4章 礦用電機(jī)車

1、第四章 礦用機(jī)車及車輛河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院第一節(jié) 軌道結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié) 礦 用 車 輛第三節(jié) 礦 用 機(jī) 車第四節(jié) 機(jī)車運(yùn)行理論及計(jì)算第一節(jié) 軌道結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)一、工礦用軌道結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)礦井軌道是由巷道底板和鋪在巷道底板上的鋼軌、軌枕、道床、連接零件兩部分組成。鋼軌直接支撐著列車車輪，承受列車的負(fù)荷并把負(fù)荷傳給枕木，形成平滑而堅(jiān)固的軌道，以減小列車運(yùn)行阻力。鋼軌的斷面形狀一般為工字形，鋼軌由軌頭、軌腰和軌底組成。軌頭供車輪運(yùn)行并承受車輪的壓力。軌頭粗大，有足夠的強(qiáng)度，耐磨損。軌腰的作用是提高軌頭，便于接軌；傳遞軌頭承受車輪的壓力于軌底、軌枕。軌底要有足夠的面積，以便于把鋼軌固定在枕木上。鋼軌的型號(hào)是

2、以每米長(zhǎng)度的重量(kg/m)來(lái)表示。礦用鋼軌有11 kg/m、15 kg/m、18 kg/m、24 kg/m和38 kg/m幾種型號(hào)。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)運(yùn)鋪設(shè)備類型、使用地點(diǎn)、提升方式、行車次數(shù)和行車速度選擇軌型，按表4-1選用。 軌枕用于支承和固定鋼軌，以使兩根鋼軌保持一定的距離，防止軌道縱向和橫向移動(dòng)，保持軌道的穩(wěn)定性，并將鋼軌的壓力較均勻地傳遞給道床。軌枕有木質(zhì)、鋼筋混凝土和鋼質(zhì)的3種。道床由道砟層組成，承受鋼軌傳來(lái)的壓力，并均勻地分布到巷道的底板上，同時(shí)防止軌道的縱、橫向移動(dòng)及緩和車輪對(duì)鋼軌的沖擊。二、露天礦用軌道結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)露天礦用鋼軌的斷面為工字形，與礦井用鋼軌的斷面相似。其類型也以每米重

3、量表示。我國(guó)大部分國(guó)鐵為50kg/m，繁忙干線采用60 kg/m，露天礦用鋼軌大部分為43 kg/m。第二節(jié) 礦 用 車 輛一、礦井用車輛礦用車輛有標(biāo)準(zhǔn)窄軌車輛、卡軌車輛、單軌吊掛車輛和無(wú)軌機(jī)動(dòng)車輛。標(biāo)準(zhǔn)窄軌車輛就是通常說(shuō)的礦車。這種礦車是目前我國(guó)煤礦使用的主要車輛。 1礦車的類型(1)固定車廂式礦車。需用翻車機(jī)卸車。(2)翻轉(zhuǎn)車廂式礦車。車廂能側(cè)向翻傾卸車。(3)底卸式礦車。車底開(kāi)啟卸車，在專設(shè)的卸載站、整列車在運(yùn)行中逐個(gè)開(kāi)啟自卸。主要優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)卸載站的行車方向不受限制，卸載時(shí)的車速易控制、卸載曲軌不受撞擊。底卸式礦車裝卸能力很高，能滿足大型礦井的需要。(4)材料車。專為裝運(yùn)長(zhǎng)材料用。(5)平

4、板車。專為轉(zhuǎn)運(yùn)大件設(shè)備用。(6)人車。它是有座位的專用乘人車，分斜井人車和平巷人車兩種。(7)專用礦車。主要有炸藥車、水車、衛(wèi)生車及消防車等。2. 礦車的技術(shù)特征礦車的技術(shù)特征包括容量、礦車中貨載質(zhì)量、外形尺寸、軌距及軸距等。(1) 礦車容量以m3計(jì)，通常習(xí)慣以礦車中貨載質(zhì)量噸位來(lái)計(jì)算（煤的松散密度一般為0.9t/m3，矸石的松散密變?yōu)?.6 t/m3）。提高礦車噸位可以提高運(yùn)輸效率。對(duì)一定年產(chǎn)量的礦井來(lái)說(shuō)，礦車噸位增大，可使礦車總數(shù)減少，故障機(jī)會(huì)也相應(yīng)減少，維修量也減少。另外礦車數(shù)減少，裝載時(shí)調(diào)動(dòng)次數(shù)也減少，每列車相應(yīng)長(zhǎng)度也可縮短，需要的錯(cuò)車等道的時(shí)間也相應(yīng)縮短。但是提高礦車噸位常涉及到巷道

5、、井筒及鐵路等方面的問(wèn)題，并且需要提高設(shè)備機(jī)械化水平，需要配備相應(yīng)的軌枕及鋼軌等。煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：礦車類型及其適用井型見(jiàn)表4-2.(2) 礦車外形尺寸礦車橫向尺寸應(yīng)與軌距相適應(yīng)。當(dāng)?shù)V車容積相同而軌距不同時(shí)，一是使較小軌距的礦車寬度增大，同時(shí)加高車箱高度；二是使礦車寬度保持不變，只加高車箱高度。(3) 軌距目前采用的軌距有900、762(750)、600(610)及450(457)mm等。煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，今后新建礦井統(tǒng)一為600和900mm兩種軌距。還提出：為使施工與生產(chǎn)軌距一致，今后井上、下窄軌運(yùn)輸，應(yīng)逐步統(tǒng)一為600mm軌距。(4) 軸距礦車軸距約為礦車長(zhǎng)度的1/3。礦車的容量愈

6、大，軸距愈大。同樣容量的礦車，底卸式的軸距大于固定式的軌距。軸距的確定應(yīng)經(jīng)過(guò)縱向穩(wěn)定性的計(jì)算。軸距還與軌道的曲率半徑有關(guān)，軸距愈大，曲率半徑愈大。曲率半徑過(guò)小會(huì)使礦車在通過(guò)彎道時(shí)運(yùn)行阻力急劇增加。按規(guī)定：井下軌道曲率半徑為礦車軸距的710倍。(5) 車皮系數(shù)車皮系數(shù)為礦車質(zhì)量與貨載質(zhì)量之比。車皮系數(shù)越小越好。(6) 容積利用系數(shù)容積利用系數(shù)為有效容積與外形尺寸所得的容積之比。容積利用系數(shù)越大越好。露天煤礦開(kāi)采用電機(jī)車運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)輸物科絕大部分為煤炭和礦石，且裝卸地點(diǎn)較固定，為了加速車輛周轉(zhuǎn)，一般均采用漏斗車或自翻車運(yùn)輸，可提高裝卸效率。漏斗車按其結(jié)構(gòu)可分為無(wú)蓋和有頂兩大類。漏斗車卸貨是利用貨物的

7、重力作用從卸貨門(mén)自流卸出。卸貨門(mén)有集中或單獨(dú)的開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，其開(kāi)關(guān)方式可分為風(fēng)控風(fēng)動(dòng)、電控風(fēng)動(dòng)和手動(dòng)3種。車內(nèi)設(shè)有與水平呈一定角度的漏斗板，其傾角隨所承運(yùn)的貨物品種而不同。卸貨門(mén)設(shè)在車底部或側(cè)部。自翻車是一種無(wú)蓋的貨車，是工礦企業(yè)的專用車。在卸貨地點(diǎn)操縱作用閥，即可利用列車管充人儲(chǔ)風(fēng)筒的壓縮空氣進(jìn)入傾翻風(fēng)缸或由車上油泵供給的高壓油進(jìn)入傾翻油缸頂起車體成45角，同時(shí)傾翻側(cè)的側(cè)壁自動(dòng)開(kāi)啟，貨物沿著傾斜的地板卸至軌道一側(cè)。這種卸貨方式效率極高，適宜于裝卸頻繁的礦山運(yùn)輸。二、露天礦用車輛傾翻裝置由傾翻管路系統(tǒng)、傾翻風(fēng)缸、門(mén)扇抑制裝置等3部分組成。傾翻管路系統(tǒng)出管路、貯風(fēng)筒和各種閥類組成，它是車輛傾翻的操縱

8、系統(tǒng)。系統(tǒng)和門(mén)扇抑制裝置，控制車體的傾翻和側(cè)門(mén)的開(kāi)閉動(dòng)作。傾翻風(fēng)缸安裝在下部底架的兩側(cè)。工作時(shí)，只有在下部底架同一側(cè)的兩個(gè)風(fēng)缸同時(shí)起作用。壓縮空氣首先充入儲(chǔ)風(fēng)筒，然后經(jīng)過(guò)各閥門(mén)，進(jìn)入傾翻風(fēng)缸，使內(nèi)外活塞上升頂起車體，以達(dá)到車體同一側(cè)傾翻的目的。門(mén)扇抑制裝置由折頁(yè)、抑制肘、底架支承、抑制彈簧等組成，它控制側(cè)門(mén)的開(kāi)閉動(dòng)作，并決定車輛的傾翻性能。抑制肘是通過(guò)圓銷與車體底架橫梁上的支座相連接的；抑制彈簧是通過(guò)絲桿系于抑制肘和車體底架中梁上的。在正常位置，折頁(yè)的下端頭支撐在抑制肘的滾子上，處于直立狀態(tài)，因此側(cè)門(mén)隨之也成直立狀態(tài)，貨物不能流出。這時(shí)，抑制肘內(nèi)端支于底架支承上，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)門(mén)通過(guò)折頁(yè)被抑

9、制肘牢固地支撐著。第三節(jié) 礦 用 機(jī) 車機(jī)車是軌道車輛運(yùn)輸?shù)囊环N牽引設(shè)備，按使用的動(dòng)力分，有電機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車。牽引電機(jī)(或內(nèi)燃機(jī))驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，借助車輪和軌面間的摩擦力，使機(jī)車在軌道上運(yùn)行。 一、井礦用電機(jī)車的類型目前我國(guó)煤礦的運(yùn)輸機(jī)車都是使用直流串激電動(dòng)機(jī)的電機(jī)車。按供給電源的方式分：有架線式和蓄電池式2種。機(jī)車運(yùn)輸隨行駛的坡度有限制，運(yùn)輸軌道坡度一般為3，局部坡度不能超過(guò)30。架線式電機(jī)車的供電方式。交流電在變流所整流后，正極接在架空線上，負(fù)極接在軌道上。架空線是沿運(yùn)行軌道上空架設(shè)的裸導(dǎo)線，機(jī)車上的受電弓與架空線接觸，將電流引入車內(nèi)，經(jīng)車上的控制器和牽引電動(dòng)機(jī)，再經(jīng)軌道流回。因此架線式電機(jī)

10、車的軌道，必須按電流回路的要求接通。架線式電機(jī)車的外形如圖4-6 蓄電池式電機(jī)車由車上攜帶的蓄電池供電，運(yùn)輸線路不受限制，但需要充電設(shè)施，蓄電池放電到規(guī)定使時(shí)需更換。如圖4-7所示的蓄電池電機(jī)車，只一端有駕駛室。向另一端運(yùn)行時(shí)，蓄電池箱阻礙司機(jī)視線，司機(jī)只好探身室外觀望，容易發(fā)生事故。采用雙駕駛室能解決這一不安全因素，現(xiàn)在已有雙駕駛室蓄電池式電機(jī)車。 架線式電機(jī)車運(yùn)行時(shí)，受電弓與架空線間難免發(fā)生火花，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，只能在低瓦斯礦井進(jìn)風(fēng)(全風(fēng)壓通風(fēng))的主要運(yùn)輸巷道內(nèi)使用，巷道支護(hù)必須使用不燃性材料；在高瓦斯礦井進(jìn)風(fēng)(全風(fēng)壓通風(fēng))的主要運(yùn)輸巷道內(nèi)，如使用架線式電機(jī)車，必須遵守下列規(guī)定： (1)

11、沿煤層或穿過(guò)煤層的巷道必須砌碹或錨噴支護(hù)； (2)有瓦斯涌出的掘進(jìn)巷道的回風(fēng)流，不得進(jìn)入有架線的巷道中； (3)采用碳素滑板或其他能減小火花的集電器； (4)架線電機(jī)車必須裝設(shè)便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。 二、井工礦用電機(jī)車機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備（一）井工礦用電機(jī)車機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)備包括車架、輪對(duì)、軸承和軸箱、彈簧托架、制動(dòng)裝置、加砂裝置、齒輪傳動(dòng)裝置及聯(lián)接緩沖裝置等。(一) 車架車架是電機(jī)車的主體結(jié)構(gòu)，是由鋼板焊接而成，前后板厚20mm，側(cè)板厚22或24mm，中間隔板厚16mm。電機(jī)車上所有設(shè)備都安裝在車架上，車架又用彈簧托架和鐵棒支承在軸承上。(二) 輪對(duì)輪對(duì)是由兩個(gè)壓裝在軸上的車輪和一根車軸所組成。

12、車輪是由輪心2和輪圈3熱壓裝配成的。輪心是用鑄鐵或鑄鋼制成，輪圈是用鋼軋制而成。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是輪圈磨損后可以更換，而不致使整個(gè)車輪報(bào)廢。礦用電機(jī)車采用雙主動(dòng)軸。(三) 軸承和軸箱車軸通過(guò)軸承和軸箱承受車架及其上全部設(shè)備的重力。軸箱安裝在車軸兩端的軸頸上。礦用電機(jī)車的軸箱：箱內(nèi)裝有一對(duì)滾柱軸承4，箱殼兩側(cè)的滑槽9與車架相配，在不平的軌道上運(yùn)行時(shí)，輪軸能在車架中上下移動(dòng)。軸箱之上部有彈簧托架，此彈簧托架可起緩沖作用。在箱殼上部有安裝彈簧托架鐵棒的座孔8。(四) 彈簧托架彈簧托架的作用是緩和運(yùn)行中對(duì)機(jī)車的沖擊和震動(dòng)。礦用電機(jī)車的均衡托架：前軸（右軸）上的彈簧托架是單獨(dú)作用，后軸（左軸）上的彈簧托架

13、的一端固定在車架上，另一端用均衡梁1連接，均衡梁1的中點(diǎn)用鉸軸安在車架上。均衡梁的作用：當(dāng)有一個(gè)車輪上的負(fù)荷增加時(shí)（例如軌道局部突起），能通過(guò)均衡梁的作用把負(fù)荷分配到另一個(gè)車輪上去一部分，以避免一個(gè)車輪過(guò)載，一個(gè)車輪欠載。 (五) 制動(dòng)裝置制動(dòng)裝置是為了在運(yùn)行中迅速減速和停車之用。制動(dòng)裝置有機(jī)械的和電氣的兩種，電氣制動(dòng)裝置不能使電機(jī)車完全停住，因此每臺(tái)電機(jī)車都裝有機(jī)械制動(dòng)裝置。機(jī)械制動(dòng)裝置按操作方式分有手動(dòng)的和氣動(dòng)的兩種。電機(jī)車機(jī)械制動(dòng)裝置：四個(gè)車輪的內(nèi)側(cè)各裝一個(gè)閘瓦9（或10），閘瓦鉸接在制動(dòng)桿7或8上。每側(cè)的兩個(gè)制動(dòng)桿的下端用正反扣調(diào)整螺絲11相連，此調(diào)整解絲用來(lái)調(diào)整閘瓦與車輪輪面的間隙。

14、兩個(gè)制動(dòng)桿用連桿12連接，連桿12的頂端鉸接在車架上，作為固定支點(diǎn)。拉桿6的左右移動(dòng)使閘瓦進(jìn)行制動(dòng)或松閘。拉桿6的動(dòng)作是由手輪1經(jīng)螺桿2和螺母4組成的螺旋副傳遞的。螺桿裝在車架的孔內(nèi)，手輪和螺桿只能轉(zhuǎn)動(dòng)不能移動(dòng)。螺母4固定在均衡桿5的中間，螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能移動(dòng)。均衡桿5的作用是將螺旋副的推力平均地傳給兩個(gè)拉桿6。(六) 加砂裝置加砂裝置的作用：向機(jī)車車輪前的鋼軌上撒砂，以增大粘著系數(shù)。加砂裝置包括有四個(gè)砂箱，這四個(gè)砂箱由司機(jī)室中上下兩個(gè)手柄操縱，一個(gè)手柄操縱兩個(gè)砂箱。兩個(gè)手柄均靠彈簧復(fù)位。如圖4-8所示，當(dāng)拉動(dòng)一個(gè)手柄時(shí)，手柄臂將拉桿1向左拉，于是搖臂2將拉桿3向上提，錐體4向上，與砂箱底之間

15、拉開(kāi)一條縫，砂子由此縫流出，經(jīng)出砂導(dǎo)管5落在軌面上。砂箱中裝有顆粒不大于1mm的干砂。 (七) 齒輪傳動(dòng)裝置在小型礦用電機(jī)車上，一般是用一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)齒輪同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)軸的傳動(dòng)方式。在中型礦用電機(jī)車上，用兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)軸。傳動(dòng)裝置為一級(jí)齒輪減速。牽引電動(dòng)機(jī)的一側(cè)用抱軸承1安在車軸上，另一側(cè)用機(jī)殼上的掛耳2通過(guò)彈簧吊掛在車架上。這種安裝方式既能緩和運(yùn)行中對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊和震動(dòng)，又能保證傳動(dòng)齒輪處于正常嚙合狀態(tài)。在14t及20t電機(jī)車上，由于采用高旋轉(zhuǎn)速度、尺寸較小、功率較大的牽引電動(dòng)機(jī)，所以采用二級(jí)齒輪減速。齒輪在減速箱內(nèi)工作，既能提高其傳動(dòng)效率，又能增加其壽命。電動(dòng)機(jī)的一端用凸

16、緣與減速箱聯(lián)接，另一端用機(jī)殼上的掛耳通過(guò)彈簧掛在車架上。(八) 聯(lián)接緩沖裝置礦用電機(jī)車的前后兩端都有聯(lián)接和緩沖裝置。為了能牽引具有不同聯(lián)接高度的礦車，聯(lián)接裝置一般是做成多層出口的。緩沖裝置有剛性和彈性兩種。蓄電池式電機(jī)車用彈性緩沖裝置，以減輕對(duì)蓄電池的沖擊。架線式電機(jī)車用剛性緩沖裝置。（二）牽引電動(dòng)機(jī)及其控制1. 直流串激電動(dòng)機(jī)的特性直流串激電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1) 串激電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，能以不大的電流獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而在要求相同的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩條件下，可以采用較小功率的電動(dòng)機(jī)。2) 串激電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度隨著列車運(yùn)行阻力及行駛條件而自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)車上坡行行駛或負(fù)荷較大時(shí)，需要較大的牽引力，

17、隨著牽引力的增大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)自動(dòng)地降低。這樣，一方面保證了運(yùn)行安全，另一方面不致從電網(wǎng)吸取過(guò)大的功率。在同樣的牽引力變化下，串激電動(dòng)機(jī)的電流變化或功率變化較小，因而可以合理地利用牽引變流所的設(shè)備和減小饋電電纜及架空線的截面積。 這種特點(diǎn)是由于串激電動(dòng)機(jī)具有軟的牽引特性所決定的。3) 兩臺(tái)串激電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，負(fù)荷分配比較均勻。4) 當(dāng)架空電網(wǎng)的電壓變動(dòng)時(shí)，只影響串激電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，而不影響其轉(zhuǎn)矩。由于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)特性有差異或前后車輪直徑不相等，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不等，會(huì)引起各電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流不相同，但由于其牽引特性較軟，因而負(fù)荷電流差異很小，約在510范圍之內(nèi)。這樣，可以避免個(gè)別電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中因負(fù)

18、荷不均勻而產(chǎn)生嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象。 這樣，就使得當(dāng)架空電網(wǎng)的電壓降很大時(shí)，電機(jī)車也能起動(dòng)。此外，串激電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積和質(zhì)量都較小也是重要的優(yōu)點(diǎn)。串激電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：如調(diào)速性能差等。由于工作條件的要求，架線式電機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)為全封閉型，蓄電池式電機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)為隔爆型。由于功率不大，都采用自冷式。牽引電動(dòng)機(jī)的特性是指運(yùn)行速度v、輪緣牽引力F以及效率與電樞電流之間的關(guān)系，即速度特性vf1(I)，牽引力特性Ff2(I)及效率特性f3(I)。這些特性均用曲線表示。利用這些曲線（效率特性不常用），通常是根據(jù)已知牽引力來(lái)查電樞電流及速度。牽引電動(dòng)機(jī)的功率有長(zhǎng)時(shí)功率和小時(shí)功率之分。長(zhǎng)時(shí)功率是指在電機(jī)絕緣材

19、科的允許溫升條件下，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠輸出的最大功率，它主要取決于電機(jī)的散熱能力。小時(shí)功率是指在允許溫升條件下，電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一小時(shí)的最大功率，它是牽引電動(dòng)機(jī)的額定功率，它主要取決于電機(jī)的絕緣材料和冷卻性能的好壞。與功率相對(duì)應(yīng)的，電流牽引力和轉(zhuǎn)速也有長(zhǎng)時(shí)制和小時(shí)制之分。2. 牽引電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)礦用電機(jī)車工作條件困難，起動(dòng)頻繁，因而要求起動(dòng)時(shí)能量消耗要小，起動(dòng)要平穩(wěn)，以避免機(jī)械沖擊。1) 起動(dòng)原理牽引電動(dòng)機(jī)在靜止時(shí)電樞繞組內(nèi)沒(méi)有反電勢(shì)，而繞組本身電阻又很小，因此，如果在起動(dòng)時(shí)把牽引電動(dòng)機(jī)直接接至全電壓電網(wǎng)，則在靜止的電動(dòng)機(jī)各繞組中通過(guò)的電流很大，會(huì)引起繞組很快發(fā)熱甚至燒毀。此外，還會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，

20、引起機(jī)械部分的損壞。為了限制起動(dòng)時(shí)的電流沖擊，并保持一定的電流數(shù)值，普遍采用在牽引電動(dòng)機(jī)的電路中串聯(lián)接入起動(dòng)電阻和將兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)的方法進(jìn)行起動(dòng)。2) 起動(dòng)方法(1) 串接電阻的起動(dòng)方法 若已知允許的起動(dòng)電流，并測(cè)出電動(dòng)機(jī)繞組的電阻值，便可以確定起動(dòng)電阻值。但是，隨著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的增加，若起動(dòng)電阻固定不變，則電樞電流將減小，電機(jī)車的牽引力也隨之而減小。為了保持牽引力不變，必須相應(yīng)地減小起動(dòng)電阻值。理想的起動(dòng)應(yīng)是使起動(dòng)電阻的數(shù)值無(wú)級(jí)地減小，也就是說(shuō)要保證每瞬間的起動(dòng)電流固定不變。但實(shí)際上要使起動(dòng)電阻無(wú)級(jí)地減小，其控制是比較困難和復(fù)雜的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，正在研究將可控硅脈沖技術(shù)用在電機(jī)車

21、上，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和平穩(wěn)起動(dòng)。為了簡(jiǎn)化控制，在ZK7型及ZK10型電機(jī)車上起動(dòng)電阻都是做成四級(jí)的。也就是采用逐級(jí)減小起動(dòng)電阻的方法來(lái)起動(dòng)，起動(dòng)電流在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)，大約為起動(dòng)電流平均值的15。(2) 串并聯(lián)起動(dòng)方法 礦用電機(jī)車還采用了兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)起動(dòng)的方法。開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，第一步先將兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，并加入起動(dòng)電阻Rp。然后逐段切除電阻，直至Rp0。第二步是將兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，并加入適當(dāng)?shù)碾娮鑂p。然后逐段切除，直至兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)不帶電阻并聯(lián)運(yùn)行。這時(shí)電機(jī)車即達(dá)到全速運(yùn)行。3. 牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速在運(yùn)輸中電機(jī)車需要多種速度，所以必須采取一定的措施，由司機(jī)來(lái)控制牽引電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，以達(dá)到獲得多種速

22、度的目的。改變電動(dòng)機(jī)的端電壓或磁場(chǎng)強(qiáng)度，就能改變電機(jī)車的速度。改變電動(dòng)機(jī)的端電壓(1) 串聯(lián)電阻法 電路內(nèi)串聯(lián)接入一個(gè)電阻，改變此電阻的數(shù)值來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓。但是這個(gè)方法很不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵陔娮杵髦袑⑾拇罅康碾娔埽噪娮杵鲗?shí)際上只能做為起動(dòng)之用，而不應(yīng)該用來(lái)調(diào)速。(2) 串并聯(lián)法改變兩臺(tái)牽引電動(dòng)電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接方式（串并聯(lián)法）是一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。但這種調(diào)速方法平滑性較差。因?yàn)榈V用電機(jī)車對(duì)調(diào)速的要求不高，一般正常運(yùn)行為并聯(lián)（高速），過(guò)道岔及彎道時(shí)為串聯(lián)（低速），兩級(jí)速度基本上可以達(dá)到運(yùn)輸?shù)囊蟆?3) 可控硅脈沖調(diào)速法 在牽引電動(dòng)機(jī)的電路中串聯(lián)可控硅元件，利用可控硅斷續(xù)供電改變電動(dòng)機(jī)端電壓的平

23、均值，以達(dá)到調(diào)速的目的。2) 改變電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度單電機(jī)小型礦用電機(jī)車采用這種方法。(1) 改變激磁繞組的匝數(shù) 為了改變激磁繞組的匝數(shù)，需要把激磁繞組分為兩組，當(dāng)兩組激磁繞組全部接入主電路時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為最大，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度最低。當(dāng)只有一組激磁繞組接入主電路時(shí)，由于激磁繞組的匝數(shù)減少一部分，因此使磁場(chǎng)削弱，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度增高。(2) 改變激磁繞組的接線 當(dāng)激磁繞組成串聯(lián)時(shí)為滿磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度最低。當(dāng)激磁繞組成并聯(lián)時(shí)為削弱磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度增高。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性和平滑性好。但調(diào)速范圍有一定的限制。4. 電氣制動(dòng)礦用電機(jī)車的電氣制動(dòng),大多數(shù)是采用動(dòng)力制動(dòng)，或稱能耗制動(dòng)。原理：根據(jù)牽引電動(dòng)

24、機(jī)在一定的工作條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可逆性。當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)工作時(shí)，利用列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這時(shí)，電流將變?yōu)橄喾吹牧ο?，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)改變?yōu)橄喾吹姆较?，使電?dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生制動(dòng)力。在進(jìn)行電氣制動(dòng)的過(guò)程中，將所產(chǎn)生的電能直接消耗在電阻器上。動(dòng)力制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：不從電網(wǎng)吸取電能,線路比較簡(jiǎn)單,同時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械沖擊也不大。動(dòng)力制動(dòng)的缺點(diǎn)：在制動(dòng)過(guò)程電動(dòng)機(jī)中有電流通過(guò)，因此電機(jī)繞組的溫升要增高，故牽引電動(dòng)機(jī)的功率比不用動(dòng)力制動(dòng)者增加1520。采用動(dòng)力制動(dòng)不能達(dá)到完全停車，還需使用閘瓦制動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力制動(dòng)必須解決兩個(gè)問(wèn)題：第一、制動(dòng)前后串激磁場(chǎng)中的電流方向不應(yīng)改變，否則會(huì)產(chǎn)生去磁作用而失去制動(dòng)力

25、；第二、在制動(dòng)時(shí)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均變成串激發(fā)電機(jī)，其負(fù)荷為同一個(gè)制動(dòng)電阻器，相當(dāng)于兩臺(tái)串激發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，而串激發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行是不穩(wěn)定的。為了解決上述兩個(gè)問(wèn)題，必須采用兩臺(tái)電機(jī)的激磁繞組交叉聯(lián)接線路成交叉橋式聯(lián)接線路。目前ZK-7型和ZK-10型架線式電機(jī)車的電氣制動(dòng)線路都采用交叉橋式聯(lián)接線路。第四節(jié) 機(jī)車運(yùn)行理論及計(jì)算列車運(yùn)行理論是研究作用于列車上的各種力與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系以及機(jī)車牽引力和制動(dòng)力的產(chǎn)生等問(wèn)題。一、列車運(yùn)行基本方程式作用于列車上的各種力與其運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，用列車運(yùn)行基本方程式來(lái)表示。在討論列車運(yùn)行基本方程式時(shí)，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假定電機(jī)車與礦車之間、礦車與礦車之間的聯(lián)接都是剛性的。因而

26、在運(yùn)動(dòng)的任何瞬間列車中各部分的速度或加速度都是相同的，把整個(gè)列車當(dāng)做平移運(yùn)動(dòng)的剛體看待與實(shí)際情況雖有差異，但其結(jié)果對(duì)應(yīng)用影響不大。列車運(yùn)行有三種狀態(tài)：牽引狀態(tài)： 列車在牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力作用下加速起動(dòng)或勻速運(yùn)行；慣性狀態(tài)：牽引電動(dòng)機(jī)斷電后列車靠慣性運(yùn)行，一般這種狀態(tài)為減速運(yùn)行；制動(dòng)狀態(tài)：列車在制動(dòng)閘瓦或牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩作用下減速運(yùn)行或停車。首先討論牽引狀態(tài)的列車運(yùn)行基本方程式。既然假定整個(gè)列車為一平移運(yùn)動(dòng)的剛體，那么只要將在牽引狀態(tài)下作用在列車運(yùn)行方向上的全部力找出來(lái)，根據(jù)力的平衡原理就可寫(xiě)出列車運(yùn)行基本方程式。列車在牽引狀態(tài)（加速運(yùn)行）時(shí)作用在列車上有三個(gè)力：沿著運(yùn)行方向的牽引電

27、動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力F；逆著運(yùn)行方向的列車運(yùn)行的靜阻力W；逆著運(yùn)行方向的列車加速運(yùn)行時(shí)的慣性阻力Wa。根據(jù)力的平衡原理，列車在牽引狀態(tài)下的力平衡方程式為 (4-1)(一) 慣性阻力列車在平移運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還有電動(dòng)機(jī)的電樞、齒輪以及輪對(duì)等部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了考慮旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)慣性阻力的影響，用慣性系數(shù)來(lái)增大平移運(yùn)動(dòng)的慣性阻力。因此，慣性阻力Wa可用下式表示： (4-2)式中 m 電機(jī)車和礦車組的全部質(zhì)量，它等于 P 電機(jī)車質(zhì)量，t； Q 礦車組質(zhì)量，t； 慣性系數(shù)，對(duì)礦用電機(jī)車為0.050.1，平均取0.075； a 列車加速度，對(duì)礦用電機(jī)車，一般取用0.030.05m/s2。將m值及值代入式(4-2)，

28、得 (4-3)(二) 靜阻力列車運(yùn)行的靜阻力包括基本阻力、坡道阻力、彎道阻力、道岔阻力及空氣流阻力等。對(duì)于礦用電機(jī)車，由于運(yùn)行速度低，后三者都不予考慮，只考慮基本阻力和坡道阻力。1基本阻力基本阻力是指輪對(duì)的軸頸與軸承間的摩擦阻力、車輪在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力、輪緣與軌道間的滑動(dòng)摩擦阻力以及列車在軌道上運(yùn)行時(shí)的沖擊震動(dòng)所引起的附加阻力等。一般，基本阻力是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定的。試驗(yàn)方法是對(duì)同類礦車在各種運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)定它的阻力系數(shù)。阻力系數(shù)就是基本阻力與礦車總重之比。它取決于很多因素，除了輪軸尺寸、軸承類型外，還與礦車的載重、列車運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。阻力系數(shù)是無(wú)因次的參數(shù)。有了阻力系數(shù)以后，基本阻力可按下式計(jì)

29、算 (4-4)式中 W0 基本阻力，kN； g 重力加速度，取9.8m/s2； 列車運(yùn)行阻力系數(shù)。2坡道阻力坡道阻力是列車在坡道上運(yùn)行時(shí)，由于列車重力沿坡道傾斜方向的分力而引起的阻力。很明顯，只是沿坡道上行時(shí)此分力才成為阻力，而沿坡道下行時(shí)，此外力則變成列車運(yùn)行的主動(dòng)力了。設(shè)為坡道的傾角，則坡道阻力為 (4-5)在計(jì)算時(shí)，如列車為上坡運(yùn)行，上式右端取“+”號(hào)，如為下坡，則取“”號(hào)。一般情況下，電機(jī)車運(yùn)行軌道的傾角都很小，因此， 而 式中 i 軌道坡度，。將上面兩式代入(4-5)式，即得 (4-6)列車運(yùn)行的靜阻力應(yīng)為基本阻力和坡道阻力之和，即 或 (4-7)將式(4-3)和式(4-6)代入式(

30、4-1)，便得到牽引電動(dòng)機(jī)所必須產(chǎn)生的牽引力為 (4-8)上式就是列車在牽引狀態(tài)的運(yùn)行基本方程式。利用這個(gè)方程式可求出在一定條件下電機(jī)車所必須給出的牽引力，或者根據(jù)電機(jī)車的牽引力求出列車中的礦車數(shù)。其次，研究列車慣性狀態(tài)的運(yùn)行方程式。在慣性狀態(tài)下，電機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)斷電，牽引力等于零，列車依靠斷電前所具有的動(dòng)能或慣性繼續(xù)運(yùn)行。在一般條件下，列車將產(chǎn)生一定的減速度：在這種情況下，列車除了受有靜阻力W以外，還受到由于減速度所產(chǎn)生的慣性阻力Wa。Wa與列車運(yùn)行方向相同，正是它使列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。慣性狀態(tài)時(shí)列車力的平衡方程式為 (4-9) 或 (4-10)即減速度b為 (4-11)公式(4-11)中，上坡滑

31、行時(shí)i取“+”號(hào)，下坡時(shí)取“”號(hào)。當(dāng)列車運(yùn)行阻力系數(shù)為一定時(shí)，慣性狀態(tài)的減速度取決于軌道坡度的大小和上下坡。上坡時(shí)減速度b始終保持正值，直至停車為止。下坡時(shí)，如i，則b為正值即仍為減速運(yùn)行，直至停車；如i，則b變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)不再是減速而是加速運(yùn)行了?？梢?jiàn)，慣性狀態(tài)是很不可靠的，操作時(shí)應(yīng)予以特別注意。最后，討論制動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)行方程式。在制動(dòng)狀態(tài)下，牽引電動(dòng)機(jī)斷電，牽引力等于零，并利用機(jī)械或電氣制動(dòng)裝置施加個(gè)制動(dòng)力B。這個(gè)制動(dòng)力與列車運(yùn)行方向相反，在力的平衡方程式中應(yīng)為負(fù)值，與基本阻力的性質(zhì)和方向一致。在制動(dòng)力和靜阻力作用下，列車必定產(chǎn)生減速度。因而，此時(shí)慣性阻力Wa卻與運(yùn)行方向一致，即為正值。制動(dòng)

32、狀態(tài)的力平衡方程式應(yīng)為(4-12) 所以 (4-13)式中Wa應(yīng)代以減速時(shí)的慣性阻力。設(shè)b表示制動(dòng)時(shí)的減速度，則 (4-14)將(4-7)及(4-14)式代入(4-13)式，即可得到制動(dòng)狀態(tài)列車運(yùn)行方程式，即 (4-15)式中i之符號(hào)；當(dāng)上坡制動(dòng)時(shí)取正號(hào)，下坡制動(dòng)時(shí)取負(fù)號(hào)。利用公式(4-15)可以求出在一定條件下制動(dòng)裝置必須產(chǎn)生的制動(dòng)力；或者給定制動(dòng)力，求出減速度及制動(dòng)距離。二、電機(jī)車的牽引力如圖4-14所示，主動(dòng)輪對(duì)受到牽引電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩M。轉(zhuǎn)矩M對(duì)整個(gè)電機(jī)車來(lái)說(shuō)屬于內(nèi)力，它不能使電機(jī)車運(yùn)動(dòng)。可以設(shè)想將電機(jī)車放在接觸面絕對(duì)光滑的面上，那么主動(dòng)輪對(duì)將如一個(gè)飛輪一樣，按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。3)

33、 由于M的作用，輪對(duì)將有繞中心c作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的趨勢(shì)；而輪緣上的同軌面接觸的那一點(diǎn)o，相對(duì)于軌面來(lái)說(shuō)，有向左滑動(dòng)的趨勢(shì)，因此在輪緣上的o點(diǎn)受到軌面所給與的切向摩擦反力F0，其方向是向右的；4) 由于摩擦反力F0的作用，使輪緣上的同鋼軌接觸的那一點(diǎn)o不會(huì)在軌面上向左滑動(dòng)。在理想情況下，整個(gè)輪對(duì)將以o點(diǎn)為瞬時(shí)中心向前滾動(dòng)，即輪對(duì)作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。而輪對(duì)中心c點(diǎn)則作向前的平移運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，列車的一部分運(yùn)行阻力將通過(guò)電機(jī)車的聯(lián)接器、車架及軸箱作用在輪對(duì)的中心c點(diǎn)，這就是圖中的Wc，它包括靜阻力和慣性阻力。主動(dòng)輪對(duì)還受到下面幾個(gè)力的作用：1) 電機(jī)車分配在一個(gè)主動(dòng)輪對(duì)上的那部分重力P0g，它是通過(guò)中心c作用

34、在輪對(duì)上的；2) 軌面對(duì)輪對(duì)的法向反力N0，它是作用在o點(diǎn)，與P0g在 一條直線上； 根據(jù)平衡條件得到式中 R 主動(dòng)輪對(duì)輪緣半徑。解上面的方程組，得到 (4-16) (4-17)由上述分析可以看出，主動(dòng)輪對(duì)得到一個(gè)轉(zhuǎn)矩M以后，軌面對(duì)接觸點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)摩擦反力F0，它的方向與列車運(yùn)行方向相同。正是這個(gè)摩擦反力F0克服了列車的運(yùn)行阻力Wc而使列車向前作平移運(yùn)動(dòng)。對(duì)于電機(jī)車來(lái)說(shuō)，F(xiàn)0是牽引列車向前運(yùn)動(dòng)的外力，稱為牽引力或輪緣牽引力。F0與Wc大小相等、方向相反，但作用在兩條平行線上，形成一對(duì)力偶。該力偶矩與轉(zhuǎn)矩M大小相等而方向相反，使轉(zhuǎn)矩M得以平衡，而輪緣上的O點(diǎn)不致于沿軌面滑動(dòng)。這樣，就使輪與軌面互

35、相接觸的那一點(diǎn)好象粘著在一起一樣，所以F0又稱為粘著力。由式(4-17)可知，當(dāng)列車運(yùn)行阻力Wc增加時(shí)，必然引起轉(zhuǎn)矩M的增加，也就是說(shuō)牽引電動(dòng)機(jī)必須給出更大的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，輪緣牽引力F0也必須同時(shí)增大，以平衡列車運(yùn)行阻力使列車向前運(yùn)動(dòng)。但是，無(wú)論是電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，還是粘著力都不能無(wú)限制地增大。電動(dòng)機(jī)輸出的牽引力（由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成的輪緣牽引力）受到電動(dòng)機(jī)的溫升條件限制。至于粘著力，它本質(zhì)上是摩擦力，受到摩擦條件或者叫做粘著條件的限制。單個(gè)輪對(duì)能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引力為 (4-18)式中 P0 粘著質(zhì)量，即電機(jī)車分配在該主動(dòng)輪對(duì)上的一部分質(zhì)量，t； g 重力加速度，取9.8m/s2； 粘著系數(shù)。為了使

36、主動(dòng)輪對(duì)的輪緣上同軌面的接觸點(diǎn)在軌面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，該主動(dòng)輪對(duì)產(chǎn)生的輪緣牽引力F0，應(yīng)滿足 (4-19)這就是單個(gè)輪對(duì)的粘著條件。以上是就一個(gè)主動(dòng)輪對(duì)而言。對(duì)于整臺(tái)電機(jī)車，能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引 (4-20)式中 Pn 電機(jī)車的粘著質(zhì)量，t，如電機(jī)車的全部輪對(duì)均為主動(dòng)的，則其粘著質(zhì)量等于電機(jī)車的總質(zhì)量，即；Pn2P0P。整臺(tái)電機(jī)車的粘著條件是 (4-21)式中 F 電機(jī)車為克服列車運(yùn)行阻力所必須提供的牽引力，由式（4-8）根據(jù)不同運(yùn)行狀態(tài)求出。為了使列車能按預(yù)定的狀態(tài)運(yùn)行，必須遵守式（4-21）所表示的電機(jī)車粘著條件。這個(gè)公式中關(guān)鍵的參數(shù)是粘著系數(shù)。粘著力實(shí)際上是摩擦力，在理想狀態(tài)，也就是在車

37、輪沿軌道作純滾動(dòng)的情況下，粘著系數(shù)應(yīng)為靜摩擦系數(shù)。因?yàn)殡姍C(jī)車的每個(gè)主動(dòng)車輪不可能同時(shí)都作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。通常是有的是純滾動(dòng)，有的則有某種程度的相對(duì)滑動(dòng)。因此，就整臺(tái)電機(jī)車而言，粘著系數(shù)值介于靜摩擦系數(shù)值與滑動(dòng)摩擦系數(shù)值之間。此外，電機(jī)車的粘著系數(shù)值還取決于其它許多因素，如輪緣的材料、鋼軌是否、軌面狀況、運(yùn)行速度等。對(duì)于煤礦井下運(yùn)輸，電機(jī)車的粘著系數(shù)按表4-6選取。三、制動(dòng)力在列車中只是在電機(jī)車上裝備有制動(dòng)裝置，礦車上沒(méi)有制動(dòng)裝置。因此，列車制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)力全部由電機(jī)車給出。下面分析手動(dòng)機(jī)械閘制動(dòng)時(shí)電機(jī)車產(chǎn)生的制動(dòng)力。用一個(gè)制動(dòng)輪對(duì)來(lái)說(shuō)明制動(dòng)力的產(chǎn)生。P0g為制動(dòng)輪對(duì)所分配的電機(jī)車重力；為軌面對(duì)輪

38、對(duì)的法向反力，顯然，P0g = N0。當(dāng)閘瓦施以正壓力N1（作用在輪緣上的均布力，以集中力代之）時(shí)，輪緣即產(chǎn)生切向滑動(dòng)摩擦力T0，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，其大小為 (4-22)式中 制動(dòng)閘瓦與輪緣間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，它的數(shù)值取決于閘瓦襯墊的材料、運(yùn)行速度及閘瓦的比壓(閘瓦單位面積上所受的正壓力)；對(duì)于生鐵閘瓦，一般可取為0.180.20。在T0的作用下，車輪受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)矩。在這一轉(zhuǎn)矩作用下，車輪輪緣上同軌面的接觸點(diǎn)o有沿軌面向前滑動(dòng)的趨勢(shì)。因而軌面對(duì)輪緣產(chǎn)生一個(gè)切向靜摩擦力B0，它的方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相同，根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡條件，得出 (4-23)由此可見(jiàn)，B0就是電機(jī)車一個(gè)制動(dòng)輪對(duì)所產(chǎn)生

39、的制動(dòng)力。在B0和靜阻力W1的作用下。輪對(duì)即列車減速運(yùn)行，減速度為b，因而產(chǎn)生制動(dòng)的慣性力Wal。B0及W1一起與Wal正好平衡。當(dāng)T0增大時(shí)B0相應(yīng)地增大，因而減速度也增加，使列車能較快地制動(dòng)住。制動(dòng)力B0受粘著條件的限制。一個(gè)制動(dòng)輪對(duì)能夠產(chǎn)生的最大制動(dòng)力為 (4-24)整臺(tái)電機(jī)車能夠產(chǎn)生的最大制動(dòng)力為 (4-25)式中 P0一個(gè)制動(dòng)輪對(duì)的制動(dòng)質(zhì)量，t； Pz 整臺(tái)電機(jī)車的制動(dòng)質(zhì)量，t；對(duì)于全部輪對(duì)均裝有制動(dòng)閘的電機(jī)車，此質(zhì)量即為電機(jī)車總質(zhì)量，即PzP； g 重力加速度，取9.8m/s2； 制動(dòng)狀態(tài)的粘著系數(shù)。在理想狀況下，即在制動(dòng)車輪保持純滾動(dòng)下，制動(dòng)狀態(tài)的粘著系數(shù)值應(yīng)為靜摩擦系數(shù)值。然而

40、，對(duì)于電機(jī)車的四個(gè)車輪來(lái)說(shuō)，有的做純滾動(dòng)，有的做又滾動(dòng)又滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。因此，制動(dòng)狀態(tài)的粘著系數(shù)值介于靜摩擦系數(shù)值與滑動(dòng)摩擦系數(shù)值之間。如果閘瓦的壓力N1繼續(xù)增加，以致使整個(gè)電機(jī)車的制動(dòng)力超過(guò)式(4-25)的數(shù)值，即把車輪抱死時(shí)，則制動(dòng)車輪輪緣O點(diǎn)將沿軌面向前滑動(dòng)。這時(shí)，制動(dòng)力約減少一半，制動(dòng)減速度大大降低，因而制動(dòng)距離卻增大了。因此，閘瓦壓力不能過(guò)大。合理的閘瓦壓力應(yīng)使制動(dòng)力為 (4-26)如果閘瓦最大總壓力為Nmax，總摩擦力為T(mén)max，對(duì)于整臺(tái)電機(jī)車來(lái)說(shuō)，式（4-22）可以變?yōu)?(4-27)而由式(4-23)，對(duì)整臺(tái)電機(jī)車來(lái)說(shuō)，得到 (4-28)把式(4-25)及(4-27)代入式(4-28

41、)，可求得 (4-29)或 (4-30)式中 閘壓系數(shù)?？紤]到對(duì)于生鐵閘瓦，0.180.20，0.090.17，故0.50.94，為了保證車輪不被抱死，閘壓系數(shù)值不應(yīng)超過(guò)0.9。四、電機(jī)車運(yùn)輸計(jì)算1、原始數(shù)據(jù)電機(jī)車運(yùn)輸計(jì)算的原始數(shù)據(jù)是：設(shè)計(jì)生產(chǎn)率、加權(quán)平均運(yùn)輸距離和線路平均坡度等。(1) 設(shè)計(jì)生生率在一般情況下，設(shè)計(jì)生產(chǎn)率是根據(jù)班生產(chǎn)率并考慮別運(yùn)輸不均勻系數(shù)而確定的。礦用電機(jī)車的運(yùn)輸不均勻系數(shù)采用1.25。電機(jī)車的遠(yuǎn)輸能力應(yīng)不小于設(shè)計(jì)生產(chǎn)率，這樣才能保證及時(shí)運(yùn)出全部采出的有用礦物，以保證井下工作面的連續(xù)生產(chǎn)。假如在中間站不能貯存足夠數(shù)量的有用礦物時(shí)，那么電機(jī)車運(yùn)輸能力應(yīng)大大地超過(guò)設(shè)計(jì)生產(chǎn)率，才

42、能保證礦井的連續(xù)生產(chǎn)。(2) 加權(quán)平均運(yùn)輸距離電機(jī)車同時(shí)服務(wù)于兩個(gè)以上的裝車站，裝車站班生產(chǎn)率分別為A1、A2、 An，各裝車站至井底車場(chǎng)的運(yùn)輸距離分別為L(zhǎng)1、L2、 Ln ，進(jìn)行運(yùn)輸計(jì)算時(shí)按加權(quán)平均運(yùn)輸距離L計(jì)算。L可由下式確定 (4-31) (3) 線路平均坡度井下電機(jī)車運(yùn)輸線路的坡度往往是變化的。為了計(jì)算方便，從線路縱斷面圖中找出并計(jì)算出平均坡度。平均坡度ip用下式計(jì)算 (4-32)式中 i1、i2in 各段線路的坡度，； l1、l2ln 各段線路的長(zhǎng)度，m； L0 運(yùn)輸線路長(zhǎng)度，m； H2 線路終點(diǎn)的標(biāo)高，m H1 線路起點(diǎn)的標(biāo)高，m。2、選擇電機(jī)車的粘著質(zhì)量選擇電機(jī)車的粘著質(zhì)量是一個(gè)

43、技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題涉及到許多因素，其中最重要的因素是礦井年產(chǎn)量。年產(chǎn)量大，就要加大電機(jī)車的粘著質(zhì)量和礦車中貨載質(zhì)量。這樣可以減少列車的周轉(zhuǎn)次數(shù)降低運(yùn)輸工作的緊張程度和簡(jiǎn)化運(yùn)輸工作組織。但可能因此增大巷道斷面，即提高了巷道的掘進(jìn)與支護(hù)費(fèi)用。這時(shí)可以考慮用單軌巷道代替雙軌巷道，就減小了巷道斷面。新建礦井的電機(jī)車粘著質(zhì)量按表4-8選取?，F(xiàn)有礦井增產(chǎn)挖潛時(shí)，一般選用與現(xiàn)有電機(jī)車型號(hào)相同的電機(jī)車。3、列車組成的計(jì)算在確定電機(jī)車粘著質(zhì)量及礦車型式之后，可以根據(jù)運(yùn)輸條件計(jì)算列車組成，就是確定車組應(yīng)由多少輛礦車組成。列車組成的計(jì)算按三個(gè)條件來(lái)進(jìn)行，這三個(gè)條件是：按電機(jī)車的粘著質(zhì)量、按牽引電動(dòng)機(jī)的允許溫升、

44、按列車的制動(dòng)條件。從這三個(gè)條件的計(jì)算結(jié)果中取其最小者。下面分別按上述三個(gè)條件，推導(dǎo)車組質(zhì)量的計(jì)算公式。(1) 按電機(jī)車的粘著質(zhì)量計(jì)算重車組質(zhì)量按此條件計(jì)算時(shí)需要考慮到最困難的情況，即電機(jī)車牽引重車組沿上坡起動(dòng)。雖然一般井下運(yùn)輸大巷中重列車是下坡運(yùn)輸，但在某些意外情況下（例如巷道或軌道發(fā)生故障時(shí)）重列車帶要向上坡?tīng)恳?。根?jù)公式(4-8)，電機(jī)車牽引重車組沿平均坡度的直線軌道上坡起動(dòng)時(shí)，所需給出的牽引力為 (4-33)式中 F 重列車上坡起動(dòng)時(shí)電機(jī)車所需給出的牽引力，kN； P 電機(jī)車質(zhì)量，t； Qz 重車組質(zhì)量，t； z 重列車起動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)，見(jiàn)表4-5； ip 運(yùn)輸線路的平均坡度，見(jiàn)公式(4

45、-32),一般取3； g 重力加速度，取9.8m/s2； a 起動(dòng)時(shí)的加速度，一般取0.030.05 m/s2。根據(jù)電機(jī)車的粘著條件，即把公式(4-33)代入公式(4-21)方后得到所以 (4-34)式中 電機(jī)車撒砂起動(dòng)時(shí)的粘著系數(shù)，見(jiàn)表4-6。(二) 按牽引電動(dòng)機(jī)的溫升條件計(jì)算重車組質(zhì)量按電動(dòng)機(jī)的溫升條件，實(shí)質(zhì)上是按照電動(dòng)機(jī)的等值電流不超過(guò)長(zhǎng)時(shí)電流的條件。直流串激電動(dòng)機(jī)由于磁飽和的關(guān)系，正常工作時(shí)牽引力和電流是成正比的，即其比例關(guān)系是一條直線，只是在低負(fù)荷時(shí)才呈拋物線狀。因此，可以按等值牽引力不超過(guò)長(zhǎng)時(shí)牽引力的條件確定重車組質(zhì)量。與等值電流的計(jì)算方法一樣，等值牽引力也可以用均方根法來(lái)求得 (

46、4-35)式中 Fd 電機(jī)車的等值牽引力，kN； Fz 牽引重車組時(shí)電機(jī)車的牽引力，kN； Fk 牽引空車組時(shí)電機(jī)車的牽引力，kN； tz 重列車運(yùn)行時(shí)間，min； tk 空列車運(yùn)行時(shí)間，min； Ty 總的運(yùn)行時(shí)間，Tytz + tk，min； 停車及調(diào)車時(shí)間，一般可取1822 min； a 調(diào)車系數(shù)。它是考慮調(diào)車時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)需要工作的系數(shù)，此系數(shù)值見(jiàn)表4-9。為了使計(jì)算進(jìn)一步簡(jiǎn)化，假定列車是在理想的等阻坡度上運(yùn)行。在等阻坡度上運(yùn)行，重列車下坡時(shí)的運(yùn)行阻力等于空列車上坡時(shí)的運(yùn)行阻力。雖然這個(gè)假定與實(shí)際情況有出入，但是由于一般平均坡度與等阻坡度比較接近，所以計(jì)算還是比較準(zhǔn)確的。因有這個(gè)假定，故

47、上式中重列車與空列車牽引力相等，即 (4-36)將式(4-36)代入式(4-35)，即得 (4-37)因 (4-38)令 (4-39)則式（4-37）為 (4-40)而 (4-41)式中 z 重列車運(yùn)行阻力系數(shù)； td 等阻坡度，對(duì)于用滾動(dòng)軸承的礦車，一般為2。將式(4-41)代入式(4-40)中即得 (4-42)為了使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)溫升不超過(guò)允許溫升，電機(jī)車的等值牽引力Fd應(yīng)不大于長(zhǎng)時(shí)牽引力Fch，即 (4-43)將式(4-43)代入式(4-42)中，即得按牽引電動(dòng)機(jī)溫升條件計(jì)算的重車組質(zhì)量為 (4-44)列車運(yùn)行時(shí)間為 (4-45)式中 L 加權(quán)平均運(yùn)輸距離，m； vp 列車平均運(yùn)行速度，m/

48、s。列車平均運(yùn)行速度為 (4-46)式中 vch 電機(jī)車的長(zhǎng)時(shí)速度，m/s。(三) 按制動(dòng)條件計(jì)算重車組質(zhì)量煤礦安全規(guī)程規(guī)定：運(yùn)送物料時(shí)列車的制動(dòng)距離不得超過(guò)40m，而運(yùn)送人員時(shí)不得超過(guò)20m。這個(gè)距離是根據(jù)電機(jī)車照明燈的有效照射距離來(lái)制定的。制動(dòng)距離是指從司機(jī)開(kāi)始撥動(dòng)閘輪或電閘手把到機(jī)車完全停止的距離。在計(jì)算重車組質(zhì)量時(shí)必須符合這一規(guī)定，并應(yīng)按最不利的情況，即重列車下坡制動(dòng)時(shí)的情況來(lái)計(jì)算。列車開(kāi)始制動(dòng)時(shí)的速度為長(zhǎng)時(shí)速度vch，則制動(dòng)時(shí)的減速度b為 (4-47)式中 lz 制動(dòng)距離，運(yùn)物料時(shí)為40m。由式(4-15)可以求得當(dāng)重列車沿直線軌道下坡制動(dòng)時(shí)電機(jī)車的制動(dòng)力為 (4-48)式中 ip

49、平均坡度，； z 重列車運(yùn)行阻力系數(shù)。將式(4-26)代入式(4-48)得由上式得出按制動(dòng)條件計(jì)算重車組質(zhì)量的公式為 (4-49)式中 Pz 電機(jī)車的制動(dòng)質(zhì)量，對(duì)于礦用電機(jī)車，它等于電機(jī)車的全部質(zhì)量P，t； 制動(dòng)時(shí)的粘著系數(shù)，如撒砂時(shí)可取為0.17。上面按三個(gè)不同條件推導(dǎo)出計(jì)算重車組質(zhì)量的三個(gè)公式。在多數(shù)情況下，按制動(dòng)條件求得的重車組質(zhì)量小于按其它兩個(gè)條件求得的。在這種情況下，為了不因減少車組質(zhì)量而使每列車中礦車數(shù)過(guò)少，可以采用這樣的辦法：在重列車下坡時(shí)兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)由并聯(lián)改為串聯(lián)運(yùn)行，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)電壓降低一半，以降低運(yùn)行速度；或者每隔一定時(shí)間切斷電源，以改善制動(dòng)條件。按上述三個(gè)條件分別求出重

50、車組質(zhì)量之后，應(yīng)取三者中之最小者來(lái)確定車組中礦車數(shù)。車組中礦車數(shù)z可由下式求得： (4-50)式中 Qz 重車組質(zhì)量，t； G 礦車中貨載質(zhì)量，t； G0 礦車質(zhì)量，t。應(yīng)當(dāng)指出，由以上方法確定的車組中礦車數(shù)，僅僅是從電機(jī)車牽引的技術(shù)可能性出發(fā)的，最有利的礦車數(shù)還要以實(shí)際條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較作為基礎(chǔ)。因?yàn)樵谀承l件下，最大允許的本組中礦車數(shù)太多，反而會(huì)引起礦車總數(shù)不必要地增加和調(diào)車車場(chǎng)的加長(zhǎng)等。四、列車組成的驗(yàn)算確定了重車組質(zhì)量后，還要驗(yàn)算實(shí)際的電動(dòng)機(jī)的溫升和列車制動(dòng)距離。原因：按溫升條件計(jì)算重車組質(zhì)量時(shí)，是按等阻坡度，并以加權(quán)平均運(yùn)輸距離為條件來(lái)計(jì)算的；按制動(dòng)條件計(jì)算重車組質(zhì)量時(shí)，是用電機(jī)車的長(zhǎng)時(shí)速度計(jì)算的減速度。實(shí)際上，列車是在比等阻坡度大的平均坡度上運(yùn)行；重空列車的運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)間也不同。并且在比加權(quán)平均運(yùn)輸距離大的最長(zhǎng)距離上運(yùn)行。因此，需要按在平均坡度上，在最長(zhǎng)運(yùn)輸距離上運(yùn)行時(shí)，驗(yàn)算其等值電流是否超過(guò)長(zhǎng)時(shí)電流。并且按實(shí)際運(yùn)行速度和實(shí)際所得到的減速度驗(yàn)算其制動(dòng)距離是否符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定。(一) 驗(yàn)算實(shí)際電動(dòng)機(jī)溫升按在平均坡度ip上及最長(zhǎng)運(yùn)輸距離Lmax來(lái)驗(yàn)算。首先計(jì)算出牽引重列車和空列車達(dá)到全速穩(wěn)態(tài)時(shí)電機(jī)車的牽引力然后再算出每臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的牽引力式中 nd 電機(jī)車