第十章礦用機(jī)車

第八章礦用機(jī)車一、礦用電機(jī)車運(yùn)輸設(shè)備的組成目前，我國(guó)礦用電機(jī)車都采用直流電機(jī)車直流電機(jī)車有二種：架線式電機(jī)車蓄電池式電機(jī)車1.架線式電機(jī)車的組成-----2.蓄電池式電機(jī)車的組成-----第八章礦用機(jī)車第一節(jié)概述架線式電機(jī)車的供電方式圖13-1架線式電機(jī)車的供電原理

1-高壓電纜；2-牽引變流所；3-變壓器；4-低壓電纜；5-硅整流器；6-供電電纜；

7-供電點(diǎn)；8-架空導(dǎo)線；9-軌道；10-礦車組；11-電機(jī)車；12-回電點(diǎn)；13-回電電纜礦用電機(jī)車的形式及分類①按電能來(lái)源直流架線式（ZK型）礦用蓄電池式（XK型）②按電機(jī)車黏著質(zhì)量直流架線式（1.5t、3t、7t、10t、

14t、20t）礦用蓄電池式（2t、2.5t、8t、12t）③按電機(jī)車的軌距分：600mm、762mm、900mm④按電壓等級(jí)分：100V、250V、550V電機(jī)車的適用范圍借助車輪與軌面間的摩擦力，使機(jī)車在軌道上運(yùn)行。其牽引力不僅受牽引設(shè)備功率的限制，還受車輪與軌面間的摩擦制約。適用于長(zhǎng)距離水平巷道的運(yùn)輸。運(yùn)輸坡度一般為3‰，局部坡度不能超過(guò)3％。7噸架線式電機(jī)車10噸架線式電機(jī)車2.5噸蓄電池電機(jī)車隔爆特殊型蓄電池電機(jī)車12t雙司機(jī)室防爆特殊型蓄電池電機(jī)車一、架線式電機(jī)車架線式電機(jī)車

運(yùn)輸設(shè)備列車供電設(shè)備礦車電機(jī)車牽引變流所牽引電網(wǎng)饋電電纜

回電電纜

架空線

軌道變壓器

整流器

直流配電設(shè)備（二）蓄電池式電機(jī)車靠車帶電池供電，不需要架設(shè)牽引電網(wǎng)；不存在受電弓與導(dǎo)線接觸不良而產(chǎn)生電火花的危險(xiǎn)；運(yùn)輸線路不受限制；需充電設(shè)施，蓄電池壽命短，投資高。適合于巷道掘進(jìn)運(yùn)輸，以及產(chǎn)量較小、巷道不太規(guī)則的運(yùn)輸系統(tǒng)。分礦用增安型和礦用防爆特殊型兩種。增安型的電動(dòng)機(jī)、控制器、燈具、電纜插銷等為隔爆型或增安型，蓄電池和電池箱為普通型。防爆特殊型的電動(dòng)機(jī)、控制器燈具、電纜插銷等為隔爆型，蓄電池為防爆特殊型。礦用電機(jī)車的優(yōu)點(diǎn)：①牽引力大。機(jī)車采用直流串激牽引電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)特性能使機(jī)車獲得較大的牽引力。②維護(hù)費(fèi)用小。電機(jī)車運(yùn)行速度較高，最高可達(dá)26km/h,，而且只用司機(jī)一人操作就可以，所需輔助人員少，維護(hù)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗不大。③可改善勞動(dòng)條件。電機(jī)車運(yùn)行不受氣候的影響，由于采用電力拖動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生廢氣，避免了空氣污染，大大改善了勞動(dòng)條件，保證了井下工人的安全。電機(jī)車運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)：①基建投資較大（架線式電機(jī)車要鋪設(shè)軌道、安架空線、設(shè)牽引變流所）；②架線式電機(jī)車需要有較大的巷道斷面，會(huì)產(chǎn)生不良的泄漏電流，而蓄電池式電機(jī)車蓄電池組成本較高。第二節(jié)礦用電機(jī)車的機(jī)械構(gòu)造機(jī)械部分包括：車架、輪對(duì)、軸承和軸箱、彈簧托架、制動(dòng)裝置、加砂系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)裝置及連接緩沖裝置等。礦用電機(jī)車的構(gòu)造分為機(jī)械和電氣兩大部分

是電機(jī)車的主體部件，所有機(jī)械、電氣設(shè)備都裝在車架上。分隔成3部分：司機(jī)室、電動(dòng)機(jī)室、電阻箱。

一、車架由兩個(gè)車輪壓裝在一根軸上所構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)的全部重量通過(guò)輪對(duì)傳遞給鋼軌。車輪是由輪心和輪圈熱壓裝配而成。礦用電機(jī)車都是雙軸的，且都是裝有傳動(dòng)裝置的主動(dòng)軸。二、輪對(duì)軸箱是一個(gè)帶蓋的鑄鋼或鑄鐵箱體，內(nèi)有兩列滾動(dòng)軸承。軸箱是車架和輪對(duì)的連接點(diǎn)。它上面有安裝彈簧托架的孔座。三、軸承和軸箱由緩沖元件、均衡梁和連接零件組成。作用是緩和電機(jī)車運(yùn)行中由于道岔、彎道和軌道接頭所引起的沖擊和震動(dòng)。把機(jī)車重力均勻的分配到各個(gè)車輪上。四、彈簧托架電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置傳給輪對(duì)。分一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)軸和用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)軸。五、齒輪傳動(dòng)裝置

即制動(dòng)閘，分手動(dòng)和氣動(dòng)兩種。四個(gè)車輪內(nèi)側(cè)各裝一閘瓦?？克緳C(jī)室內(nèi)手輪操縱控制。六、制動(dòng)裝置

對(duì)制動(dòng)裝置的要求是：①電機(jī)車左右、兩側(cè)閘瓦必須同時(shí)制動(dòng)；②電機(jī)車在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，全部閘瓦必須嚴(yán)密閘在輪箍上；③松閘狀態(tài)時(shí)閘瓦與輪箍的間隙應(yīng)為4～6mm為宜；④閘瓦厚度不得小于10mm，否則應(yīng)予以更換。向車輪前的軌道上撒砂，增加車輪與軌道間的摩擦系數(shù)，獲得較大的牽引力和制動(dòng)力。七、撒砂系統(tǒng)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接口的。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。八、連接緩沖裝置包括：牽引電動(dòng)機(jī)、控制器、受電弓、自動(dòng)開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)電阻器、照明裝置等。1.牽引電動(dòng)機(jī)

采用直流串激電動(dòng)機(jī)。電機(jī)外殼很堅(jiān)固，且是全密封的，無(wú)通風(fēng)裝置，靠自然冷卻。2.控制器

是操縱牽引電動(dòng)機(jī)及電機(jī)車運(yùn)行的重要設(shè)備。由主控制器（完成機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速以及電氣制動(dòng)等功能）和換向器（改變電機(jī)車前進(jìn)或后退方向用）組成。第三節(jié)礦用電機(jī)車的電氣設(shè)備與控制3.受電弓架線式電機(jī)車從架空線上獲取電能的裝置。是一個(gè)輕便的框架，其上部裝有硅鋁或紫銅做成的接觸條，利用彈簧的作用力，接觸架空線而滑動(dòng)。分單弓受電和雙弓受電。4.自動(dòng)開(kāi)關(guān)

電機(jī)車電源總開(kāi)關(guān)，也是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力回路的保護(hù)裝置。5.起動(dòng)電阻器作用是限制牽引電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，是牽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、調(diào)速和進(jìn)行電氣制動(dòng)的設(shè)備。6.照明裝置

車上的前后照明燈。電機(jī)車的電氣控制（一）電機(jī)車的啟動(dòng)

工作條件困難，起動(dòng)頻繁，因而要求起動(dòng)時(shí)能量消耗小，起動(dòng)平穩(wěn)，以免沖擊過(guò)大。1.啟動(dòng)原理電動(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，若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，引起機(jī)械部分的損壞。為限制起動(dòng)電流，普遍采用附加起動(dòng)電阻和將兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的方法。圖13-18附加電阻啟動(dòng)示意圖電機(jī)車的電氣控制2.啟動(dòng)方法（1）串接電阻的啟動(dòng)方法（2）串并聯(lián)啟動(dòng)方法圖13-19兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)啟動(dòng)示意圖（二）牽引電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)道岔、進(jìn)入彎道、調(diào)車等需調(diào)速。

改變電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)速方法改變牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)法串聯(lián)電阻法可控硅脈沖調(diào)速法改變電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性和平滑性好，但調(diào)速范圍有一定的限制。圖13-20串激牽引電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)(a)改變激磁繞組匝數(shù)；(b)改變激磁繞組連接方式（三）電機(jī)車的電氣制動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)或稱能耗制動(dòng)原理：當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)工作時(shí)，列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這時(shí)，電流將轉(zhuǎn)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，將產(chǎn)生的電能直接消耗在電阻器上。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。缺點(diǎn)：制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)中有電流通過(guò)，因此電機(jī)繞組的溫升要增大，故牽引電動(dòng)機(jī)的功率比不用動(dòng)力制動(dòng)者增加15％～20％。此外，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：一是制動(dòng)前后串激磁場(chǎng)中的電流方向不能改變，否則會(huì)產(chǎn)生去磁作用而失去制動(dòng)力；二是在制動(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)的激磁繞阻交叉聯(lián)接線路或交叉一橋式聯(lián)接線路。第四節(jié)列車運(yùn)行理論列車運(yùn)行的三種狀態(tài)：（1）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啟動(dòng)或勻速運(yùn)行；（2）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；（3）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。列車在牽引狀態(tài)時(shí)，作用在列車上的力有三個(gè)：牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的與列車運(yùn)行方向一致的牽引力F；與列車運(yùn)行方向相反的靜阻力Wj；列車加速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣性阻力Wa（亦稱動(dòng)阻力）。根據(jù)力的平衡原理，列車在牽引狀態(tài)下力的平衡方程式為：1.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，后三項(xiàng)可忽略。（1）基本阻力

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。由實(shí)驗(yàn)確定。列車運(yùn)行的靜阻力，只計(jì)算基本阻力和坡道阻力。因列車的運(yùn)行速度較低，故彎道阻力、道岔阻力、空氣阻力等在計(jì)算時(shí)均忽略不計(jì)。1)基本阻力

W0＝1000(P+Q)gω(10-4)式中W０——列車運(yùn)行的基本阻力，N；

ω——列車運(yùn)行基本阻力系數(shù)；

g——重力加速度，取10m/s2。表3-4列車運(yùn)行阻力系數(shù)2)坡道阻力坡道阻力Wi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所引起的阻力。用下式計(jì)算Wi＝±1000(P+Q)gi（10-5）在計(jì)算時(shí)，列車上坡運(yùn)行上式取“＋”號(hào)，下坡運(yùn)行取“－”號(hào)。列車運(yùn)行全部靜阻力為基本阻力與坡道阻力之和，即

Wj=W0+Wa＝1000(P+Q)g(ω±i)（10-6）將式（3-4）、式（3-8）代入式（3-2）中，整理得出列車在牽引狀態(tài)下必須產(chǎn)生的牽引力為

F=1000(mD+Q)［(ω±i)g±1.1a］（3-9）式(3-9)就是列車在牽引狀態(tài)下的基本方程式。

1.靜阻力2.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，齒輪及輪對(duì)等部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了考慮旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)平動(dòng)慣性阻力的影響，引入一個(gè)慣性系數(shù)，其計(jì)算公式為式中Wa——列車的慣性阻力，N；

m——列車全部質(zhì)量，kg，m=1000(mD+Q)；

P——電機(jī)車質(zhì)量，t；

Q——礦車組質(zhì)量，t；

r——慣性系數(shù)，對(duì)礦用電機(jī)車r＝0.075，近似取r＝0.10a——列車加速度，對(duì)礦用電機(jī)車一般取0.03m/s2～0.05m/s2。將r值和m值代入式（3-3）可得

Wa＝1075(P+Q)a(10-8)將式（10-6）、式（10-8）代入式（10-3）中，整理得出列車在牽引狀態(tài)下必須產(chǎn)生的牽引力為

F=1000(mD+Q)［(ω±i)g±1.1a］（10-9）式(10-9)就是列車在牽引狀態(tài)下的基本方程式。

（二）電機(jī)車的牽引力牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩M，通過(guò)減速器傳遞給主動(dòng)輪對(duì)時(shí)，使車輪以輪軸為中心旋轉(zhuǎn)，據(jù)力的等效定理，此力可用一力偶來(lái)代替，即車輪作用于軌道接觸點(diǎn)上的力Fk,軌道對(duì)車輪接觸點(diǎn)也有一反作用力，即摩擦力Tk，它與Fk大小相等，方向相反，保證X點(diǎn)無(wú)相對(duì)位移，成為瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心。作用于車輪輪心O上的力Fk即為推動(dòng)列車前進(jìn)的力，叫牽引力。Fk隨M的增大而增大，但不能大于Tk，否則車輪與軌道間就產(chǎn)生滑動(dòng)。Tk的最大值為式中P0是電機(jī)車作用在單個(gè)主動(dòng)輪對(duì)上的正壓力（KN)，

Tk是車輪與軌道間的摩擦力，又稱粘著力；

ψ是輪緣與軌道間的粘著系數(shù)。單個(gè)輪對(duì)在軌道上無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的條件是整臺(tái)電機(jī)車的粘著條件為（三）電機(jī)車的制動(dòng)力制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)斷電，牽引力等零，機(jī)車靠慣性運(yùn)行。施加正壓力N1，產(chǎn)生制動(dòng)力B0。制動(dòng)力也受粘著條件的限制，單個(gè)輪對(duì)對(duì)整臺(tái)電機(jī)車，應(yīng)滿足：第五節(jié)礦用電機(jī)車運(yùn)輸設(shè)備選型設(shè)計(jì)

這里電機(jī)車的選用設(shè)計(jì)是確定一列車應(yīng)由多少輛礦車組成，及全礦需要的電機(jī)車總臺(tái)數(shù)。軌道，作為軌道運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)施其結(jié)構(gòu)的合理與否、鋪設(shè)質(zhì)量的好壞，是運(yùn)輸工作能否順利進(jìn)行的重要因素。一、礦井軌道（一）軌道的結(jié)構(gòu)

軌道以道床底部為界，總體上分為上部建筑與下部建筑?！?-2軌道與礦車下部建筑：巷道底板和水溝

軌道上部建筑：鋼軌、聯(lián)接零件、軌枕和道床（一）軌道的結(jié)構(gòu)1.鋼軌用以直接支托和導(dǎo)引運(yùn)行車輛的車輪，承受來(lái)自車輪的壓力，并把壓力傳給軌枕、道床和路基。2.軌枕用于固定兩根鋼軌，并使其保持規(guī)定的軌距，保證軌道的穩(wěn)定性。軌枕承受鋼軌的壓力，并將壓力較均勻的傳遞給道床。有木質(zhì)的和鋼筋混凝土的兩種。3.道床承受軌枕的壓力并均勻的分布到巷道底板上，將軌道的上、下部連成一個(gè)整體，保證線路的平直和正常狀態(tài)。4.鋼軌連接件包括魚(yú)尾板及螺栓、道釘、墊板等，利用這些零件可以連接并固定鋼軌。軌道線路的主要參數(shù)包括：軌距、軌型、坡度、曲率半徑軌距指直線軌道上，兩根鋼軌頭部?jī)?nèi)緣之間的距離。有600mm、762mm、900mm三種。輪距指同軸的一對(duì)車輪其輪緣外側(cè)工作邊之間的距離。一般輪距比軌距小10mm。太小，會(huì)增大摩擦力；太大，又會(huì)引起車輛在運(yùn)行過(guò)程中水平方向的擺動(dòng)，從而影響行車的平穩(wěn)。圖13-3軌道線路的主要參數(shù)Sl-輪緣距；Sg-軌距；x-游隙軌型鋼軌的型號(hào)，以每米長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）來(lái)表示。礦井用的鋼軌屬輕軌系列，有9、12、15、22、30等5種型號(hào)。質(zhì)量越大，其強(qiáng)度越大，穩(wěn)定性越好。使用時(shí)依據(jù)列車質(zhì)量、行車頻率和運(yùn)行速度加以選擇。坡度軌道的坡度用高差和間距之比表示，通常用千分?jǐn)?shù)（‰）表示。彎道外軌抬高、軌距加寬，彎道半徑不能太小。

（彎道處，離心力使車輪輪緣向外軌擠壓，既增加了行車阻力，又使鋼軌與輪緣的磨損加重，嚴(yán)重時(shí)可能造成翻車事故。）圖13-4彎道上輪對(duì)與軌道的關(guān)系圖道岔用于軌道線路的分岔聯(lián)接，使車輛由一條線路通過(guò)道岔順利駛向另一條線路，它是軌道借分岔聯(lián)接而形成線路網(wǎng)絡(luò)的基本元件。道岔由基本軌、尖軌、轍叉、護(hù)輪軌、轉(zhuǎn)轍軌、轉(zhuǎn)轍機(jī)構(gòu)及一些零件組成。搬動(dòng)道岔的轉(zhuǎn)轍機(jī)構(gòu)有手動(dòng)搬道器、彈簧轉(zhuǎn)轍器和電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)。

二、礦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)窄軌車輛即礦車（一）礦車的類型及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格