适合于巷道掘进运输，以及产量较小、巷道不太规则的运输系统。分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。矿用电机车的优点：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：①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）；②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。第二节矿用电机车的机械构造机械部分包括：车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂系统、齿轮传动装置及连接缓冲装置等。矿用电机车的构造分为机械和电气两大部分

是电机车的主体部件，所有机械、电气设备都装在车架上。分隔成3部分：司机室、电动机室、电阻箱。

一、车架由两个车轮压装在一根轴上所构成。电动机的全部重量通过轮对传递给钢轨。车轮是由轮心和轮圈热压装配而成。矿用电机车都是双轴的，且都是装有传动装置的主动轴。二、轮对轴箱是一个带盖的铸钢或铸铁箱体，内有两列滚动轴承。轴箱是车架和轮对的连接点。它上面有安装弹簧托架的孔座。三、轴承和轴箱由缓冲元件、均衡梁和连接零件组成。作用是缓和电机车运行中由于道岔、弯道和轨道接头所引起的冲击和震动。把机车重力均匀的分配到各个车轮上。四、弹簧托架电机的转矩通过齿轮传动装置传给轮对。分一台电动机通过齿轮同时带动两个轴和用两台电动机分别带动两个轴。五、齿轮传动装置

即制动闸，分手动和气动两种。四个车轮内侧各装一闸瓦。靠司机室内手轮操纵控制。六、制动装置

对制动装置的要求是：①电机车左右、两侧闸瓦必须同时制动；②电机车在制动状态时，全部闸瓦必须严密闸在轮箍上；③松闸状态时闸瓦与轮箍的间隙应为4～6mm为宜；④闸瓦厚度不得小于10mm，否则应予以更换。向车轮前的轨道上撒砂，增加车轮与轨道间的摩擦系数，获得较大的牵引力和制动力。七、撒砂系统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接口的。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。八、连接缓冲装置包括：牵引电动机、控制器、受电弓、自动开关、启动电阻器、照明装置等。1.牵引电动机

采用直流串激电动机。电机外壳很坚固，且是全密封的，无通风装置，靠自然冷却。2.控制器

是操纵牵引电动机及电机车运行的重要设备。由主控制器（完成机车的启动、调速以及电气制动等功能）和换向器（改变电机车前进或后退方向用）组成。第三节矿用电机车的电气设备与控制3.受电弓架线式电机车从架空线上获取电能的装置。是一个轻便的框架，其上部装有硅铝或紫铜做成的接触条，利用弹簧的作用力，接触架空线而滑动。分单弓受电和双弓受电。4.自动开关

电机车电源总开关，也是电动机动力回路的保护装置。5.起动电阻器作用是限制牵引电动机的起动电流，是牵引电动机进行起动、调速和进行电气制动的设备。6.照明装置

车上的前后照明灯。电机车的电气控制（一）电机车的启动

工作条件困难，起动频繁，因而要求起动时能量消耗小，起动平稳，以免冲击过大。1.启动原理电动机在静止时电枢绕组内没有反电势，而绕组本身电阻又很小，若直接接至全电压电网，则在静止的电动机各绕组中通过的电流很大，会引起绕组很快发热甚至烧毁。此外，还会产生很大的转矩，引起机械部分的损坏。为限制起动电流，普遍采用附加起动电阻和将两台牵引电动机串联的方法。图13-18附加电阻启动示意图电机车的电气控制2.启动方法（1）串接电阻的启动方法（2）串并联启动方法图13-19两台牵引电动机串并联启动示意图（二）牵引电动机调速过道岔、进入弯道、调车等需调速。

改变电动机的磁场强度调速方法改变牵引电动机的端电压电动机串并联法串联电阻法可控硅脉冲调速法改变电动机的磁场强度优点：经济性和平滑性好，但调速范围有一定的限制。图13-20串激牵引电动机的磁场调节(a)改变激磁绕组匝数；(b)改变激磁绕组连接方式（三）电机车的电气制动动力制动或称能耗制动原理：当牵引电动机转变为发电机工作时，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。在进行电气制动的过程中，将产生的电能直接消耗在电阻器上。优点：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。缺点：制动过程中，电动机中有电流通过，因此电机绕组的温升要增大，故牵引电动机的功率比不用动力制动者增加15％～20％。此外，采用动力制动不能达到完全停车，还需使用闸瓦制动。要实现动力制动必须解决两个问题：一是制动前后串激磁场中的电流方向不能改变，否则会产生去磁作用而失去制动力；二是在制动时两台电动机均变成串激发电机，其负荷为同一个制动电阻器，相当于两台串激发电机并联运行，而串激发电机的并联运行是不稳定的。为了解决上述两个问题，必须采用两台电机的激磁绕阻交叉联接线路或交叉一桥式联接线路。第四节列车运行理论列车运行的三种状态：（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行；（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。列车在牵引状态时，作用在列车上的力有三个：牵引电动机产生的与列车运行方向一致的牵引力F；与列车运行方向相反的静阻力Wj；列车加速运行时产生的惯性阻力Wa（亦称动阻力）。根据力的平衡原理，列车在牵引状态下力的平衡方程式为：1.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，后三项可忽略。（1）基本阻力

轮对的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列车在轨道上运行时的冲击震动所引起的附加阻力等。由实验确定。列车运行的静阻力，只计算基本阻力和坡道阻力。因列车的运行速度较低，故弯道阻力、道岔阻力、空气阻力等在计算时均忽略不计。1)基本阻力

W0＝1000(P+Q)gω(10-4)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。表3-4列车运行阻力系数2)坡道阻力坡道阻力Wi是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。用下式计算Wi＝±1000(P+Q)gi（10-5）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

Wj=W0+Wa＝1000(P+Q)g(ω±i)（10-6）将式（3-4）、式（3-8）代入式（3-2）中，整理得出列车在牵引状态下必须产生的牵引力为

F=1000(mD+Q)［(ω±i)g±1.1a］（3-9）式(3-9)就是列车在牵引状态下的基本方程式。

1.静阻力2.惯性阻力列车在平移运动的同时，还有电动机的电枢，齿轮及轮对等部件的旋转运动。为了考虑旋转部件的转动对平动惯性阻力的影响，引入一个惯性系数，其计算公式为式中Wa——列车的惯性阻力，N；

m——列车全部质量，kg，m=1000(mD+Q)；

P——电机车质量，t；

Q——矿车组质量，t；

r——惯性系数，对矿用电机车r＝0.075，近似取r＝0.10a——列车加速度，对矿用电机车一般取0.03m/s2～0.05m/s2。将r值和m值代入式（3-3）可得

Wa＝1075(P+Q)a(10-8)将式（10-6）、式（10-8）代入式（10-3）中，整理得出列车在牵引状态下必须产生的牵引力为

F=1000(mD+Q)［(ω±i)g±1.1a］（10-9）式(10-9)就是列车在牵引状态下的基本方程式。

（二）电机车的牵引力牵引电动机产生的旋转力矩M，通过减速器传递给主动轮对时，使车轮以轮轴为中心旋转，据力的等效定理，此力可用一力偶来代替，即车轮作用于轨道接触点上的力Fk,轨道对车轮接触点也有一反作用力，即摩擦力Tk，它与Fk大小相等，方向相反，保证X点无相对位移，成为瞬时回转中心。作用于车轮轮心O上的力Fk即为推动列车前进的力，叫牵引力。Fk随M的增大而增大，但不能大于Tk，否则车轮与轨道间就产生滑动。Tk的最大值为式中P0是电机车作用在单个主动轮对上的正压力（KN)，

Tk是车轮与轨道间的摩擦力，又称粘着力；

ψ是轮缘与轨道间的粘着系数。单个轮对在轨道上无相对滑动的条件是整台电机车的粘着条件为（三）电机车的制动力制动时，电动机断电，牵引力等零，机车靠惯性运行。施加正压力N1，产生制动力B0。制动力也受粘着条件的限制，单个轮对对整台电机车，应满足：第五节矿用电机车运输设备选型设计

这里电机车的选用设计是确定一列车应由多少辆矿车组成，及全矿需要的电机车总台数。轨道，作为轨道运输的主要设施其结构的合理与否、铺设质量的好坏，是运输工作能否顺利进行的重要因素。一、矿井轨道（一）轨道的结构

轨道以道床底部为界，总体上分为上部建筑与下部建筑。§8-2轨道与矿车下部建筑：巷道底板和水沟

轨道上部建筑：钢轨、联接零件、轨枕和道床（一）轨道的结构1.钢轨用以直接支托和导引运行车辆的车轮，承受来自车轮的压力，并把压力传给轨枕、道床和路基。2.轨枕用于固定两根钢轨，并使其保持规定的轨距，保证轨道的稳定性。轨枕承受钢轨的压力，并将压力较均匀的传递给道床。有木质的和钢筋混凝土的两种。3.道床承受轨枕的压力并均匀的分布到巷道底板上，将轨道的上、下部连成一个整体，保证线路的平直和正常状态。4.钢轨连接件包括鱼尾板及螺栓、道钉、垫板等，利用这些零件可以连接并固定钢轨。轨道线路的主要参数包括：轨距、轨型、坡度、曲率半径轨距指直线轨道上，两根钢轨头部内缘之间的距离。有600mm、762mm、900mm三种。轮距指同轴的一对车轮其轮缘外侧工作边之间的距离。一般轮距比轨距小10mm。太小，会增大摩擦力；太大，又会引起车辆在运行过程中水平方向的摆动，从而影响行车的平稳。图13-3轨道线路的主要参数Sl-轮缘距；Sg-轨距；x-游隙轨型钢轨的型号，以每米长度的质量（kg/m）来表示。矿井用的钢轨属轻轨系列，有9、12、15、22、30等5种型号。质量越大，其强度越大，稳定性越好。使用时依据列车质量、行车频率和运行速度加以选择。坡度轨道的坡度用高差和间距之比表示，通常用千分数（‰）表示。弯道外轨抬高、轨距加宽，弯道半径不能太小。

（弯道处，离心力使车轮轮缘向外轨挤压，既增加了行车阻力，又使钢轨与轮缘的磨损加重，严重时可能造成翻车事故。）图13-4弯道上轮对与轨道的关系图道岔用于轨道线路的分岔联接，使车辆由一条线路通过道岔顺利驶向另一条线路，它是轨道借分岔联接而形成线路网络的基本元件。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。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。

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。标准窄轨车辆即矿车（一）矿车的类型及标准规格