第四章矿用电机车

第四章矿用机车21:19page82§4-1概述§4-2矿用电机车的构造§4-3列车运行理论§4-4电机车运行计算§4-5电机车的操作与维护§4-6内燃机的废气净化第一节概述21:19page82矿用机车在井下煤炭运输及辅助运输中占有重要位置，是长距离水平巷道的主要运输工具。分类：电机车、防爆低污染内燃机车第一节概述21:19page82一、矿用电机车电机车：线路坡度3‰分类：直流、交流电机车直流电机车有两种：架空接触线随遇供电式电机车——简称架线式电机车；自携电源蓄电池式电机车——简称蓄电池式电机车。此外，还有架线—蓄电池两用式电机车第一节概述21:19page82一、矿用电机车电能来源:矿用直流架线式电机车(ZK型)和矿用蓄电池式电机车(XK型)。按电机车的粘着重量:架线式电机车有1.5t、3t、7t、10t、14t、20t几种；蓄电池式有2t、2.5t、8t、12t等几种。小于7吨的电机车一般用作短距离调车用，或用于输送量不大的采区平巷。第一节概述21:19page82一、矿用电机车按电机车的轨距:600mm、762mm和900mm三种；其中762mm轨距主要用于密度较大的金属矿井中；中小型煤矿多采用600mm轨距；大型煤矿多采用900mm轨距第一节概述21:19page82一、矿用电机车按电压等级：架线式电机车有100(97)V、250V、550V三种；100(97)V系用于3吨及以下吨位的电机车；蓄电池式电机车有40V/48V与110V/132V两个等级，同一台机车，使用铁镍蓄电池时为斜线下边值，40V/48V电压等级用于2.5t以下吨位机车。第一节概述21:19page82一、矿用电机车（一）直流架线式电机车架线式电机车由两部分组成：列车——由电机车和所牵引的矿车组所组成；供电设备——由牵引电网与牵引用变流室组成。第一节概述21:19page82一、矿用电机车（一）直流架线式电机车牵引电网是架空接触线和轨道架线式电机车供应电能的网络，由供电电缆、回电电缆、架空接触线和轨道四部分组成。第一节概述21:19page82一、矿用电机车（一）直流架线式电机车牵引变流室内安装有交流变流设备、专用变压器、直流配电设备等。牵引变流室一般与井底车场电流所在一起或在其附近的专用峒室内。第一节概述（矿用电机车的工作原理）21:19page82架线式电机车：交流电在变流室整流后，正极接在架空线上，负极接在轨道上。架空线：沿运行轨道上空架设的裸导线，机车上的受电弓与架空线接触，将电流引入车内，经车上的控制器，控制牵引电动机运转，从而带动电机车及矿车运行，电流经轨道流回。因此，架线式电机车的轨道必须按电流回路的要求接通。第一节概述21:19page82一、矿用电机车（一）直流架线式电机车架线式电机车：结构简单和工作可靠，主要缺点是受电弓与供电线之间产生电弧火花，使其在煤矿井下的使用范围受到限制。架线电机车主要用于非瓦斯矿井及全风压通风的低瓦斯矿井的主要运输巷道内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使用不燃性材料。在不能使用架线式电机车情况下，必须根据《煤矿安全规程》的要求，选用不同类型的蓄电池式电机车。第一节概述21:19page82一、矿用电机车（二）蓄电池电机车蓄电池式电机车运输设备由列车、供电设备组成。此类设备轨道不在供电系统中。蓄电池式电机车的供电设备包括充电及变流两部分设备。不需要架设牵引网，不存在受电弓与导线接触不良而产生电火花的危险，因此它具有可靠的防爆性能。第一节概述21:19page82矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，优点：牵引力大。采用直流串激牵引电动机，能使机车获得较大的牵引力。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。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。第一节概述21:19page82矿用电机车缺点及发展方向：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)；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。电机车运输的发展方向：电机车运输高度自动化；使用新型电机车，如德国采用了交流工频架线式电机车；改进矿车结构，使用大容积的矿车。第一节概述21:19page82二、防爆低污染内燃机车第一节概述21:19page82二、防爆低污染内燃机车第二节矿用电机车的构造21:19page82矿用电机车的构造包括机械和电气设备两大部分。机械部分：车架、轮对、轴承和轴承箱、弹簧托架、制动系统、撒砂系统、齿轮传动装置及连接缓冲装置等。电气部分：牵引电动机、控制器、自动开关、起动电阻、集电弓、照明系统及电流表等。第二节矿用电机车的构造21:19page821—车架；2—轴承箱；3—轮对；4—制动手轮；5—砂箱；6—牵引电动机；7—控制器；8—自动开关；9—起动电阻器；10—受电弓；11—车灯；12—缓冲器及连接器第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（车架）车架是电机车的主要承重部分，电机车的其他电气、机械部分都安装在车架上。车架由厚钢板焊接成框架结构，采用厚钢板的主要目的是为了增加机车的粘着质量。车架内各部分的布置既要考虑结构上的合理性，又要考虑各轮轴之间载荷分配的均匀性。第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（车架）第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（轮对）车轴采用优质车轴刚锻成。两根轴都是主动轴车轮为轮心和轮圈热压装配而成。轮心为铸铁或铸钢，轮圈为优质钢轧制而成。轮圈磨损后可以更换轮圈，不至于整个轮对报废。成本较高。也可采用整体车轮l——车轴；2——轮芯；3——轮箍；4——轴瓦；5——齿轮；6——轴颈第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（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。电机车的车轴轴颈装在轴承的内座圈内，从而使轴箱成为车架与轮对的联接点。为便于安装和拆卸，轴箱体做成可以拆开的两半。两半合起来用4个螺栓联接成一个整体。l—轴箱体；2—毡圈；3—止推环；4—滚柱轴承；5—止推盖；6—轴箱端盖；7—轴承压盖；8—座孔；9—滑槽第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（轴箱）轴箱两侧的滑槽与车架上的导轨相配，上面有安装弹簧托架的座孔。车架靠弹簧托架支承在轴箱上，轴箱是车架与轮对的连接点，轨道不平时，轮对与车架的相对运动发生在轴箱的滑槽与车架的导轨之间，并依靠弹簧托架起缓冲作用。l—轴箱体；2—毡圈；3—止推环；4—滚柱轴承；5—止推盖；6—轴箱端盖；7—轴承压盖；8—座孔；9—滑槽第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（弹簧托架）组成：均衡梁、板弹簧、轴箱、弹簧支架。是一种使用板弹簧的弹簧托架。每个轴箱上座装一副板弹簧，板簧用连杆与车架相连。1—均衡梁；2—板弹簧；3—轴箱第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（弹簧托架）作用：缓和电机车运行时由于道岔、弯道和轨道接头所引起的冲击和振动，把机车重力均匀地分配到各车轮上，并通过轮对弹性地传递到钢轨上去。1—均衡梁；2—板弹簧；3—轴箱第二节矿用电机车的构造弹簧托架：均衡托架和单独托架两种。单独托架：四个板簧独立。这种托架虽然具有缓冲作用，但各个轮子负载分配不均衡，当轨道变形时，负载较轻的轮子会悬空而造成事故。均衡托架：有横向和纵向均衡托架。既具有缓冲作用，又能使各个轮对负载均衡。1—均衡梁；2—板簧；3—轴箱21:19page82第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（齿轮传动装置）作用：将牵引电动机的转矩传递给轮对小型电机车一台电动机带动两个轴；中型电机车两台电动机带动两个轴矿用电机车的齿轮传动装置(a)单级开式齿轮传动；(b)闭式齿轮减速箱第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（齿轮传动装置）第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（撒沙装置）目的：增加车轮与轨道间的摩察系数，获得较大的牵引力和制动力第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（制动装置）电机车的制动装置：机械制动和电气制动两种。电气制动：牵引电动机能耗制动，不需要专门设置，只是用控制器改变电气线路即可。机械制动：利用制动闸或制动器进行制动。矿用电机车的制动闸多为闸瓦式，用杠杆使闸瓦紧压车轮踏面，借助闸瓦与车轮的摩擦力形成制动力矩。其操作方式有手动、气动、液动三种第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（制动装置）矿用电机车的手动制动装置1—手轮；2—螺杆；3—衬套；4—螺母；5—均衡杆；6—拉杆；7，8—制动杆；9，10—闸瓦；11—正反向调节螺杆操作手轮1通过连杆使闸瓦9、10向车轮加压，产生摩擦阻力。为加大制动力，四个车轮上都装有闸瓦，用正反向调节螺杆11调整闸瓦与轮面的间隙，使各闸瓦同时接触。第二节矿用电机车的构造21:19page82一、矿用电机车的机械构造（连机器与缓冲器）连接器是连接被牵引的列车用。为了能连接不同牵引高度的矿车，机车上的连接器做成多层接口。缓冲器设在车架的两端，用以承受冲撞架线式电机车采用铸铁刚性缓冲器；蓄电池电机车则采用弹簧缓冲器减轻冲击。第三节列车运行理论21:19page82列车运行理论也称电机车运行理论。列车——机车和它所牵引的车组总称。列车的运行理论是研究作用于列车上的各种力与其运动状态的关系以及机车牵引力和制动力的产生等问题。第三节列车运行理论21:19page82一、列车运行的基本方程式列车运行基本方程式：表示列车在不同运行状态时，作用在列车上诸力的关系式。假定：电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。列车运行有三种状态：牵引状态——加速起动或匀速运动；惯性状态——牵引电动机断电后列车靠惯性运行；制动状态——制动力矩作用下减速运行。第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式在牵引状态（加速运行）时作用在列车上有三个力：1、沿着运行方向的牵引力；2、逆着运行方向的列车运行的静阻力；3、逆着运行方向的列车加速运行时的惯性阻力。由力平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式：0ajWWF第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式（一）惯性阻力列车运行的惯性力除了平移之外，还有车轮、电动机转子及齿轮等旋转部件的旋转惯性矩。为了简化计算，将这些旋转惯性矩折算成平移运动的惯性力。第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式（一）惯性阻力惯性阻力可用下式表示式中m——电机车及矿车组的全部质量（P——电机车重力，kN；Q——矿车组重力，kN）；γ——惯性系数，对矿用电机车为0.05-0.1，平均取0.075；也可近似取0.1；a——列车加速度，对于矿用电机车，一般取0.03-0.05m/s2。(1)aWmagQPm)(1000第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式（一）惯性阻力整理得惯性阻力计算公式：N(1)aWmagQPm)(1000γ=0.1g=101000()(1)110()aPQWaaPQg第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式（二）静阻力包括基本阻力、坡道阻力、道岔阻力、弯道阻力、空气流阻力等。1.基本阻力：轮对的轴颈与轴承之间的摩擦阻力、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振动所引起的附加阻力等。第三节列车运行理论page82一、列车运行的基本方程式（二）静阻力1.基本阻力