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1、第四章第四章 矿矿用机用机车车及及车辆车辆河北工程大学机电学院第一节第一节 轨道结构及标准轨道结构及标准第二节第二节 矿矿 用用 车车 辆辆第三节第三节 矿矿 用用 机机 车车第四节第四节 机车运行理论及计算机车运行理论及计算第一节第一节 轨道结构及标准轨道结构及标准一、工矿用轨道结构及标准一、工矿用轨道结构及标准矿井轨道是由巷道底板和铺在巷道底板上的钢轨、轨枕、道床、连接矿井轨道是由巷道底板和铺在巷道底板上的钢轨、轨枕、道床、连接零件两部分组成。零件两部分组成。钢轨直接支撑着列车车轮，承受列车的负荷并把负荷传给枕木，形成钢轨直接支撑着列车车轮，承受列车的负荷并把负荷传给枕木，形成平滑而坚固的
2、轨道，以减小列车运行阻力。钢轨的断面形状一般为工字平滑而坚固的轨道，以减小列车运行阻力。钢轨的断面形状一般为工字形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。轨头供车轮运行并承受车轮的压力。轨头粗大，有足够的强度，耐磨轨头供车轮运行并承受车轮的压力。轨头粗大，有足够的强度，耐磨损。损。轨腰的作用是提高轨头，便于接轨；传递轨头承受车轮的压力于轨底轨腰的作用是提高轨头，便于接轨；传递轨头承受车轮的压力于轨底、轨枕。、轨枕。轨底要有足够的面积，以便于把钢轨固定在枕木上。轨底要有足够的面积，以便于把钢轨固定在枕木上。钢轨的型号是以每米长度的重量钢轨的型号是以每米长度的重量(kg/m)
3、来表示。矿用钢来表示。矿用钢轨有轨有11 kg/m、15 kg/m、18 kg/m、24 kg/m和和38 kg/m几种几种型号。使用时应根据运铺设备类型、使用地点、提升方式、型号。使用时应根据运铺设备类型、使用地点、提升方式、行车次数和行车速度选择轨型，按表行车次数和行车速度选择轨型，按表4-1选用。选用。轨枕用于支承和固定钢轨，以使两根钢轨保持一定的距离，防轨枕用于支承和固定钢轨，以使两根钢轨保持一定的距离，防止轨道纵向和横向移动，保持轨道的稳定性，并将钢轨的压力较均止轨道纵向和横向移动，保持轨道的稳定性，并将钢轨的压力较均匀地传递给道床。匀地传递给道床。轨枕有木质、钢筋混凝土和钢质的轨枕
4、有木质、钢筋混凝土和钢质的3种。种。道床由道砟层组成，承受钢轨传来的压力，并均匀地分布到巷道床由道砟层组成，承受钢轨传来的压力，并均匀地分布到巷道的底板上，同时防止轨道的纵、横向移动及缓和车轮对钢轨的冲道的底板上，同时防止轨道的纵、横向移动及缓和车轮对钢轨的冲击。击。二、露天矿用轨道结构及标准二、露天矿用轨道结构及标准露天矿用钢轨的断面为工字形，与矿井用钢轨的断面相似。其露天矿用钢轨的断面为工字形，与矿井用钢轨的断面相似。其类型也以每米重量表示。我国大部分国铁为类型也以每米重量表示。我国大部分国铁为50kg/m，繁忙干线采用，繁忙干线采用60 kg/m，露天矿用钢轨大部分为，露天矿用钢轨大部分
5、为43 kg/m。第二节第二节 矿矿 用用 车车 辆辆一、矿井用车辆一、矿井用车辆矿用车辆有标准窄轨车辆、卡轨车辆、单轨吊挂车辆和无轨机动车矿用车辆有标准窄轨车辆、卡轨车辆、单轨吊挂车辆和无轨机动车辆。标准窄轨车辆就是通常说的矿车。这种矿车是目前我国煤矿使用辆。标准窄轨车辆就是通常说的矿车。这种矿车是目前我国煤矿使用的主要车辆。的主要车辆。1矿车的类型矿车的类型(1)固定车厢式矿车。固定车厢式矿车。需用翻车机卸车。需用翻车机卸车。(2)翻转车厢式矿车。翻转车厢式矿车。车厢能侧向翻倾卸车。车厢能侧向翻倾卸车。(3)底卸式矿车。底卸式矿车。车底开启卸车，在专设的卸载站、整列车在运行车底开启卸车，在
6、专设的卸载站、整列车在运行中逐个开启自卸。主要优点是进卸载站的行车方向不受限制，卸载时中逐个开启自卸。主要优点是进卸载站的行车方向不受限制，卸载时的车速易控制、卸载曲轨不受撞击。底卸式矿车装卸能力很高，能满的车速易控制、卸载曲轨不受撞击。底卸式矿车装卸能力很高，能满足大型矿井的需要。足大型矿井的需要。(4)材料车。材料车。专为装运长材料用。专为装运长材料用。(5)平板车。平板车。专为转运大件设备用。专为转运大件设备用。(6)人车。人车。它是有座位的专用乘人车，分斜井人车和平巷人车两种。它是有座位的专用乘人车，分斜井人车和平巷人车两种。(7)专用矿车。专用矿车。主要有炸药车、水车、卫生车及消防车
7、等。主要有炸药车、水车、卫生车及消防车等。2.2.矿车的技术特征矿车的技术特征矿矿车车的的技技术术特特征征包包括括容容量量、矿矿车车中中货货载载质质量量、外外形形尺尺寸寸、轨轨距距及及轴距轴距等。等。(1)矿车容量矿车容量以以m3计计，通通常常习习惯惯以以矿矿车车中中货货载载质质量量吨吨位位来来计计算算（煤煤的的松松散散密密度度一般为一般为0.9t/m3，矸石的松散密变为，矸石的松散密变为1.6 t/m3）。）。提高矿车吨位可以提高运输效率。提高矿车吨位可以提高运输效率。对对一一定定年年产产量量的的矿矿井井来来说说，矿矿车车吨吨位位增增大大，可可使使矿矿车车总总数数减减少少，故故障障机机会会也
8、也相相应应减减少少，维维修修量量也也减减少少。另另外外矿矿车车数数减减少少，装装载载时时调调动动次次数数也也减减少少，每每列列车车相相应应长长度度也也可可缩缩短短，需需要要的的错错车车等等道道的的时时间间也也相相应应缩缩短。短。但但是是提提高高矿矿车车吨吨位位常常涉涉及及到到巷巷道道、井井筒筒及及铁铁路路等等方方面面的的问问题题，并并且需要提高设备机械化水平，需要配备相应的轨枕及钢轨等。且需要提高设备机械化水平，需要配备相应的轨枕及钢轨等。煤炭工业设计规范煤炭工业设计规范规定：矿车类型及其适用井型见表规定：矿车类型及其适用井型见表4-2.(2)矿车外形尺寸矿车外形尺寸矿车横向尺寸应与轨距相适应
9、。矿车横向尺寸应与轨距相适应。当矿车容积相同而轨距不同时，当矿车容积相同而轨距不同时，一是使较小轨距的矿车宽度增大，同时加高车箱高度；一是使较小轨距的矿车宽度增大，同时加高车箱高度；二是使矿车宽度保持不变，只加高车箱高度。二是使矿车宽度保持不变，只加高车箱高度。(3)轨距轨距目前采用的轨距有目前采用的轨距有900、762(750)、600(610)及及450(457)mm等。等。煤煤炭炭工工业业设设计计规规范范规规定定，今今后后新新建建矿矿井井统统一一为为600和和900mm两两种种轨轨距距。还还提提出出：为为使使施施工工与与生生产产轨轨距距一一致致，今今后后井井上上、下下窄窄轨运输，应逐步统
10、一为轨运输，应逐步统一为600mm轨距。轨距。(4)轴距轴距矿车轴距约为矿车长度的矿车轴距约为矿车长度的1/3。矿矿车车的的容容量量愈愈大大，轴轴距距愈愈大大。同同样样容容量量的的矿矿车车，底底卸卸式式的的轴轴距距大大于固定式的轨距。于固定式的轨距。轴距的确定应经过纵向稳定性的计算。轴距的确定应经过纵向稳定性的计算。轴轴距距还还与与轨轨道道的的曲曲率率半半径径有有关关，轴轴距距愈愈大大，曲曲率率半半径径愈愈大大。曲曲率率半半径径过过小小会会使使矿矿车车在在通通过过弯弯道道时时运运行行阻阻力力急急剧剧增增加加。按按规规定定：井井下轨道曲率半径为矿车轴距的下轨道曲率半径为矿车轴距的7 71010倍
11、。倍。(5)车皮系数车皮系数车皮系数为矿车质量与货载质量之比。车皮系数越小越好。车皮系数为矿车质量与货载质量之比。车皮系数越小越好。(6)容积利用系数容积利用系数容容积积利利用用系系数数为为有有效效容容积积与与外外形形尺尺寸寸所所得得的的容容积积之之比比。容容积积利利用用系数越大越好。系数越大越好。露天煤矿开采用电机车运输时，运输物科绝大部分为煤炭和矿石，露天煤矿开采用电机车运输时，运输物科绝大部分为煤炭和矿石，且装卸地点较固定，为了加速车辆周转，一般均采用漏斗车或自翻车且装卸地点较固定，为了加速车辆周转，一般均采用漏斗车或自翻车运输，可提高装卸效率。运输，可提高装卸效率。漏斗车按其结构可分为
12、无盖和有顶两大类。漏斗车卸货是利用货物漏斗车按其结构可分为无盖和有顶两大类。漏斗车卸货是利用货物的重力作用从卸货门自流卸出。卸货门有集中或单独的开闭机构，其的重力作用从卸货门自流卸出。卸货门有集中或单独的开闭机构，其开关方式可分为风控风动、电控风动和手动开关方式可分为风控风动、电控风动和手动3 3种。车内设有与水平呈一种。车内设有与水平呈一定角度的漏斗板，其倾角随所承运的货物品种而不同。卸货门设在车定角度的漏斗板，其倾角随所承运的货物品种而不同。卸货门设在车底部或侧部。底部或侧部。自翻车是一种无盖的货车，是工矿企业的专用车。在卸货地点操纵自翻车是一种无盖的货车，是工矿企业的专用车。在卸货地点操
13、纵作用阀，即可利用列车管充人储风筒的压缩空气进入倾翻风缸或由车作用阀，即可利用列车管充人储风筒的压缩空气进入倾翻风缸或由车上油泵供给的高压油进入倾翻油缸顶起车体成上油泵供给的高压油进入倾翻油缸顶起车体成4545角，同时倾翻侧的角，同时倾翻侧的侧壁自动开启，货物沿着倾斜的地板卸至轨道一侧。这种卸货方式效侧壁自动开启，货物沿着倾斜的地板卸至轨道一侧。这种卸货方式效率极高，适宜于装卸频繁的矿山运输。率极高，适宜于装卸频繁的矿山运输。二、露天矿用车辆二、露天矿用车辆倾翻装置由倾翻管路系统、倾翻风缸、门扇抑制装置等倾翻装置由倾翻管路系统、倾翻风缸、门扇抑制装置等3 3部分组成。部分组成。倾翻管路系统出管
14、路、贮风筒和各种阀类组成，它是车辆倾翻的操倾翻管路系统出管路、贮风筒和各种阀类组成，它是车辆倾翻的操纵系统。系统和门扇抑制装置，控制车体的倾翻和侧门的开闭动作。纵系统。系统和门扇抑制装置，控制车体的倾翻和侧门的开闭动作。倾翻风缸安装在下部底架的两侧。工作时，只有在下部底架同一侧倾翻风缸安装在下部底架的两侧。工作时，只有在下部底架同一侧的两个风缸同时起作用。压缩空气首先充入储风筒，然后经过各阀门，的两个风缸同时起作用。压缩空气首先充入储风筒，然后经过各阀门，进入倾翻风缸，使内外活塞上升顶起车体，以达到车体同一侧倾翻的进入倾翻风缸，使内外活塞上升顶起车体，以达到车体同一侧倾翻的目的。目的。门扇抑制
15、装置由折页、抑制肘、底架支承、抑制弹簧等组成，它控门扇抑制装置由折页、抑制肘、底架支承、抑制弹簧等组成，它控制侧门的开闭动作，并决定车辆的倾翻性能。抑制肘是通过圆销与车制侧门的开闭动作，并决定车辆的倾翻性能。抑制肘是通过圆销与车体底架横梁上的支座相连接的；抑制弹簧是通过丝杆系于抑制肘和车体底架横梁上的支座相连接的；抑制弹簧是通过丝杆系于抑制肘和车体底架中梁上的。在正常位置，折页的下端头支撑在抑制肘的滚子上，体底架中梁上的。在正常位置，折页的下端头支撑在抑制肘的滚子上，处于直立状态，因此侧门随之也成直立状态，货物不能流出。这时，处于直立状态，因此侧门随之也成直立状态，货物不能流出。这时，抑制肘内
16、端支于底架支承上，不会发生转动，侧门通过折页被抑制肘抑制肘内端支于底架支承上，不会发生转动，侧门通过折页被抑制肘牢固地支撑着。牢固地支撑着。第三节第三节 矿矿 用用 机机 车车机机车车是是轨轨道道车车辆辆运运输输的的一一种种牵牵引引设设备备，按按使使用用的的动动力力分分，有有电电机机车车和和内内燃燃机机车车。牵牵引引电电机机(或或内内燃燃机机)驱驱动动车车轮轮转转动动，借借助助车车轮轮和和轨轨面面间间的的摩擦力，使机车在轨道上运行摩擦力，使机车在轨道上运行。一、井矿用电机车的类型一、井矿用电机车的类型目前我国煤矿的运输机车都是使用直流串激电动机的电机车。按供目前我国煤矿的运输机车都是使用直流串
17、激电动机的电机车。按供给电源的方式分：有架线式和蓄电池式给电源的方式分：有架线式和蓄电池式2 2种。机车运输随行驶的坡度有种。机车运输随行驶的坡度有限制，运输轨道坡度一般为限制，运输轨道坡度一般为3，局部坡度不能超过，局部坡度不能超过30。架线式电机车的供电方式架线式电机车的供电方式。交流电在变流所整流后，正极接在架空。交流电在变流所整流后，正极接在架空线上，负极接在轨道上。架空线是沿运行轨道上空架设的裸导线，机车线上，负极接在轨道上。架空线是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，经车上的控制器和牵引电上的受电弓与架空线接触，将电流引入车内，经车上的控制器和牵
18、引电动机，再经轨道流回。动机，再经轨道流回。因此架线式电机车因此架线式电机车的轨道，必须按电流回的轨道，必须按电流回路的要求接通。路的要求接通。架线式电机车的外形如图架线式电机车的外形如图4-64-6 蓄电池式电机车由车上携带的蓄电池供电，运输线路蓄电池式电机车由车上携带的蓄电池供电，运输线路不受限制，但需要充电设施，蓄电池放电到规定使时需不受限制，但需要充电设施，蓄电池放电到规定使时需更换。如图更换。如图4-74-7所示的蓄电池电机车，只一端有驾驶室。所示的蓄电池电机车，只一端有驾驶室。向另一端运行时，蓄电池箱阻碍司机视线，司机只好探向另一端运行时，蓄电池箱阻碍司机视线，司机只好探身室外观望
19、，容易发生事故。采用双驾驶室能解决这一身室外观望，容易发生事故。采用双驾驶室能解决这一不安全因素，现在已有双驾驶室蓄电池式电机车。不安全因素，现在已有双驾驶室蓄电池式电机车。架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免发生火花，架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免发生火花，煤矿安全规程煤矿安全规程规定，只能在低瓦斯矿井进风规定，只能在低瓦斯矿井进风(全风压通风全风压通风)的的主要运输巷道内使用，巷道支护必须使用不燃性材料；在高瓦斯主要运输巷道内使用，巷道支护必须使用不燃性材料；在高瓦斯矿井进风矿井进风(全风压通风全风压通风)的主要运输巷道内，如使用架线式电机车，的主要运输巷道内，如使用架线式电
20、机车，必须遵守下列规定：必须遵守下列规定：(1)沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌碹或锚喷支护；沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌碹或锚喷支护；(2)有瓦斯涌出的掘进巷道的回风流，不得进入有架线的巷道有瓦斯涌出的掘进巷道的回风流，不得进入有架线的巷道中；中；(3)采用碳素滑板或其他能减小火花的集电器；采用碳素滑板或其他能减小火花的集电器；(4)架线电机车必须装设便携式甲烷检测报警仪。架线电机车必须装设便携式甲烷检测报警仪。二、井工矿用电机车机械结构及电气设备二、井工矿用电机车机械结构及电气设备（一）（一）井工矿井工矿用电机车机械结用电机车机械结构构机械设备包括车机械设备包括车架、轮对、轴承和架、轮对、轴承
21、和轴箱、弹簧托架、轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂装制动装置、加砂装置、齿轮传动装置置、齿轮传动装置及联接缓冲装置等。及联接缓冲装置等。(一一)车架车架车车架架是是电电机机车车的的主主体体结结构构，是是由由钢钢板板焊焊接接而而成成，前前后后板板厚厚20mm，侧板厚，侧板厚22或或24mm，中间隔板厚，中间隔板厚16mm。电电机机车车上上所所有有设设备备都都安安装装在在车车架架上上，车车架架又又用用弹弹簧簧托托架架和和铁铁棒棒支支承在轴承上。承在轴承上。(二二)轮对轮对轮轮对对是是由由两两个个压压装装在在轴轴上上的的车车轮轮和和一一根车轴所组成。根车轴所组成。车车轮轮是是由由轮轮心心2 2和和轮轮
22、圈圈3 3热热压压装装配配成成的的。轮轮心心是是用用铸铸铁铁或或铸铸钢钢制制成成，轮轮圈圈是是用用钢钢轧轧制制而而成成。这这种种结结构构的的优优点点是是轮轮圈圈磨磨损损后可以更换，而不致使整个车轮报废。后可以更换，而不致使整个车轮报废。矿用电机车采用双主动轴。矿用电机车采用双主动轴。(三三)轴承和轴箱轴承和轴箱车车轴轴通通过过轴轴承承和和轴轴箱箱承承受受车车架架及及其其上上全全部部设设备备的的重重力力。轴轴箱箱安安装装在车轴两端的轴颈上。在车轴两端的轴颈上。矿用电机车的轴箱：矿用电机车的轴箱：箱内装有一对滚柱轴承箱内装有一对滚柱轴承4，箱壳两侧的滑槽，箱壳两侧的滑槽9与车架相与车架相配，在不平
23、的轨道上运行时，配，在不平的轨道上运行时，轮轴能在车架中上下移动。轮轴能在车架中上下移动。轴箱之上部有弹簧托架，轴箱之上部有弹簧托架，此弹簧托架可起缓冲作用。此弹簧托架可起缓冲作用。在箱壳上部有安装弹簧托在箱壳上部有安装弹簧托架铁棒的座孔架铁棒的座孔8。(四四)弹簧托架弹簧托架弹簧托架的作用是缓和运行中对机车的冲击和震动。弹簧托架的作用是缓和运行中对机车的冲击和震动。矿用电机车的均衡托架：矿用电机车的均衡托架：前前轴轴（右右轴轴）上上的的弹弹簧簧托托架架是是单单独独作作用用，后后轴轴（左左轴轴）上上的的弹弹簧簧托托架架的的一一端端固固定定在在车车架架上上，另另一一端端用用均均衡衡梁梁1 1连连
24、接接，均均衡衡梁梁1 1的的中中点点用用铰铰轴轴安在车架上。安在车架上。均衡梁的作用：均衡梁的作用：当当有有一一个个车车轮轮上上的的负负荷荷增增加加时时（例例如如轨轨道道局局部部突突起起），能能通通过过均均衡衡梁梁的的作作用用把把负负荷荷分分配配到到另另一一个个车车轮轮上上去去一一部部分分，以以避避免免一一个个车轮过载，一个车轮欠载。车轮过载，一个车轮欠载。(五五)制动装置制动装置制动装置是为了在运行中迅速减速和停车之用。制动装置是为了在运行中迅速减速和停车之用。制制动动装装置置有有机机械械的的和和电电气气的的两两种种，电电气气制制动动装装置置不不能能使使电电机机车车完完全停住，因此每台电机车
25、都装有机械制动装置。全停住，因此每台电机车都装有机械制动装置。机械制动装置按操作方式分有机械制动装置按操作方式分有手动的和气动的手动的和气动的两种。两种。电机车机械制动装置：电机车机械制动装置：四四个个车车轮轮的的内内侧侧各各装装一一个个闸闸瓦瓦9（或或10），闸闸瓦瓦铰铰接接在在制制动动杆杆7或或8上上。每每侧侧的的两两个个制制动动杆杆的的下下端端用用正正反反扣扣调调整整螺螺丝丝11相相连连，此此调调整整解解丝丝用用来来调调整整闸闸瓦瓦与与车车轮轮轮轮面面的的间间隙隙。两两个个制制动动杆杆用用连连杆杆12连连接接，连连杆杆12的的顶顶端端铰铰接接在在车车架架上，作为固定支点。上，作为固定支点
26、。拉拉杆杆6的的左左右右移移动动使使闸闸瓦瓦进进行行制制动动或或松松闸闸。拉拉杆杆6的的动动作作是是由由手手轮轮1经经螺螺杆杆2和和螺螺母母4组组成成的的螺螺旋旋副副传传递递的的。螺螺杆杆装装在在车车架架的的孔孔内内，手手轮轮和和螺螺杆杆只只能能转动不能移动。转动不能移动。螺螺母母4固固定定在在均均衡衡杆杆5的的中中间间，螺螺母母不不能转动只能移动。能转动只能移动。均均衡衡杆杆5的的作作用用是是将将螺螺旋旋副副的的推推力力平平均均地传给两个拉杆地传给两个拉杆6。(六六)加砂装置加砂装置加砂装置的作用：加砂装置的作用：向机车车轮前的钢轨上撒砂，以增大粘着系数。向机车车轮前的钢轨上撒砂，以增大粘着
27、系数。加加砂砂装装置置包包括括有有四四个个砂砂箱箱，这这四四个个砂砂箱箱由由司司机机室室中中上上下下两两个个手手柄柄操操纵纵，一一个个手手柄柄操操纵纵两两个砂箱。两个手柄均靠弹簧复位。个砂箱。两个手柄均靠弹簧复位。如如图图4-8所所示示，当当拉拉动动一一个个手手柄柄时时，手手柄柄臂臂将将拉拉杆杆1向向左左拉拉，于于是是摇摇臂臂2将将拉拉杆杆3向向上上提提，锥锥体体4向向上上，与与砂砂箱箱底底之之间间拉拉开开一一条条缝缝，砂砂子子由此缝流出，经出砂导管由此缝流出，经出砂导管5落在轨面上。落在轨面上。砂箱中装有颗粒不大于砂箱中装有颗粒不大于1mm的干砂。的干砂。(七七)齿轮传动装置齿轮传动装置u在
28、小型矿用电机车上，一般是用一台牵引电在小型矿用电机车上，一般是用一台牵引电动机通过传动齿轮同时带动两个轴的传动方动机通过传动齿轮同时带动两个轴的传动方式。式。在在中中型型矿矿用用电电机机车车上上，用用两两台台牵牵引引电电动动机机分分别别带带动动两两个个轴轴。传传动动装装置置为为一一级级齿轮减速。齿轮减速。牵牵引引电电动动机机的的一一侧侧用用抱抱轴轴承承1安安在在车车轴轴上上，另另一一侧侧用用机机壳壳上上的的挂挂耳耳2通通过过弹弹簧簧吊挂在车架上。吊挂在车架上。这这种种安安装装方方式式既既能能缓缓和和运运行行中中对对电电动动机机的的冲冲击击和和震震动动，又又能能保保证证传传动齿轮处于正常啮合状态
29、。动齿轮处于正常啮合状态。在在14t及及20t电电机机车车上上，由由于于采采用用高高旋旋转转速速度度、尺尺寸寸较较小小、功功率率较较大大的的牵牵引引电电动动机机，所所以以采采用用二二级级齿齿轮轮减减速速。齿齿轮轮在在减减速速箱箱内内工工作作，既既能能提提高高其其传传动动效效率率，又又能能增增加加其其寿寿命命。电电动动机机的的一一端端用用凸凸缘缘与与减减速速箱箱联联接接，另另一一端端用用机机壳壳上上的的挂挂耳耳通通过过弹弹簧簧挂挂在车架上。在车架上。(八八)联接缓冲装置联接缓冲装置矿用电机车的前后两端都有联接和缓冲装置。矿用电机车的前后两端都有联接和缓冲装置。为为了了能能牵牵引引具具有有不不同同
30、联联接接高高度度的的矿矿车车，联联接接装装置置一一般般是是做做成成多层出口的。多层出口的。缓冲装置有缓冲装置有刚性和弹性刚性和弹性两种。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。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。架线式电机车用刚性缓冲装置。（二）牵引电动机及其控制（二）牵引电动机及其控制1.直流串激电动机的特性直流串激电动机的特性直流串激电动机的优点：直流串激电动机的优点：1)串串激激电电动动机机起起动动时时，能能以以不不大大的的电电流流获获得得较较大大的的起起动动转转矩矩，因因而而在在要求相同的起动转矩条件下，可以采用较小功率的电
31、动机。要求相同的起动转矩条件下，可以采用较小功率的电动机。2)串串激激电电动动机机的的转转矩矩和和旋旋转转速速度度随随着着列列车车运运行行阻阻力力及及行行驶驶条条件件而而自自动动地进行调节。地进行调节。当当电电机机车车上上坡坡行行行行驶驶或或负负荷荷较较大大时时，需需要要较较大大的的牵牵引引力力，随随着着牵牵引引力力的的增增大大，电电动动机机的的转转数数会会自自动动地地降降低低。这这样样，一一方方面面保保证证了了运运行行安安全全，另另一一方方面面不不致致从从电电网网吸吸取取过过大大的的功功率率。在在同同样样的的牵牵引引力力变变化化下下，串串激激电电动动机机的的电电流流变变化化或或功功率率变变化
32、化较较小小，因因而而可可以以合合理理地地利利用用牵牵引引变变流流所所的的设设备备和和减减小馈电电缆及架空线的截面积。小馈电电缆及架空线的截面积。这种特点是由于串激电动机具有软的牵引特性所决定的。这种特点是由于串激电动机具有软的牵引特性所决定的。3)两台串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。两台串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。4)当当架架空空电电网网的的电电压压变变动动时时，只只影影响响串串激激电电动动机机的的转转数数，而而不不影响其转矩。影响其转矩。由由于于两两台台电电动动机机特特性性有有差差异异或或前前后后车车轮轮直直径径不不相相等等，两两台台电电动动机机的的转转数数不不等等，会会
33、引引起起各各电电动动机机负负荷荷电电流流不不相相同同，但但由由于于其其牵牵引引特特性性较较软软，因因而而负负荷荷电电流流差差异异很很小小，约约在在510范范围围之之内内。这这样样，可可以避免个别电动机在运转中因负荷不均匀而产生严重过负荷现象。以避免个别电动机在运转中因负荷不均匀而产生严重过负荷现象。这样，就使得当架空电网的电压降很大时，电机车也能起动。这样，就使得当架空电网的电压降很大时，电机车也能起动。此此外外，串串激激电电动动机机构构造造简简单单、体体积积和和质质量量都都较较小小也也是是重重要要的的优优点。点。串激电动机的缺点：串激电动机的缺点：如调速性能差等如调速性能差等。由由于于工工作
34、作条条件件的的要要求求，架架线线式式电电机机车车的的牵牵引引电电动动机机为为全全封封闭闭型型，蓄蓄电电池池式电机车的牵引电动机为隔爆型。由于功率不大，都采用自冷式。式电机车的牵引电动机为隔爆型。由于功率不大，都采用自冷式。牵牵引引电电动动机机的的特特性性是是指指运运行行速速度度v、轮轮缘缘牵牵引引力力F以以及及效效率率与与电电枢枢电电流流之之间间的的关关系系，即即速速度度特特性性vf1(I)，牵牵引引力力特特性性Ff2(I)及及效效率率特特性性f3(I)。这这些些特特性性均均用用曲曲线线表表示示。利利用用这这些些曲曲线线（效效率率特特性性不不常常用用），通通常是根据已知牵引力来查电枢电流及速度
35、。常是根据已知牵引力来查电枢电流及速度。牵引电动机的功率有牵引电动机的功率有长时功率和小时功率长时功率和小时功率之分。之分。长长时时功功率率是是指指在在电电机机绝绝缘缘材材科科的的允允许许温温升升条条件件下下，电电机机长长时时运运转转时时能够输出的最大功率，它主要取决于电机的散热能力。能够输出的最大功率，它主要取决于电机的散热能力。小小时时功功率率是是指指在在允允许许温温升升条条件件下下，电电机机连连续续运运转转一一小小时时的的最最大大功功率率，它它是是牵牵引引电电动动机机的的额额定定功功率率，它它主主要要取取决决于于电电机机的的绝绝缘缘材材料料和和冷冷却却性性能能的好坏。的好坏。与功率相对应
36、的，电流牵引力和转速也有长时制和小时制之分。与功率相对应的，电流牵引力和转速也有长时制和小时制之分。2.牵引电动机的起动牵引电动机的起动矿矿用用电电机机车车工工作作条条件件困困难难，起起动动频频繁繁，因因而而要要求求起起动动时时能能量量消消耗要小，起动要平稳，以避免机械冲击。耗要小，起动要平稳，以避免机械冲击。1)起动原理起动原理牵牵引引电电动动机机在在静静止止时时电电枢枢绕绕组组内内没没有有反反电电势势，而而绕绕组组本本身身电电阻阻又又很很小小，因因此此，如如果果在在起起动动时时把把牵牵引引电电动动机机直直接接接接至至全全电电压压电电网网，则则在在静静止止的的电电动动机机各各绕绕组组中中通通
37、过过的的电电流流很很大大，会会引引起起绕绕组组很很快快发发热热甚甚至至烧毁。此外，还会产生很大的转矩，引起机械部分的损坏。烧毁。此外，还会产生很大的转矩，引起机械部分的损坏。为为了了限限制制起起动动时时的的电电流流冲冲击击，并并保保持持一一定定的的电电流流数数值值，普普遍遍采采用用在在牵牵引引电电动动机机的的电电路路中中串串联联接接入入起起动动电电阻阻和和将将两两台台牵牵引引电电动动机机串串并并联联的方法进行起动。的方法进行起动。2)2)起动方法起动方法(1)串接电阻的起动方法串接电阻的起动方法 若若已已知知允允许许的的起起动动电电流流，并并测测出出电电动动机机绕绕组组的的电电阻阻值值，便便可
38、可以以确确定定起起动动电电阻阻值值。但但是是，随随着着电电动动机机旋旋转转速速度度的的增增加加，若若起起动动电电阻阻固固定定不不变变，则则电电枢枢电电流流将将减减小小，电电机机车车的的牵牵引引力力也也随随之之而而减减小小。为了保持牵引力不变，必须相应地减小起动电阻值。为了保持牵引力不变，必须相应地减小起动电阻值。理理想想的的起起动动应应是是使使起起动动电电阻阻的的数数值值无无级级地地减减小小，也也就就是是说说要要保保证证每每瞬瞬间间的的起起动动电电流流固固定定不不变变。但但实实际际上上要要使使起起动动电电阻阻无无级级地地减减小小，其其控控制制是是比比较较困困难难和和复复杂杂的的。为为了了解解决
39、决这这个个问问题题，正正在在研研究究将将可可控硅脉冲技术用在电机车上，以实现无级调速和平稳起动。控硅脉冲技术用在电机车上，以实现无级调速和平稳起动。为为了了简简化化控控制制，在在ZK7型型及及ZK10型型电电机机车车上上起起动动电电阻阻都都是是做做成成四四级级的的。也也就就是是采采用用逐逐级级减减小小起起动动电电阻阻的的方方法法来来起起动动，起起动动电电流流在在一定的范围内变动，大约为起动电流平均值的一定的范围内变动，大约为起动电流平均值的15。(2)串并联起动方法串并联起动方法 矿用电机车还采用了两台牵引电动机串并联起动的方法。矿用电机车还采用了两台牵引电动机串并联起动的方法。开开始始起起动
40、动时时，第第一一步步先先将将两两台台电电动动机机串串联联，并并加加入入起起动动电电阻阻Rp。然后逐段切除电阻，直至然后逐段切除电阻，直至Rp0。n第第二二步步是是将将两两台台电电动动机机并并联联，并并加加入入适适当当的的电电阻阻Rp。然然后后逐逐段段切切除除，直直至至两两台台电电动动机机不不带带电电阻阻并并联联运运行行。这这时时电电机车即达到全速运行。机车即达到全速运行。3.牵引电动机的调速牵引电动机的调速在在运运输输中中电电机机车车需需要要多多种种速速度度，所所以以必必须须采采取取一一定定的的措措施施，由由司司机机来来控控制制牵牵引电动机的旋转速度，以达到获得多种速度的目的。引电动机的旋转速
41、度，以达到获得多种速度的目的。改变电动机的端电压或磁场强度，就能改变电机车的速度改变电动机的端电压或磁场强度，就能改变电机车的速度。1)改变电动机的端电压改变电动机的端电压(1)串联电阻法串联电阻法 电电路路内内串串联联接接入入一一个个电电阻阻，改改变变此此电电阻阻的的数数值值来来调调节节电电动动机机的的端端电电压压。但但是是这这个个方方法法很很不不经经济济，因因为为在在电电阻阻器器中中将将消消耗耗大大量量的的电电能能，所所以以电电阻阻器器实实际际上上只只能能做为做为起动起动之用，而不应该用来调速。之用，而不应该用来调速。(2)串并联法串并联法改改变变两两台台牵牵引引电电动动电电动动机机的的联
42、联接接方方式式（串串并并联联法法）是是一一种种经经济济的的调调速速方方法法。但但这这种种调调速速方方法法平平滑滑性性较较差差。因因为为矿矿用用电电机机车车对对调调速速的的要要求求不不高高，一一般般正正常常运运行行为为并并联联（高高速速），过过道道岔岔及及弯弯道道时时为为串串联联（低低速速），两两级级速速度度基基本本上上可可以以达达到到运运输的要求。输的要求。(3)可控硅脉冲调速法可控硅脉冲调速法 在在牵牵引引电电动动机机的的电电路路中中串串联联可可控控硅硅元元件件，利利用用可可控控硅硅断断续续供供电电改改变变电电动动机机端端电压的平均值，以达到调速的目的。电压的平均值，以达到调速的目的。2)2
43、)改变电动机的磁场强度改变电动机的磁场强度单电机小型矿用电机车采用这种方法。单电机小型矿用电机车采用这种方法。(1)改变激磁绕组的匝数改变激磁绕组的匝数 为为了了改改变变激激磁磁绕绕组组的的匝匝数数，需需要要把把激激磁磁绕绕组组分分为为两两组组，当当两两组组激激磁磁绕绕组组全全部部接接入入主主电电路路时时，磁磁场场强强度度为为最最大大，电电动动机机旋旋转转速速度度最最低低。当当只只有有一一组组激激磁磁绕绕组组接接入入主主电电路路时时，由由于于激激磁磁绕绕组组的的匝匝数数减减少少一一部部分，因此使磁场削弱，电动机旋转速度增高。分，因此使磁场削弱，电动机旋转速度增高。(2)改变激磁绕组的接线改变激
44、磁绕组的接线 当当激激磁磁绕绕组组成成串串联联时时为为满满磁磁场场，电电动动机旋转速度最低。机旋转速度最低。当当激激磁磁绕绕组组成成并并联联时时为为削削弱弱磁磁场场，电电动机旋转速度增高。动机旋转速度增高。这这种种方方法法的的优优点点是是经经济济性性和和平平滑滑性性好好。但调速范围有一定的限制。但调速范围有一定的限制。4.4.电气制动电气制动矿用电机车的电气制动矿用电机车的电气制动,大多数是采用大多数是采用动力制动，或称能耗制动动力制动，或称能耗制动。原理：原理：根根据据牵牵引引电电动动机机在在一一定定的的工工作作条条件件下下可可以以转转变变为为发发电电机机运运转转的的可可逆逆性性。当当牵牵引
45、引电电动动机机转转变变为为发发电电机机工工作作时时，利利用用列列车车的的动动能能转转变变为为电电能能。这这时时，电电流流将将变变为为相相反反的的力力向向，产产生生的的转转矩矩也也相相应应改改变变为为相相反反的的方方向向，使使电电动动机机轴轴上上产产生生制制动动力力。在在进进行行电电气气制制动动的的过过程中，将所产生的电能直接消耗在电阻器上。程中，将所产生的电能直接消耗在电阻器上。动力制动的优点：动力制动的优点：不从电网吸取电能不从电网吸取电能,线路比较简单线路比较简单,同时产生的机械冲击也不大。同时产生的机械冲击也不大。动力制动的缺点：动力制动的缺点：在在制制动动过过程程电电动动机机中中有有电
46、电流流通通过过，因因此此电电机机绕绕组组的的温温升升要要增增高高，故牵引电动机的功率比不用动力制动者增加故牵引电动机的功率比不用动力制动者增加1520。采用动力制动不能达到完全停车，还需使用闸瓦制动。采用动力制动不能达到完全停车，还需使用闸瓦制动。要实现动力制动必须解决两个问题：要实现动力制动必须解决两个问题：第第一一、制制动动前前后后串串激激磁磁场场中中的的电电流流方方向向不不应应改改变变，否否则则会会产产生生去磁作用而失去制动力；去磁作用而失去制动力；第第二二、在在制制动动时时两两台台电电动动机机均均变变成成串串激激发发电电机机，其其负负荷荷为为同同一一个个制制动动电电阻阻器器，相相当当于
47、于两两台台串串激激发发电电机机并并联联运运行行，而而串串激激发发电电机的并联运行是不稳定的。机的并联运行是不稳定的。为为了了解解决决上上述述两两个个问问题题，必必须须采采用用两两台台电电机机的的激激磁磁绕绕组组交交叉叉联联接接线线路路成成交交叉叉桥桥式式联联接接线线路路。目目前前ZK-7型型和和ZK-10型型架架线线式式电电机机车的电气制动线路都采用交叉车的电气制动线路都采用交叉桥式联接线路。桥式联接线路。第四节第四节 机车运行理论及计算机车运行理论及计算列列车车运运行行理理论论是是研研究究作作用用于于列列车车上上的的各各种种力力与与其其运运动动状状态态的的关关系系以以及机车牵引力和制动力的产
48、生等问题。及机车牵引力和制动力的产生等问题。一、列车运行基本方程式一、列车运行基本方程式作作用用于于列列车车上上的的各各种种力力与与其其运运行行状状态态的的关关系系，用用列列车车运运行行基基本本方方程程式来表示。式来表示。在在讨讨论论列列车车运运行行基基本本方方程程式式时时，为为了了简简化化起起见见，假假定定电电机机车车与与矿矿车车之间、矿车与矿车之间的之间、矿车与矿车之间的联接都是刚性的联接都是刚性的。因因而而在在运运动动的的任任何何瞬瞬间间列列车车中中各各部部分分的的速速度度或或加加速速度度都都是是相相同同的的，把把整整个个列列车车当当做做平平移移运运动动的的刚刚体体看看待待与与实实际际情
49、情况况虽虽有有差差异异，但但其其结结果对应用影响不大果对应用影响不大。列车运行有三种状态：列车运行有三种状态：牵引状态：牵引状态：列车在牵引电动机产生的牵引力作用下加速起动或匀速运行；列车在牵引电动机产生的牵引力作用下加速起动或匀速运行；惯性状态：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；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；制动状态：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。首先讨论牵引状态的列车运行基本方程式。首先讨论牵引状态的列车运行基本方程式。既既然然假
50、假定定整整个个列列车车为为一一平平移移运运动动的的刚刚体体，那那么么只只要要将将在在牵牵引引状状态态下下作作用用在在列列车车运运行行方方向向上上的的全全部部力力找找出出来来，根根据据力力的的平平衡衡原原理理就就可写出列车运行基本方程式。可写出列车运行基本方程式。列车在牵引状态（加速运行）时作用在列车上有三个力：列车在牵引状态（加速运行）时作用在列车上有三个力：沿着运行方向的牵引电动机产生的沿着运行方向的牵引电动机产生的牵引力牵引力F；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W；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Wa。根据力的平衡原理