三章礦用電機車課件

1、第三章礦用電機車第一節(jié)概述第三章礦用電機車第一節(jié)概述礦用電機車礦用電機車4.1 概述一、礦用電機車的作用 礦用電機車主要用于井下運輸大巷和地面的長距離運輸。它相當(dāng)于鐵路運輸中的電氣機車頭，牽引著由礦車或人車組成的列車在軌道上行走，完成對煤炭、矸石、材料、設(shè)備、人員的運送。4.1 概述20噸架線式礦用電機車20噸架線式礦用電機車二、原理、使用條件牽引電機驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，借助車輪與軌面間的摩擦力，使機車在軌道上運行。在這種運行方式下，它的牽引力不僅受牽引電機功率的限制，還受車輪與軌面間的摩擦制約。機車運輸能行駛的坡度有限制，一般為3，局部坡度不能超過30。二、原理、使用條件三、礦用電機車的形式及分類

2、 按電能來源電機車分為礦用直流架線式電機車(ZK型)和礦用蓄電池式電機車(XK型)。 按電機車的黏著質(zhì)量分類，架線式電機車有：1.5t、3t、7t、10t、14t、20t幾種；蓄電池式有2t、2.5t、8t、12t幾種。 按電機車的軌距分為600mm、762mm、900mm三種 按電壓等級，架線式電機車有100（97）V、250V、550V三種；蓄電池式電機車有40/48V與110/132V兩個等級 三、礦用電機車的形式及分類 按電能來源電機車分為礦用直流一、直流架線電機車架線式電機車的供電方式如圖4-1所示。中央變電所引來的高壓電纜供給牽引變流所三相交流電源，經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)低壓電纜4送到

3、變流設(shè)備，將交流變?yōu)橹绷?，正極接在架空線上，負極接在軌道上。架空線是沿運行軌道上空架設(shè)的裸導(dǎo)線，機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機，再經(jīng)軌道流回。因此架線式電機車的軌道必須按電流回路的要求接通。一、直流架線電機車架線式電機車直流架線式電機車有構(gòu)造簡單，操作方便、用電效率高、投資費用和運轉(zhuǎn)費用低廉等優(yōu)點，但是它只能在有架線的巷道內(nèi)運行，受電弓與架線接觸處易發(fā)生火花，故不能用于有瓦斯爆炸危險的礦山。 架線式電機車直流架線式電機車有構(gòu)造簡單，操作方便、用電效率高 圖4-l 架線式電機車的供電系統(tǒng) 1-牽引變流所；2-饋電線； 3-饋電點； 4-架空線；5-受電弓；

4、 6-運輸軌道；7-回電點；8-回電線；9-礦車；牽引電機車 圖4-l 架線式電機車的供電系統(tǒng)牽引電機車 架線式電機車運行時，維護管理簡便，運輸費用低。受電弓與架空線間難免產(chǎn)生火花 ，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，只能在低沼氣礦井進風(fēng)（全風(fēng)壓通風(fēng)）的主要運輸巷道內(nèi)使用，巷道支護必須使用不可燃性材料。 蓄電池式電機車由車上攜帶的蓄電池供電，有防爆型電池，可用于瓦斯含量大的礦井。運輸線路不受限制，但需要充電設(shè)施，蓄電池放電到規(guī)定值時需更換且本身自重較大。 架線式電機車運行時，維護管理簡便，運輸費用低。受電弓蓄電池式電機車蓄電池式電機車是用蓄電池供給電能的。蓄電池充電一般在井下電機車庫運行。電機車上的蓄電池組用

5、到一定程度后，就把它取下?lián)Q上充好電的。因此，每臺電機車必須配備2-3套蓄電池組。優(yōu)點：無火花引爆危險，適合在有瓦斯的礦井使用；不須架線，使用靈活，對于產(chǎn)量小、巷道不太規(guī)則的運輸系統(tǒng)和巷道掘進運輸很適用。缺點：須設(shè)充電設(shè)備；初期投資大；用電效率低，運輸費用較高。 蓄電池式電機車蓄電池式電機車是用蓄電池供給電能的。蓄電蓄電池式電機車的工作原理蓄電池式電機車的工作過程蓄電池提供的直流電經(jīng)隔爆插銷、控制器、電阻箱進入電動機，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。電動機通過傳動裝置帶動車輪轉(zhuǎn)動，從而牽引列車行駛。蓄電池式電機車的工作原理蓄電池式電機車蓄電池式電機車三、電機車的基本部件 礦用電機車是由機械設(shè)備和電氣設(shè)備兩大部分

6、組成。 三、電機車的基本部件 礦用電機車是由機械設(shè)備和電氣設(shè)備二、井工礦用電機車機械結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備（一）井工礦用電機車機械結(jié)構(gòu)機械設(shè)備包括車架、輪對、軸承和軸箱、彈簧托架、制動裝置、加砂裝置、齒輪傳動裝置及聯(lián)接緩沖裝置等。二、井工礦用電機車機械結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備（一）井工礦用電機車機械車架是機車的主體， 是安裝的基礎(chǔ),包括:車梁、緩沖器和軸卡。電機車上所有設(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。 車梁：礦車的主要承載部件。 緩沖器：直接承受牽引力和沖擊。軸卡：車架與輪對的連接體，目前多采用插銷式。 (一) 車架車架是機車的主體， 是安裝的基礎(chǔ),包括:車梁、緩沖器和軸卡。 輪對是由兩

7、個壓裝在軸上的車輪和一根車軸所組成。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)點是輪圈磨損后可以更換，而不致使整個車輪報廢。礦用電機車采用雙主動軸。(二) 輪對 輪對是由兩個壓裝在軸上的車輪和一根車軸所組成。(二) 輪對(三) 軸承和軸箱車軸通過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。礦用電機車的軸箱：箱內(nèi)裝有一對滾柱軸承4，箱殼兩側(cè)的滑槽9與車架相配，在不平的軌道上運行時，輪軸能在車架中上下移動。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。(三) 軸承和軸箱礦用電機車的軸箱：

8、(四) 彈簧托架彈簧托架的作用是緩和運行中對機車的沖擊和震動。礦用電機車的均衡托架：前軸（右軸）上的彈簧托架是單獨作用，后軸（左軸）上的彈簧托架的一端固定在車架上，另一端用均衡梁1連接，均衡梁1的中點用鉸軸安在車架上。均衡梁的作用：當(dāng)有一個車輪上的負荷增加時（例如軌道局部突起），能通過均衡梁的作用把負荷分配到另一個車輪上去一部分，以避免一個車輪過載，一個車輪欠載。(四) 彈簧托架均衡梁的作用： (五) 制動裝置制動裝置是為了在運行中迅速減速和停車之用。制動裝置有機械的和電氣的兩種，電氣制動裝置不能使電機車完全停住，因此每臺電機車都裝有機械制動裝置。機械制動裝置按操作方式分有手動的和氣動的兩種。

9、電機車機械制動裝置：四個車輪的內(nèi)側(cè)各裝一個閘瓦9（或10），閘瓦鉸接在制動桿7或8上。每側(cè)的兩個制動桿的下端用正反扣調(diào)整螺絲11相連，此調(diào)整解絲用來調(diào)整閘瓦與車輪輪面的間隙。兩個制動桿用連桿12連接，連桿12的頂端鉸接在車架上，作為固定支點。 (五) 制動裝置電機車機械制動裝置：拉桿6的左右移動使閘瓦進行制動或松閘。拉桿6的動作是由手輪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)動不能移動。螺母4固定在均衡桿5的中間，螺母不能轉(zhuǎn)動只能移動。均衡桿5的作用是將螺旋副的推力平均地傳給兩個拉桿6。拉桿6的左右移動使閘瓦進行制動或松閘。拉桿6的動作是由手輪1(六) 加砂裝

10、置加砂裝置的作用：向機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砂箱，這四個砂箱由司機室中上下兩個手柄操縱，一個手柄操縱兩個砂箱。兩個手柄均靠彈簧復(fù)位。如圖4-8所示，當(dāng)拉動一個手柄時，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，與砂箱底之間拉開一條縫，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) 齒輪傳動裝置在小型礦用電機車上，一般是用一臺牽引電動機通過傳動齒輪同時帶動兩個軸的傳動方式。(六) 加砂裝置加砂裝置包括有四個砂箱，這四個砂箱由司機室中在中型礦用電機車上，用兩臺牽引電動機分別帶動兩個軸。傳動裝置為一級齒輪減速。牽引

11、電動機的一側(cè)用抱軸承1安在車軸上，另一側(cè)用機殼上的掛耳2通過彈簧吊掛在車架上。這種安裝方式既能緩和運行中對電動機的沖擊和震動，又能保證傳動齒輪處于正常嚙合狀態(tài)。在14t及20t電機車上，由于采用高旋轉(zhuǎn)速度、尺寸較小、功率較大的牽引電動機，所以采用二級齒輪減速。齒輪在減速箱內(nèi)工作，既能提高其傳動效率，又能增加其壽命。電動機的一端用凸緣與減速箱聯(lián)接，另一端用機殼上的掛耳通過彈簧掛在車架上。在中型礦用電機車上，用兩臺牽引電動機分別帶動兩個軸。傳動裝置(八) 聯(lián)接緩沖裝置礦用電機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

12、電池式電機車用彈性緩沖裝置，以減輕對蓄電池的沖擊。架線式電機車用剛性緩沖裝置。(八) 聯(lián)接緩沖裝置二、電氣設(shè)備電氣設(shè)備包括牽引電動機、控制器、啟動電阻、受電弓、自動開關(guān)與照明等。(一) 牽引電動機 目前礦用電機車都采用直流串激電動機作牽引電動機，與其他激磁方式的直流電動機比較，直流串激電動機的優(yōu)點： (1)串激電動機啟動時，能以不大的電流獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，因而在要求相同的啟動轉(zhuǎn)矩條件下，可采用較小功率的電動機。二、電氣設(shè)備 (2)串激電動機的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度隨著列車運行阻力及行駛條件而自動地進行調(diào)節(jié)。 這種特點是由于串激電動機具有軟的牽引特性(見圖4-24)所決定的。當(dāng)電機車上坡行駛或負荷較大

13、時，需要較大的牽引力，隨著牽引力的增大，電動機的轉(zhuǎn)速會自動地降低。這樣，既保證了運行安全，又不致從電網(wǎng)吸取過大的功率。 (2)串激電動機的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度隨著列車運行阻力及行駛第三章礦用電機車課件 (3)兩臺串激電動機并聯(lián)工作時，負荷分配比較均勻。由于兩臺電動機特性有差異或前后車輪直徑不相等，兩臺電動機的轉(zhuǎn)速不等，會引起各電動機負荷電流不相同，但由于其牽引特性較軟，因而負荷電流差異很小，約在510范圍內(nèi)。這樣，可以避免個別電動機在運轉(zhuǎn)中因負荷不均勻而產(chǎn)生嚴重過負荷現(xiàn)象。 (4)當(dāng)架空電網(wǎng)的電壓變動時，只影響串激電動機的轉(zhuǎn)速，而不影響其轉(zhuǎn)矩。這樣，就使得當(dāng)架空電網(wǎng)的電壓降很大時，電機車也能啟動。

14、(3)兩臺串激電動機并聯(lián)工作時，負荷分配比較均勻。由 此外，串激電動機構(gòu)造簡單、體積和質(zhì)量都較小，也是其重要的優(yōu)點。 但是，串激電動機也有缺點，如調(diào)整性能差等。 此外，串激電動機構(gòu)造簡單、體積和質(zhì)量都較小，也是其重要的 牽引電動機的特性：指運行速度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=f1(I)，牽引力特性F=f2(I)及效率特性=f3(I)，這些特性均用曲線表示。 圖4-24及圖4-25分別為ZQ-21型及ZQ-24型牽引電動機的特性曲線。牽引電動機的功率分長時功率和小時功率。 長時功率：指在電機絕緣材料的允許溫升條件下電機長時運轉(zhuǎn)時能夠輸出的最大功率，主要取決于電機的散

15、熱能力。 牽引電動機的特性：指運行速度v,輪緣牽引力F以及效率與電第三章礦用電機車課件 小時功率：指在允許溫升條件下，電機連續(xù)運轉(zhuǎn)一小時的最大功率，它是牽引電動機的額定功率，它主要取決于電機的絕緣材料和冷卻性能的好壞。 與功率相對應(yīng)的電流牽引力和轉(zhuǎn)速也有長時制和小時制之分。 小時功率：指在允許溫升條件下，電機連續(xù)運轉(zhuǎn)一小時的最大（二）啟動電阻作用:是限制牽引電動機的啟動電流。組成:通常由幾個單獨的電阻元件組成，因連接方式不同，電阻值大小也不相同。礦用電機車一般采用帶狀電阻。啟動電阻是牽引電動機進行啟動、調(diào)速和電氣制動。(三)控制器作用:操縱牽引電動機及電機車運行.即控制和換向(四)受電弓作用:

16、從架空線上取用電能分類;構(gòu)造可分為弓式和接觸式(五)自動開關(guān)與照明裝置自動開關(guān)、前后照明燈等（二）啟動電阻作用:是限制牽引電動機的啟動電流。直流牽引電動機直流牽引電動機司機控制器司機控制器啟動電阻啟動電阻自動開關(guān)自動開關(guān) 第三節(jié)電機車的電氣制動 電機車的電氣制動是指對牽引電動機進行啟動、調(diào)整、斷電運行、電氣制動及換向運行等控制。 一、礦用電機車的啟動 牽引電動機在靜止時電樞繞組內(nèi)沒有反電勢，而繞組本身電阻又很小，因此，如果在啟動時把牽引電動機直接接至全電壓電網(wǎng)，則在靜止的電動機各繞組中通過的電流很大，會引起繞組很快發(fā)熱甚至燒毀。此外，還會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，引起機械部分的損壞。為了限制啟動時的電流

17、沖擊，并保持一定的電流數(shù)值，普遍采用在牽引電動機的電路中串接啟動電阻和將兩臺牽引電動機串并聯(lián)的方法進行啟動。 第三節(jié)電機車的電氣制動2啟動方法(1)串接電阻的啟動方法。 架空線的電壓為U，電動機繞組電阻為ra，電阻是Rp,電動機反向電勢為E，則電樞電流為，其中，C-與電動機構(gòu)造有關(guān)的常數(shù)；-工作磁通； n-電動機轉(zhuǎn)速2啟動方法其中，C-與電動機構(gòu)造有關(guān)的常數(shù)；由上式可知，反電動勢E隨轉(zhuǎn)數(shù)增加而增加，電樞電流逐漸減小。啟動瞬時，E 為零，啟動電流很大，為限制啟動電流接入附加電阻。啟動后，必須保持牽引力不變，需要相應(yīng)地減小附加啟動電流。第三章礦用電機車課件(2)串并聯(lián)啟動方法。 礦用電機車還采用了

18、兩臺牽引電動機串并聯(lián)啟動的方法。開始啟動時，第一步先將兩臺電動機串聯(lián)，并加入啟動電阻RP如圖4-26所示，然后逐段切除電阻，直至RP=0。第二步是將兩臺電動機并聯(lián)，加入適當(dāng)?shù)碾娮鑂p。然后逐段切除，直至兩臺電動機不帶電阻并聯(lián)運行，這時電機車即達到全速運行。(2)串并聯(lián)啟動方法。第三章礦用電機車課件二、牽引電動機的調(diào)速（一）改變電動機的端電壓 (1)串聯(lián)電阻法。電路內(nèi)串聯(lián)接入一個電阻，通過改變此電阻的數(shù)值來調(diào)節(jié)電動機的端電壓。但是這個方法很不經(jīng)濟，因為在電阻器中將消耗大量的電能，所以電阻器實際上只能作為啟動之用，而不應(yīng)該用來調(diào)速。 (2)串并聯(lián)法。改變兩臺牽引電動機的聯(lián)接方式(串并聯(lián)法)是一種經(jīng)

19、濟的調(diào)速方法，但選種調(diào)速方法平滑性較差。因為礦用電機車對調(diào)速的要求不高，一般正常運行為并聯(lián)(高速)，過道岔及彎道時為串聯(lián)(低速)。二、牽引電動機的調(diào)速第三章礦用電機車課件 (3)可控硅脈沖調(diào)速法。在牽引電動機的電路中串聯(lián)可控硅元件，利用可控硅斷續(xù)供電改變電動機端電壓的平均值，以達到調(diào)速的目的。（二）改變電動機的磁場強度 單電機小型礦用電機車采用這種方法。 (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，如圖4-27(a) ，當(dāng)兩組激磁繞組全部接入主電路時，磁場強度最大，電動機旋轉(zhuǎn)速度最低。當(dāng)只有一組激磁繞組接入主電路時，由于激磁繞組的匝數(shù)減少，因此，磁場被削弱，電動機

20、旋轉(zhuǎn)速度增高。 (3)可控硅脈沖調(diào)速法。在牽引電動機的電路中串聯(lián)可控第三章礦用電機車課件 (2)改變激磁繞組的接線。 改變激磁繞組的連接方式，如圖4-27(b)所示。串聯(lián)時為滿磁場，電動機旋轉(zhuǎn)速度最低。激磁繞組并聯(lián)時將削弱磁場，電動機旋轉(zhuǎn)速度增高。這種方法的優(yōu)點是經(jīng)濟性和平滑性好。但調(diào)速范圍有一定的限制。 (2)改變激磁繞組的接線。三、電氣制動 礦用電機車的電氣制動大多數(shù)是采用動力制動，或稱能耗制動。 原理：根據(jù)牽引電動機在一定工作條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機運轉(zhuǎn)的可逆性。當(dāng)牽引電動機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機工作時，列車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這時，電流將轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹姆较?，使電動機軸上產(chǎn)生制動力。在進行電氣制動的過程

21、中，將產(chǎn)生的電能直接消耗在電阻器上。三、電氣制動 動力制動的優(yōu)點：不從電網(wǎng)吸取電能，線路比較簡單，同時產(chǎn)生的機械沖擊也不大。 缺點：制動過程中，電動機中有電流通過，因此電機繞組的溫升要增大，故牽引電動機的功率比不用動力制動者增加1520。此外，采用動力制動不能達到完全停車，還需使用閘瓦制動。 動力制動的優(yōu)點：不從電網(wǎng)吸取電能，線路比較簡單，同時產(chǎn) 要實現(xiàn)動力制動必須解決兩個問題： 一是制動前后串激磁場中的電流方向不能改變，否則會產(chǎn)生去磁作用而失去制動力；二是在制動時兩臺電動機均變成串激發(fā)電機，其負荷為同一個制動電阻器，相當(dāng)于兩臺串激發(fā)電機并聯(lián)運行，而串激發(fā)電機的并聯(lián)運行是不穩(wěn)定的。 為了解決上

22、述兩個問題，必須采用兩臺電機的激磁繞阻交叉聯(lián)接線路或交叉一橋式聯(lián)接線路。目前ZK型架線式電機車的電氣制動線路都是采用交叉一橋式聯(lián)接線路。 要實現(xiàn)動力制動必須解決兩個問題：第五節(jié) 列車運行理論列車運行理論是研究作用于列車上的各種力與其運動狀態(tài)的關(guān)系以及機車牽引力和制動力的產(chǎn)生等問題。一、列車運行基本方程式 在討論列車運行基本方程式時，為簡化起見，假定電機車與礦車之間、礦車與礦車之間的聯(lián)接都是剛性的，因而在運動的任何瞬間列車中各部分的速度或加速度都是相同的，把整個列車當(dāng)做平移運動的剛體看待與實際情況雖有差異，但其結(jié)果對應(yīng)用影響不大。第五節(jié) 列車運行理論列車運行理論是研究作用于列車上的各種力列車運行

23、有以下三種狀態(tài)： (1)牽引狀態(tài)，列車在牽引電動機產(chǎn)生的牽引力作用下加速啟動或勻速運行； (2)慣性狀態(tài)，牽引電動機斷電后列車靠慣性運行，一般這種狀態(tài)為減速運行； (3)制動狀態(tài)，列車在制動閘瓦或牽引電動機產(chǎn)生的制動力矩作用下減速運行或停車。列車運行有以下三種狀態(tài)：(一)牽引狀態(tài)的列車運行基本方程式 列車在牽引狀態(tài)(加速運行)下，沿著運行方向作用在列車上有牽引力F、靜阻力Fj、慣性阻力Fa。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： 1.慣性阻力 列車在平移運動的同時，還有電動機的電樞、齒輪以及輪對等部件的旋轉(zhuǎn)運動。為了考慮旋轉(zhuǎn)運動對慣性阻力的影響，用慣性系數(shù)來增大平移運動的慣性阻力

24、。(4-1)(一)牽引狀態(tài)的列車運行基本方程式(4-1)因此，慣性阻力Fa可用下式表示:式中：M為電機車和礦車組的全部質(zhì)量，m=(P+Q)1000 kg； md為電機車質(zhì)量；mz為礦車組質(zhì)量； 為慣性系數(shù)； a為列車加速度。 將m值及值代式(42)，得：(4-3)(4-2)因此，慣性阻力Fa可用下式表示:(4-3)(4-2)2靜阻力 列車運行的靜阻力包括基本阻力、坡道阻力、彎道阻力、道岔阻力及氣流阻力等。對于礦用電機車，由于運行速度低，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 基本阻力是指輪對的軸頸與軸承間的摩擦阻力、車輪在軌道上的滾動摩擦阻力、輪緣與軌道間的滑動摩擦阻力以及

25、列車在軌道上運行時的沖擊震動所引起的附加阻力等。通常基本阻力是經(jīng)過試驗來確定的。2靜阻力 有了阻力系數(shù)以后，基本阻力可按下式計算： 式中：F0為基本阻力,N；g為重力加速度，取9.8 ms2；為列車運行阻力系數(shù)。 (2)坡道阻力 坡道阻力是列車在坡道上運行時，由于列車重力沿坡道傾斜方向的分力而引起的阻力。(4-4) 有了阻力系數(shù)以后，基本阻力可按下式計算：(4-4)設(shè)為坡道的傾角，則坡道阻力為： 在計算時，如列車為上坡運行，上式右端取“+”號，如為下坡，則取-號。 一般情況下，電機車運行軌道的傾角都很小，因此sintan，而tan=i。式中i為軌道坡度()。 將前面兩式代入式(4-5)，即得：

26、 (4-5)(4-6)設(shè)為坡道的傾角，則坡道阻力為：(4-5)(4-6) 列車運行的靜阻力應(yīng)為基本阻力和坡道阻力之和，即： 將式(4-3)和式(4-6)代入式(4-1)，便得到牽引電動機所必須產(chǎn)生的牽引力為： 上式就是列車在牽引狀態(tài)下的運行基本方程式，利用這個方程式可求出在一定條件下機車所必須給出的牽引力，或者根據(jù)電機車的牽引力求出列車中的礦車數(shù)。(4-7)(4-8) 列車運行的靜阻力應(yīng)為基本阻力和坡道阻力之和，即：(4-7)二、電機車的牽引力 如圖4-28所示，主動輪對受到牽引電動機傳來的轉(zhuǎn)矩M，使車輪以輪軸為中心旋轉(zhuǎn).M=FC.D/2FC車輪作用于軌道接觸點上的力.二、電機車的牽引力第三章

27、礦用電機車課件 由于M的作用，輪對將有繞中心c作順時針方向旋轉(zhuǎn)的趨勢，而輪緣上的同軌面接觸的那一點O，相對于軌面來說，有向左滑動的趨勢，因此在輪緣上的點受到軌面所給的切向摩擦反力F0，其方向是向右的； 由于摩擦阻力FO的作用，使輪緣上同鋼軌接觸的那一點O不會在軌面上向左滑動。理想情況下，整個輪對將以O(shè)點為瞬時中心向前滾動，即輪對作純滾動運動。而輪對中心c點作向前的平移運動。此時，列車的一部分運行阻力將通過電機車的聯(lián)接器、車架及軸箱作用在輪對的中心c點，這就是圖中的Fc。 由于M的作用，輪對將有繞中心c作順時針方向旋轉(zhuǎn)的趨勢 由上述分析可以看出，主動輪對得到一個轉(zhuǎn)矩M以后軌面對接觸點o產(chǎn)生了一個

28、摩擦反力F0，它的方向與列車運行方向相同。正是這個摩擦反力F0克服了列車的運行阻力FC而使列車向前作平移運動。對于電機車來說，F(xiàn)0是牽引列車向前運動的外力，稱為牽引力或輪緣牽引力。 F0與FC因大小相等方向相反，且作用在兩條平行線上，形成一對力偶。該力偶與轉(zhuǎn)矩M大小相等而方向相反，使轉(zhuǎn)矩M得以平衡，從而使輪緣上的o點不致于沿軌面滑動。這樣，就使輪與軌面互相接觸的那一點好像粘著在一起一樣，所以F0稱為粘著力。 由上述分析可以看出，主動輪對得到一個轉(zhuǎn)矩M以后軌面對 由式(4-17)可知，當(dāng)列車運行阻力增加時，必然引起轉(zhuǎn)矩M的增加，也就是說牽引電動機必須給出更大的轉(zhuǎn)矩。同時，輪緣牽引力也必須同時增大

29、，以平衡列車運行阻力使列車向前運動。 但是，無論是電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，還是粘著力都不能無限制地增大。電動機輸出的牽引力(由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成的輪緣牽引力)受到電動機的溫升條件限制。 由式(4-17)可知，當(dāng)列車運行阻力增加時，必然引起粘著力，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。單個主動輪對能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引力為： 式中；即電機車分配在單個主動輪對上的正壓力，KN；為粘著系數(shù)。(4-18)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為了使主動輪對的輪緣上同軌面的接觸點在軌面不發(fā)生相對滑動，該主動輪對產(chǎn)生的輪緣牽引力F0應(yīng)滿足： 這就是單個輪對的粘著條件。 以上分析是就

30、一個主動輪對而言的，對于整臺電機車，能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引力為： 式中：Pn為機車作用在全部主動輪對上的粘著重力，KN，若電機車的全部輪對均為主動輪，則其粘著重力等于電機車的總重量。(4-19)(4-20)為了使主動輪對的輪緣上同軌面的接觸點在軌面不發(fā)生相對滑動，該 式中：F為電機車為克服列車運行阻力所必須提供的牽引力，由式(4-8)根據(jù)不同運行狀態(tài)求出。 公式中關(guān)鍵的參數(shù)是粘著系數(shù)。在理想狀態(tài)下，也就是在車輪沿軌道作純滾動運動的情況下，粘著系數(shù)應(yīng)為靜摩擦因數(shù)。第三章礦用電機車課件三、制動力 閘瓦制動器的結(jié)構(gòu)如前所述，制動運行時，作用在機車上的力有慣性力，靜阻力和制動力。 如圖4-29所示，用

31、一個制動輪對來說明制動力的產(chǎn)生。P0g為制動輪對所分配的電機車重力；N0為軌面對輪對的法向反力，顯然，P0g = N0。當(dāng)閘瓦施以正壓力N1(作用在輪緣的均布力，以集中力代之)時，輪緣即產(chǎn)生切向滑動摩擦力T0，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。三、制動力第三章礦用電機車課件輪緣即產(chǎn)生切向滑動摩擦力T0式中： 為制動閘瓦與輪緣問的滑動摩擦因數(shù)，取決于閘瓦襯墊的材料、運行速度及閘瓦比壓； 在T0的作用下。車輪受到一個逆時針方向的轉(zhuǎn)矩。在這一轉(zhuǎn)矩作用下，車輪輪緣上同軌面的接觸點O有沿軌面向前滑動的趨勢。因而軌面對輪緣將產(chǎn)生一個切向靜摩擦力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B0R-T0R=O得

32、出：(4-22)(4-23)輪緣即產(chǎn)生切向滑動摩擦力T0(4-22)(4-23) 由此可見，B0就是電機車一個制動輪所產(chǎn)生的制動力。在B0和靜阻力Fj的作用下，輪對即列車減速運行，減速度為b，因而產(chǎn)生制動的慣性力隨Fa、B0及Fj一起與Fa正好平衡。 當(dāng)T0增大時B0相應(yīng)地增大，因而減速度也增加，使列車能較快地制動住。 然而，制動力B0受粘著條件的限制。一個制動輪對能夠產(chǎn)生的最大制動力為：(4-24) 由此可見，B0就是電機車一個制動輪所產(chǎn)生的制動力。在B整臺電機車能夠產(chǎn)生的最大制動力為：式中：P0為一個制動輪對的制動重力，KN； Pz為整臺電機車的制動重力，KN；對于全部輪對均裝有制動閘的電

33、機車，此質(zhì)量即為電機車總質(zhì)量，即Pz=P； 為制動狀態(tài)的粘著系數(shù)。 在理想狀況下，即在制動車輪保持純滾動的情況下，制動狀態(tài)的粘著系數(shù)值應(yīng)為靜摩擦因數(shù)值。(4-25)整臺電機車能夠產(chǎn)生的最大制動力為：(4-25) 然而，對于電機車的四個車輪來說，有的做純滾動，有的既滾動又滑動。因此，制動狀態(tài)的粘著系數(shù)值介于靜摩擦因數(shù)值與滑動摩擦因數(shù)值之間。 如果閘瓦的壓力N1繼續(xù)增加，以致使整個電機車的制動力超過式(4-25)的數(shù)值，即把車輪抱死時，則制動車輪輪緣。點將沿軌面向前滑動。這時，制動力約減少一半，制動減速度大大降低，制動距離卻增大了。 然而，對于電機車的四個車輪來說，有的做純滾動，有的既滾動 因此，

34、閘瓦壓力不能過大，臺理的閘瓦壓力應(yīng)使制動力為 ： 如果閘瓦最大總壓力為Nmax，總摩擦力為Tmax，對于整臺電機車來說，式(4-22)可以變?yōu)椋?對整臺電機車來說，由式(4-23)可得到：(4-26)(4-28)(4-27) 因此，閘瓦壓力不能過大，臺理的閘瓦壓力應(yīng)使制動力為 把式(4-25)及式(4-27)代入式(4-28)，可求得： 或 式中：為閘壓系數(shù)。 考慮到對于鑄鐵閘瓦，0.180.20，=0.090.17，故=0.50.94，為了保證車輪不被包死，閘壓系數(shù)值不應(yīng)超過0.9。(4-30)(4-29) 把式(4-25)及式(4-27)代入式(4-28)，可 第五節(jié)電機車的運輸計算一、原

35、始資料和計算內(nèi)容1.原始資料 礦井及電機車運輸巷道的瓦斯情況，巷道的支護和通風(fēng)情況；礦井年產(chǎn)量；礦井工作制度；達到設(shè)計年產(chǎn)量時，各運輸巷道長度、班產(chǎn)量及線路平均坡度或線路起終點標高；各運輸水平末期時，運輸巷道長度、班產(chǎn)量及線路平均坡度或線路起終點標高；出煤班的矸石產(chǎn)量；礦車的技術(shù)特征；供電機車用的交流電源電壓等級；運輸線路平面圖與縱斷面圖。 第五節(jié)電機車的運輸計算一、原始資料和計2.電機車運輸計算的主要內(nèi)容 機車類型及其粘著質(zhì)量的選擇；列車組成計算；確定全礦電機車臺數(shù)。此外，對于架線式電機車還有牽引網(wǎng)絡(luò)和牽引變流所的計算等。對蓄電池式電機車，還有變流設(shè)備與充電室的有關(guān)計算。2.電機車運輸計算的

36、主要內(nèi)容 機車類型及其粘著質(zhì)二、機車類型及粘著質(zhì)量的選擇三、列車組成計算四、全礦電機車臺數(shù)的確定五、蓄電池電機車的計算特點（按教材上步驟設(shè)計）二、機車類型及粘著質(zhì)量的選擇三、列車組成計算四、全礦電機三、列車組成的計算 計算列車組成就是確定車組應(yīng)由多少輛礦車組成。 列車組成的計算按三個條件來進行，這三個條件是：電機車的粘著條件；牽引電動機的允許溫升條件；列車的制動條件。按這三個條件計算的結(jié)果取其最小者。 (一)按電機車的粘著質(zhì)量計算重車組質(zhì)量 按此條件計算時需要考慮到最困難的情況，即電機車牽引重車組沿上坡啟動車輪不打滑。 三、列車組成的計算 根據(jù)式(4-8)可得電機車牽引重車組沿平均坡度的直線軌

37、道上城啟動時所需給出的牽引力為： 另外，根據(jù)電機車的粘著條件，即把式(4-33)代入式(4-21)之后得到：所以： （4-34）(4-33)粘著質(zhì)量夠不夠大？ 根據(jù)式(4-8)可得電機車牽引重車組沿平均坡度的直線(二)按牽引電動機溫升條件計算重車組質(zhì)量溫升條件機車經(jīng)一個往返運行，牽引電機的溫升不超過允許值；實質(zhì)上就是按照電動機的等值電流不超過長時電流的條件。機車往返一次，包括牽引重車組、空車組和在車場調(diào)車作業(yè)。檢查牽引電機的溫升是否超過允許值，可以用檢查電機的等值牽引力是否超過電機長時牽引力代替。等值牽引力可以用均方根法來求得。(二)按牽引電動機溫升條件計算重車組質(zhì)量牽引電動機的輸出功率有小時

38、制和長時制之分：小時制功率：電機連續(xù)運行一小時，所能輸出的最大功率，它是電動機的額定功率。長時制功率：電機在允許溫升下，電動機長時連續(xù)運行時，所能輸出的最大功率。電機車的牽引力、車速及電流也都與功率相對應(yīng)的小時制和長時制之分。牽引電動機的輸出功率有小時制和長時制之分：休止時間，min,一般取18-22分鐘調(diào)車系數(shù)。1000米取1.4，1000-2000米取1.25, 2000 米取1.15（4-35）休止時間，min,一般取18-22分鐘（4-35） 為了使計算進一步簡化，假定列車是在理想的等阻坡度上運行。在等阻坡度上運行，重列車下坡時的運行阻力等于空列車上坡時的運行阻力。（0.2%）雖然這個

39、假定與實際情況有出入，但由于一般平均坡度與等阻坡度比較接近，所以計算還是比較準確的。 因有這個假定，故上式中重列車與空列車牽引力相等，即： （4-36）何謂等阻坡度？ 為了使計算進一步簡化，假定列車是在理想的等阻坡度上運行。將式(4-36)代入式(4-35)，即得： 因 令則式(4-37)為：（4-40）（4-38）（4-39）（4-37）如何來求重段阻力？將式(4-36)代入式(4-35)，即得：（4-40）（4- 而：將式(4-41)代入式(4-40）中即得： 為了使牽引電動機溫升不超過允許溫升，電機車的等值牽引力應(yīng)不大于長時牽引力，即： （4-41）（4-42）（4-43） 而：（4-4

40、1）（4-42）（4-43） 將式(4-43)代入式(4-42)中，即得按牽引電動機溫升條件計算的重車組質(zhì)量為：列車運行時間為： （4-44）（4-45） 將式(4-43)代入式(4-42)中，即得按牽引電動(三)按制動條件計算重車組質(zhì)量 為了安全起見，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：運送物料時列車的制動距離不得超過40m，運送人員時不得超過20m。這個距離是根據(jù)電機車照明燈的有效照射距離來制定的。制動距離是指從司機開始撥動閘輪或電閘手把到機車完全停止的距離。 在計算重車組質(zhì)量時必須遵守這一規(guī)定，并應(yīng)按最不利的情況，即按重列車下坡制動時，制動距離不超過規(guī)定值。(三)按制動條件計算重車組質(zhì)量 列車開始制動時的

41、速度為長時速度vch，則制動時的減速度b為： 由式(4-15)可以求得當(dāng)重列車沿直線軌道下坡制動時電機車的制動力為：式中： 為平均坡度，； z為重列車運行阻力系數(shù)。 （4-46）（4-47） 列車開始制動時的速度為長時速度vch，則制動時的減速將式(4-26)代入上式得： 由上式得出按制動條件計算重車組質(zhì)量的公式為：式中：Pz為電機車的制動質(zhì)量，對于礦用電機車，它等于電機車的全部質(zhì)量P，t； 為制動時的粘著系數(shù)，如撒砂時取0.17。 （4-48）將式(4-26)代入上式得：（4-48） 按上述三個條件分別求出重車組質(zhì)量之后，應(yīng)取三者中之最小者來確定車組中的礦車數(shù)。車組中的礦車數(shù)可由下式求得：

42、應(yīng)當(dāng)指出，由以上方法確定的車組中的礦車數(shù)，僅僅是從電機車牽引的技術(shù)可能性出發(fā)的，最有利的礦車數(shù)還要以實際條件和技術(shù)經(jīng)濟比較作為基礎(chǔ)。 （4-49） 按上述三個條件分別求出重車組質(zhì)量之后，應(yīng)取三者中之最四、列車組成的驗算 按上述方法確定了重車組質(zhì)量后，還要驗算實際的電動機的溫升和列車制動距離。 原因是：按溫升條件計算重車組質(zhì)量時，是按等阻坡度，并以加權(quán)平均運輸距離為條件計算的；按制動條件計算重車組質(zhì)量時，是用電機車的長時速度計算的減速度。 需要按在平均坡度且在最長距離運行時，驗算其等值電流是否超過長時電流。并且按實際運行速度和實際所得到的減速度驗算其制動距離是否符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定。 為什么要進

43、行驗算呢？四、列車組成的驗算為什么要進行驗算呢？(一)驗算實際電動機溫升按平均坡度ip及最長運輸距離Lmax來驗算。 首先，計算出牽引重列車和空列車達到全速穩(wěn)態(tài)時電機車的牽引力： 然后再算出每臺牽引電動機的牽引力：(一)驗算實際電動機溫升根據(jù) 查牽引電動機的特性曲線，得重列車和空列車的電動機電流 及速度 ，得平均運行速度根據(jù) 查牽引電動機的特性曲線，得重列車和第三章礦用電機車課件重列車及空列車以其平均運行速度在最長運輸距離上的運行時間為：這時，便可用以下公式計算一個運輸循環(huán)的牽引電動機的等值電流值： （4-50）重列車及空列車以其平均運行速度在最長運輸距離上的運行時間為： 如果電動機的等值電流

44、值不超過它的長時電流值，即： 則電動機的等值電流不會發(fā)熱到超過它的允許溫升，故合適。 如果IdIch，則需減少車組中的礦車數(shù)，并重新進行計算，直到等值電流不超過長時電流為止。（4-51） 如果電動機的等值電流值不超過它的長時電流值，即(二)驗算制動距離 按重列車運行速度及最大制動減速度驗算制動距離。 重列車下坡制動時，電機車必須給出的制動力可由式(4-47)求出，即： 而電機車接粘著條件能夠給出的最大制動力可按式(4-26)求出，即：（4-52）(二)驗算制動距離（4-52） 令B = Bmax，則可求得制動時的減速度為：列車的制動距離為： 即：（4-53）（4-54）（4-55） 上式計算出

45、的制動距離不能超過40m，若超過40m時，可采用限制列車速度或減少列車中的礦車數(shù)等措施解決。 令B = Bmax，則可求得制動時的減速度為：（4-53）五、電機車臺數(shù)的確定 礦井(或水平)所需電機車臺數(shù)，應(yīng)按該礦井(或水平)投產(chǎn)初期和生產(chǎn)后期分別進行計算。投產(chǎn)時按前期計算的臺數(shù)配置電機車臺數(shù)，以后隨生產(chǎn)的發(fā)展再陸續(xù)增添。生產(chǎn)后期所需的機車臺數(shù)是進行供電設(shè)備(包括牽引變流所及牽引電瓶等)計算的依據(jù)。 五、電機車臺數(shù)的確定(1)列車往返一次所需的時間： (2)一臺電機車在一個班內(nèi)可能往返的次數(shù)：(3)每班運輸貨載所需列車次數(shù)： （4-55）（4-56）（4-57）電機車每班工作的小時數(shù)，不運人取7

46、小時，運送人員取7.5小時。運輸不均勻系數(shù)矸石系數(shù)每班運煤量t/班(1)列車往返一次所需的時間： （4-55）（4-56）（4(4)每班運人所需列車次數(shù) 當(dāng)主要行人平巷的水平距離大于1.5 km時，上下班要用車輛運送人員，礦井一般均為兩翼開采，兩翼每班運送人員按一次考慮，共計兩次nr=2次班；運距小于1.5 km時，不用車輛運送人員nr=0。(5)每班列車運輸?shù)目偞螖?shù)：(6)工作電機車臺數(shù)：（4-58）（4-59）(7)礦井電機車總臺數(shù)： （4-60）(4)每班運人所需列車次數(shù)（4-58）（4-59）(7)礦井六、蓄電池式電機車的計算特點 除按粘著條件、電動機溫升條件及制動條件確定車組質(zhì)量外，

47、對蓄電池式電機車還應(yīng)按電池組的容量來確定車組質(zhì)量。(1)在一個往返周期內(nèi)列車所做的功為： （4-61）式中：Lm為最大運輸距離。(2)蓄電池組在一個往返周期內(nèi)輸出的能量：（4-62）六、蓄電池式電機車的計算特點（4-61）式中：Lm為最大運輸重、空列車牽引力之和可以寫成：礦車的車皮系數(shù)為：由此可得： （4-63）（4-64）（4-65）重、空列車牽引力之和可以寫成：（4-63）（4-64）（4-(3)一臺電機車在一個班內(nèi)的電能消耗為：(4)蓄電池組的放電容量為：（4-66）（4-67）（4-66）（4-67）(5)計算重車組質(zhì)量 因為一臺電機車在一個班內(nèi)的電能消耗Ab必須與蓄電池組的放電容量如

48、相等，對Qz求解，可得： 此式即是接蓄電池組的容量確定重車組的最大允許質(zhì)量的公式。 （4-68）(5)計算重車組質(zhì)量（4-68） 第六節(jié)電機車的運行、操作、維護 與故障處理一、電機車的操作規(guī)程 1.控制器的主軸手柄由一位置轉(zhuǎn)至另一位置時，動作應(yīng)迅速果斷，不要停滯于兩位置之間，以免引起電流燒損觸頭。 2.發(fā)現(xiàn)車輪打滑時應(yīng)立即把主軸手柄扳到零位，再逐漸轉(zhuǎn)動手柄至正常運轉(zhuǎn)位置。不允許為預(yù)防車輪打滑，在主軸手柄未轉(zhuǎn)到零位前就施閘制動，以防電動機過度超載而燒壞。 第六節(jié)電機車的運行、操作、維護 與故障處理一、電機車 3.降下受電弓后，必須迅速將控制器主軸手柄轉(zhuǎn)到零位。 4.起動和停車時要特別注意操作，不

49、應(yīng)以逆電流使電機反轉(zhuǎn)來停車。 二、電機車的運行 3.降下受電弓后，必須迅速將控制器主軸手柄轉(zhuǎn)到零蓄電池電機車操作規(guī)程1.開車前的檢查與準備1.1 檢查控制器是否靈活，閉鎖裝置是否可靠，兩個手把是否都在零位。1.2 檢查碰頭、聯(lián)接裝置、制動裝置、撒沙裝置、照明燈、警鈴或警笛，如有一項不正?；蚍辣O(shè)備失爆，都不得使用并及時匯報。1.3 必須按照規(guī)定的空、重車數(shù)拉車，不得多拉。1.4 開車前要檢查軌道上有無阻車器或其他障礙物。1.5 檢查蓄電池箱與車架連接是否穩(wěn)固，箱蓋是否蓋好，然后插上防爆插銷，合上照明開關(guān)；檢查照明燈是否良好。1.6 判斷電壓是否合乎要求。1.7 檢查各處油量是否滿足。1.8 開車前做一次啟動和制動試驗。蓄電池電機車操作規(guī)程1.開車前的檢查與準備2.操作程序2.1開車2.1.1 照明開關(guān)，開亮照明燈。2.1.2 按上換向手把，推到需要行車方向的位置；轉(zhuǎn)動手輪，松開制動閘。2.1.3 接到開車信號后，先前后了望有無障礙物或人員，確認無誤，然后鳴笛或打鈴示警。2.1.4將控制手把從零位推到“1”位，使機車緩慢加速起動，待全部車輛起動后，再將控制手把均勻的增加速度，推倒2.3等位置，使電機車達到正常運行的速度。2.2 停車2.2.1將控制手把逐漸拉回零位，然后轉(zhuǎn)動手輪