第十章_矿用机车

第八章 矿用机车
第八章 矿用机车
第一节 概述
• 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-----
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
§8-2 轨道与矿车
一、矿井轨道
• 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）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。
（一）轨道的结构
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
1.钢轨 2.轨枕
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
W a m(1 r )a
式中Wa——列车的惯性阻力，N； m——列车全部质量，kg，m=1 000(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＝0.10 a——列车加速度，对矿用电机车一般取0.03 m/s2～0.05 m/s2。 将r值和m值代入式（3-3）可得 Wa＝1 075(P+Q)a (10-8)
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
列车
电机车 矿车 牵引电网
馈电电缆 回电电缆 架空线 轨道
架线式电机车 运输设备
供电设备
变压器 牵引变流所 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
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。
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；
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。
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。
六、制动装置
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。
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。
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。 串联电阻法 电动机串并联法 可控硅脉冲调速法
改变牵引电动机的端电压 调速方法 改变电动机的磁场强度
一、车架
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。
二、轮对
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。
三、轴承和轴箱
轴箱是一个带盖的 铸钢或铸铁箱体，内 有两列滚动轴承。
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。
七、撒砂系统
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。
八、连接缓冲装置
• 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。
Tk 1000P0
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
Fk 1000P0
整台电机车的粘着条件为
F 1000Pn
Pn P 0
（三）电机车的制动力
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＝1 000(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10 m/s2。表3-4列车运行阻力系数
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
矿用电机车的构造分为机械和电气两大部分 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。
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。
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。
B0 N1
制动力也受粘着条件的限制，单个轮对
B0 1000 P0
对整台电机车，应满足：
B N 1000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。
第三节 矿用电机车的电气设备与控制
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。
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）
直流架线式（1.5t、3t、7t、10t、
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=1 000(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
• 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：
F WJ Wa 0
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。
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＝±1 000(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＝1 000(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 1.静阻力 须产生的牵引力为 F=1 000(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。