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1、第九章矿用电机车第1页，本讲稿共21页第一节 概述*page 82 电机车电机车电机车电机车：线路坡度：线路坡度：线路坡度：线路坡度3333 分类：直流、交流电机车分类：直流、交流电机车分类：直流、交流电机车分类：直流、交流电机车 直流电机车直流电机车直流电机车直流电机车有两种：有两种：有两种：有两种：架空接触线随遇供电式电机车架空接触线随遇供电式电机车架空接触线随遇供电式电机车架空接触线随遇供电式电机车简称简称简称简称架线式架线式架线式架线式电机车；电机车；电机车；电机车；自携电源蓄电池式电机车自携电源蓄电池式电机车自携电源蓄电池式电机车自携电源蓄电池式电机车简称简称简称简称蓄电池式蓄电池式
2、蓄电池式蓄电池式电机车。电机车。电机车。电机车。第2页，本讲稿共21页第一节 概述*page 82 架线式架线式架线式架线式电机车由两部分组成：电机车由两部分组成：电机车由两部分组成：电机车由两部分组成：列车列车列车列车由电机车和所牵引的矿车组所组成；由电机车和所牵引的矿车组所组成；由电机车和所牵引的矿车组所组成；由电机车和所牵引的矿车组所组成；供电设备供电设备供电设备供电设备由牵引电网与牵引用变流室组成。由牵引电网与牵引用变流室组成。由牵引电网与牵引用变流室组成。由牵引电网与牵引用变流室组成。图图9-1 9-1 架线式电机车的供电系统架线式电机车的供电系统11牵引变流所；牵引变流所；22馈电
3、线；馈电线；33馈电点；馈电点；44架空裸导线；架空裸导线；55电机车；电机车；66运输轨道；运输轨道；77回电点；回电点；88回电线；回电线；99矿车矿车第3页，本讲稿共21页电机车分类方法*page 82 电能来源电能来源电能来源电能来源:矿用直流架线式电机车矿用直流架线式电机车矿用直流架线式电机车矿用直流架线式电机车(ZK(ZK(ZK(ZK型型型型)和和和和矿用蓄电池式矿用蓄电池式矿用蓄电池式矿用蓄电池式电机车电机车电机车电机车(XK(XK(XK(XK型型型型)。按电机车的按电机车的按电机车的按电机车的粘着重量粘着重量粘着重量粘着重量:架线式电机车有架线式电机车有架线式电机车有架线式电机
4、车有1.5t1.5t1.5t1.5t、3t 3t3t 3t、7t 7t7t 7t、10t10t10t10t、14t14t14t14t、20t20t20t20t几种；蓄电池式有几种；蓄电池式有几种；蓄电池式有几种；蓄电池式有2t 2t2t 2t、2.5t2.5t2.5t2.5t、8t 8t8t 8t、12t12t12t12t等几种。等几种。等几种。等几种。小于小于小于小于7 7 7 7吨的电机车一般用作短距离调车用，或用于输送量不吨的电机车一般用作短距离调车用，或用于输送量不吨的电机车一般用作短距离调车用，或用于输送量不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。大的采区平巷。大
5、的采区平巷。大的采区平巷。第4页，本讲稿共21页电机车分类方法*page 82 按电机车的按电机车的按电机车的按电机车的轨距轨距轨距轨距:600mm:600mm:600mm:600mm、762mm762mm762mm762mm和和和和900mm900mm900mm900mm三种；三种；三种；三种；其中其中其中其中762mm762mm762mm762mm轨距主要用于密度较大的轨距主要用于密度较大的轨距主要用于密度较大的轨距主要用于密度较大的金属矿井中金属矿井中金属矿井中金属矿井中；中小型中小型中小型中小型煤矿多采用煤矿多采用煤矿多采用煤矿多采用600mm600mm600mm600mm轨距；轨距；
6、轨距；轨距；大型大型大型大型煤矿多采用煤矿多采用煤矿多采用煤矿多采用900mm900mm900mm900mm轨距轨距轨距轨距第5页，本讲稿共21页电机车*page 82 架线式电机车架线式电机车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：结构简单和工作可靠，主要缺点是受电弓与供：结构简单和工作可靠，主要缺点是受电弓与供：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。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。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。电线之间产生电弧火花，使其在煤矿井下的使用范围
7、受到限制。架线电机车主要用于架线电机车主要用于架线电机车主要用于架线电机车主要用于非瓦斯矿井非瓦斯矿井非瓦斯矿井非瓦斯矿井及全风压通风的及全风压通风的及全风压通风的及全风压通风的低瓦斯矿井低瓦斯矿井低瓦斯矿井低瓦斯矿井的的的的主要运输巷道主要运输巷道主要运输巷道主要运输巷道内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使用不燃性材料。用不燃性材料。用不燃性材料。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在不能使用架线式电机车情况下，必须根据煤矿安全规在不能使用架线式电机车
8、情况下，必须根据煤矿安全规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。程的要求，选用不同类型的蓄电池式电机车。程的要求，选用不同类型的蓄电池式电机车。程的要求，选用不同类型的蓄电池式电机车。第6页，本讲稿共21页蓄电池电机车*page 82 矿用蓄电池式电机车矿用蓄电池式电机车矿用蓄电池式电机车矿用蓄电池式电机车：防爆安全型防爆安全型防爆安全型防爆安全型、防爆特殊型防爆特殊型防爆特殊型防爆特殊型。前者的电气设备是防爆型的，前者的电气设备是防爆型的，前者的电气设备是防爆型的，前者的电气设备是防爆型的，蓄电池组却是安全型蓄电池组却是安全型蓄电池组却是安全
9、型蓄电池组却是安全型的，因而的，因而的，因而的，因而在煤矿井下的使用范围仍受很大限制，允许用于以全风压在煤矿井下的使用范围仍受很大限制，允许用于以全风压在煤矿井下的使用范围仍受很大限制，允许用于以全风压在煤矿井下的使用范围仍受很大限制，允许用于以全风压通风的瓦斯矿井主要运输巷道、掘进岩石巷道。通风的瓦斯矿井主要运输巷道、掘进岩石巷道。通风的瓦斯矿井主要运输巷道、掘进岩石巷道。通风的瓦斯矿井主要运输巷道、掘进岩石巷道。防爆特殊型蓄电池电机车：防爆特殊型蓄电池电机车：防爆特殊型蓄电池电机车：防爆特殊型蓄电池电机车：全部电气设备均采用隔爆型全部电气设备均采用隔爆型全部电气设备均采用隔爆型全部电气设备
10、均采用隔爆型的，电的，电的，电的，电源装置和蓄电池采用防爆特殊型。它主要用于瓦斯矿井的主要回源装置和蓄电池采用防爆特殊型。它主要用于瓦斯矿井的主要回源装置和蓄电池采用防爆特殊型。它主要用于瓦斯矿井的主要回源装置和蓄电池采用防爆特殊型。它主要用于瓦斯矿井的主要回风道和采区进风及回风道。风道和采区进风及回风道。风道和采区进风及回风道。风道和采区进风及回风道。第7页，本讲稿共21页列车运行基本方程式列车运行基本方程式 列车运行基本方程式列车运行基本方程式列车运行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：表示列车在不同运行状态时，作用在列车上诸力：表示列车在不同运行状态
11、时，作用在列车上诸力：表示列车在不同运行状态时，作用在列车上诸力的关系式。的关系式。的关系式。的关系式。假定假定假定假定：电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。：电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。：电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。：电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。列车运行有列车运行有列车运行有列车运行有三种状态三种状态三种状态三种状态：牵引状态牵引状态牵引状态牵引状态加速起动或匀速运动；加速起动或匀速运动；加速起动或匀速运动；加速起动或匀速运动；惯性状态惯性状态惯性状态惯性状态牵引电动机断电后列车靠惯性运行；牵引电动机断电后列车靠
12、惯性运行；牵引电动机断电后列车靠惯性运行；牵引电动机断电后列车靠惯性运行；制动状态制动状态制动状态制动状态制动力矩作用下减速运行。制动力矩作用下减速运行。制动力矩作用下减速运行。制动力矩作用下减速运行。*page 82第8页，本讲稿共21页牵引状态的列车运行基本方程式在在在在牵引状态牵引状态牵引状态牵引状态（加速运行）时作用在列车上有（加速运行）时作用在列车上有（加速运行）时作用在列车上有（加速运行）时作用在列车上有三个力三个力三个力三个力：1 1 1 1、沿、沿、沿、沿着运行方向的着运行方向的着运行方向的着运行方向的牵引力牵引力牵引力牵引力；2 2 2 2、逆着运行方向的列车运行的、逆着运行
13、方向的列车运行的、逆着运行方向的列车运行的、逆着运行方向的列车运行的静阻力静阻力静阻力静阻力；3 3 3 3、逆着运行方向的列车加速运行时的、逆着运行方向的列车加速运行时的、逆着运行方向的列车加速运行时的、逆着运行方向的列车加速运行时的惯性阻力惯性阻力惯性阻力惯性阻力。由力平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式：由力平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式：由力平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式：由力平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式：*page 82第9页，本讲稿共21页牵引状态下列车运行的基本方程式牵引电动机牵引力牵引电动机牵引力牵引电动机牵引力牵引电动机牵引力 上式就是列车
14、在上式就是列车在上式就是列车在上式就是列车在牵引状态下的运行基本方程式牵引状态下的运行基本方程式牵引状态下的运行基本方程式牵引状态下的运行基本方程式。利。利。利。利用这一方程式可求出在一定条件下电机车所必须给出的牵用这一方程式可求出在一定条件下电机车所必须给出的牵用这一方程式可求出在一定条件下电机车所必须给出的牵用这一方程式可求出在一定条件下电机车所必须给出的牵引力，或者根据电机车的牵引力求出列车矿车数。引力，或者根据电机车的牵引力求出列车矿车数。引力，或者根据电机车的牵引力求出列车矿车数。引力，或者根据电机车的牵引力求出列车矿车数。*page 82第10页，本讲稿共21页惯性状态下列车运行的
15、基本方程式 在在在在惯性状态下，牵引力等于零惯性状态下，牵引力等于零惯性状态下，牵引力等于零惯性状态下，牵引力等于零。此时，列车除了受有静阻力以。此时，列车除了受有静阻力以。此时，列车除了受有静阻力以。此时，列车除了受有静阻力以外，还受到由于减速度所产生的外，还受到由于减速度所产生的外，还受到由于减速度所产生的外，还受到由于减速度所产生的惯性阻力惯性阻力惯性阻力惯性阻力 ，且，且，且，且 与列车的运与列车的运与列车的运与列车的运行方向相同，正是它使列车继续运行。列车在惯性状态下的力平行方向相同，正是它使列车继续运行。列车在惯性状态下的力平行方向相同，正是它使列车继续运行。列车在惯性状态下的力平
16、行方向相同，正是它使列车继续运行。列车在惯性状态下的力平衡方程式为衡方程式为衡方程式为衡方程式为 惯性运行时的减速度为惯性运行时的减速度为惯性运行时的减速度为惯性运行时的减速度为 上式中，上式中，上式中，上式中，上坡运行时取上坡运行时取上坡运行时取上坡运行时取“+”“+”“+”“+”号；下坡运行时取号；下坡运行时取号；下坡运行时取号；下坡运行时取“”“”“”“”号号号号。*page 82第11页，本讲稿共21页制动状态下列车运行的基本方程式 以减速度以减速度以减速度以减速度 代入，可得到列车在制动状态运行时代入，可得到列车在制动状态运行时代入，可得到列车在制动状态运行时代入，可得到列车在制动状
17、态运行时需要施加的制动力需要施加的制动力需要施加的制动力需要施加的制动力 上坡制动取上坡制动取上坡制动取上坡制动取“”“”“”“”号号号号；下坡制动取下坡制动取下坡制动取下坡制动取“+”“+”“+”“+”号。号。号。号。上式可以求出在一定条件下制动装置必须产生的上式可以求出在一定条件下制动装置必须产生的上式可以求出在一定条件下制动装置必须产生的上式可以求出在一定条件下制动装置必须产生的制动力制动力制动力制动力，或者给定制动力，求出减速度或或者给定制动力，求出减速度或或者给定制动力，求出减速度或或者给定制动力，求出减速度或减速制动距离减速制动距离减速制动距离减速制动距离。*page 82第12页
18、，本讲稿共21页电机车的牵引力电机车的牵引力 在轮轨接触点在轮轨接触点在轮轨接触点在轮轨接触点C C C C处处处处 时，车轮在时，车轮在时，车轮在时，车轮在C C C C点受力不平衡，车点受力不平衡，车点受力不平衡，车点受力不平衡，车轮将克服轮面的摩擦阻力轮将克服轮面的摩擦阻力轮将克服轮面的摩擦阻力轮将克服轮面的摩擦阻力空转空转空转空转而不前进。而不前进。而不前进。而不前进。*page 82第13页，本讲稿共21页电机车的牵引力电机车的牵引力 轮对与轨道之间的摩擦力极限值轮对与轨道之间的摩擦力极限值轮对与轨道之间的摩擦力极限值轮对与轨道之间的摩擦力极限值 在两个车轮都作在两个车轮都作在两个车
19、轮都作在两个车轮都作纯滚动前进时，有纯滚动前进时，有纯滚动前进时，有纯滚动前进时，有 N N N N 式中式中式中式中 一个轮对上分配的机车正压力，一个轮对上分配的机车正压力，一个轮对上分配的机车正压力，一个轮对上分配的机车正压力，kNkNkNkN；车轮与轨道之间的静摩擦系数。车轮与轨道之间的静摩擦系数。车轮与轨道之间的静摩擦系数。车轮与轨道之间的静摩擦系数。*page 82第14页，本讲稿共21页电机车的牵引力电机车的牵引力 上面是取机车的一个轮对作为隔离体的分析，矿用机车的上面是取机车的一个轮对作为隔离体的分析，矿用机车的上面是取机车的一个轮对作为隔离体的分析，矿用机车的上面是取机车的一个
20、轮对作为隔离体的分析，矿用机车的两个轮对都是主动轮对，所以整台机车的两个轮对都是主动轮对，所以整台机车的两个轮对都是主动轮对，所以整台机车的两个轮对都是主动轮对，所以整台机车的最大粘着力最大粘着力最大粘着力最大粘着力为为为为 式中式中式中式中 机车重力，机车重力，机车重力，机车重力，kNkNkNkN，称为，称为，称为，称为粘着重力粘着重力粘着重力粘着重力；粘着系数粘着系数粘着系数粘着系数。*page 82第15页，本讲稿共21页电机车的牵引力电机车的牵引力 可以看出，机车的牵引力不仅受牵引电动机可以看出，机车的牵引力不仅受牵引电动机可以看出，机车的牵引力不仅受牵引电动机可以看出，机车的牵引力不
21、仅受牵引电动机输出转矩输出转矩输出转矩输出转矩的影响，还受机车粘着力即的影响，还受机车粘着力即的影响，还受机车粘着力即的影响，还受机车粘着力即机车重力机车重力机车重力机车重力和和和和粘着系数粘着系数粘着系数粘着系数的限制。的限制。的限制。的限制。为增大牵引力，在加大牵引电动机功率的同时还必须相为增大牵引力，在加大牵引电动机功率的同时还必须相为增大牵引力，在加大牵引电动机功率的同时还必须相为增大牵引力，在加大牵引电动机功率的同时还必须相应地增加机车的重力。在运行中，因粘着系数下降，牵应地增加机车的重力。在运行中，因粘着系数下降，牵应地增加机车的重力。在运行中，因粘着系数下降，牵应地增加机车的重力
22、。在运行中，因粘着系数下降，牵引力不足时，可在轨面上撒砂以增大粘着系数。引力不足时，可在轨面上撒砂以增大粘着系数。引力不足时，可在轨面上撒砂以增大粘着系数。引力不足时，可在轨面上撒砂以增大粘着系数。*page 82第16页，本讲稿共21页电机车的制动力电机车的制动力 将将将将 以最大粘着力以最大粘着力以最大粘着力以最大粘着力 代替，得轮对无滑动条件代替，得轮对无滑动条件代替，得轮对无滑动条件代替，得轮对无滑动条件 将将将将 、代入上式得代入上式得代入上式得代入上式得 N1 N1 N1 N1闸瓦施加于车轮的正压力闸瓦施加于车轮的正压力闸瓦施加于车轮的正压力闸瓦施加于车轮的正压力 P0 P0 P0
23、 P0 列车粘着重量的一半，列车粘着重量的一半，列车粘着重量的一半，列车粘着重量的一半，N NN N；闸瓦与踏面间的摩擦系数，闸瓦与踏面间的摩擦系数，闸瓦与踏面间的摩擦系数，闸瓦与踏面间的摩擦系数，铸铁闸瓦一般取铸铁闸瓦一般取铸铁闸瓦一般取铸铁闸瓦一般取0.180.180.180.180.200.200.200.20；*page 82 一个轮对一个轮对一个轮对一个轮对的最大粘着力，的最大粘着力，的最大粘着力，的最大粘着力，N NN N；第17页，本讲稿共21页电机车的制动力电机车的制动力 令令令令 得得得得 式中：式中：式中：式中：闸瓦系数。闸瓦系数。闸瓦系数。闸瓦系数。上式为使轮对能滚动前进
24、给闸瓦施加压力的限制条件上式为使轮对能滚动前进给闸瓦施加压力的限制条件上式为使轮对能滚动前进给闸瓦施加压力的限制条件上式为使轮对能滚动前进给闸瓦施加压力的限制条件 为使轮对滚动前进，轮对上的制动力为为使轮对滚动前进，轮对上的制动力为为使轮对滚动前进，轮对上的制动力为为使轮对滚动前进，轮对上的制动力为*page 82第18页，本讲稿共21页电机车的制动力电机车的制动力 上面是对一个轮对的分析，如果两个轮对都装有制动闸瓦，上面是对一个轮对的分析，如果两个轮对都装有制动闸瓦，上面是对一个轮对的分析，如果两个轮对都装有制动闸瓦，上面是对一个轮对的分析，如果两个轮对都装有制动闸瓦，机车的制动力则为机车的
25、制动力则为机车的制动力则为机车的制动力则为 当当当当 时，表明时，表明时，表明时，表明制动力过大制动力过大制动力过大制动力过大或或或或粘着力不够粘着力不够粘着力不够粘着力不够，车轮，车轮，车轮，车轮不转动而在轨道上滑动前进，车轮产生不均匀磨损。不转动而在轨道上滑动前进，车轮产生不均匀磨损。不转动而在轨道上滑动前进，车轮产生不均匀磨损。不转动而在轨道上滑动前进，车轮产生不均匀磨损。由于车轮在轨面上的由于车轮在轨面上的由于车轮在轨面上的由于车轮在轨面上的滑动摩擦系数比粘着系数小滑动摩擦系数比粘着系数小滑动摩擦系数比粘着系数小滑动摩擦系数比粘着系数小，所以机，所以机，所以机，所以机车的制动力将要变小
26、，降低了制动效果。车的制动力将要变小，降低了制动效果。车的制动力将要变小，降低了制动效果。车的制动力将要变小，降低了制动效果。*page 82第19页，本讲稿共21页电机车的制动力电机车的制动力 可见，不能任意加大闸瓦压力以提高制动力，可见，不能任意加大闸瓦压力以提高制动力，可见，不能任意加大闸瓦压力以提高制动力，可见，不能任意加大闸瓦压力以提高制动力，制动力受机车制动力受机车制动力受机车制动力受机车重力和粘着系数的限制重力和粘着系数的限制重力和粘着系数的限制重力和粘着系数的限制。若机车的闸瓦制动力不能满足列车制动要求，可另外采取若机车的闸瓦制动力不能满足列车制动要求，可另外采取若机车的闸瓦制
27、动力不能满足列车制动要求，可另外采取若机车的闸瓦制动力不能满足列车制动要求，可另外采取增加制动力的办法。在列车中的一部分矿车上加装制动闸增加制动力的办法。在列车中的一部分矿车上加装制动闸增加制动力的办法。在列车中的一部分矿车上加装制动闸增加制动力的办法。在列车中的一部分矿车上加装制动闸就是其中方法之一。就是其中方法之一。就是其中方法之一。就是其中方法之一。*page 82第20页，本讲稿共21页粘着力条件计算 机车的最大牵引力机车的最大牵引力机车的最大牵引力机车的最大牵引力 机车在运输中，拉机车在运输中，拉机车在运输中，拉机车在运输中，拉重车组在上坡起动重车组在上坡起动重车组在上坡起动重车组在上坡起动时所需的牵引力为最时所需的牵引力为最时所需的牵引力为最时所需的牵引力为最大，牵引力为大，牵引力为大，牵引力为大，牵引力为 为使机车不打滑，需满足为使机车不打滑，需满足为使机车不打滑，需满足为使机车不打滑，需满足 即即即即 *page 82第21页，本讲稿共21页