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1、第四章 矿用机车及车辆辽宁工程技术大学2006.8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 矿用车辆矿用车辆第三节第三节 矿用机车矿用机车第四节第四节 列车运行理论列车运行理论第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8第一节第一节 矿用电机车类型矿用电机车类型 按供电方式分：架线式电机车、蓄电池式电机车一、工作原理架线式：变电所将交流电变为直流电馈电电缆架空线电机车牵引电机钢轨回电电缆变电所蓄电池式：蓄电池提供给电机车牵引电机直流电第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8二、矿用电机车的形式及分类二、矿用电机车的形式及分类按电能来
2、源电机车分为矿用直流架线式电机车(ZK型)和矿用蓄电池式电机车(XK型)。按电机车的黏着质量分类，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几种。按电机车的轨距分为600mm、762mm、900mm三种 按电压等级，架线式电机车有100（97）V、250V、550V三种；蓄电池式电机车有40/48V与110/132V两个等级 第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8架线式电机车的技术特征（续）架线式电机车的技术特征（续）第四章第四章 矿用电机
3、车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8三、电机车的应用范围及其发展方向三、电机车的应用范围及其发展方向（一）电机车的应用范围煤矿安全规程的有关规定：（1）低瓦斯矿井进风的主要运输巷道内，可以使用架线电机车，但巷道支护必须使用不燃性支护。（2）在高瓦斯矿井的主要运输巷道内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池式电机车，如果使用架线电机车，必须采取特殊措施以满足煤矿安全规程的一系列规定。(3)在瓦斯突出的矿井和瓦斯喷出区域中，进风主要巷道内或主要回风巷道内，都应用矿用防爆特殊型蓄电池式电机车，并必须在机车内装设瓦斯自动检测报警仪。第四章
4、第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(二二)电机车运输的发展方向电机车运输的发展方向(1)电机车运输高度自动化 (2)采用大型电机车和大容积的矿车 (3)使用新型电机车 返回第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8第二节第二节 轨道与矿车轨道与矿车一、矿井轨道 矿井轨道是将钢轨按一定要求固定在线路上构成的，是机车运行的基础件。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（一）轨道的结构（一）轨道的结构 组成：下部建筑、上部建筑两部分下部建筑：巷道底板和水沟，上部建筑：钢轨、联接零件、轨枕和道床(道碴层)。钢轨：直接承受载荷
5、，并经轨枕将载荷传递给道床及巷道底板。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 轨枕：用于固定两根轨条，并使其保持规定的轨距；防止钢轨纵向和横向移动，保证轨道的稳定性。轨枕承受钢轨的压力，并将压力较均匀地传递给道床。轨枕有木质的和钢筋混凝土的两种。道床：一般由道碴层组成，承受轨枕的压力，并均匀地分布到巷道底板上。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8轨道线路的主要参数轨道线路的主要参数：轨距、轨型、坡度、曲率半径。轨距：两条钢轨的轨头内缘的间距，用Sg表示。国内标准轨距有600mm、762mm、900mm三种。轮缘距：轮对两车轮轮缘外侧之间
6、距，用S1表示。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(二二)弯曲轨道弯曲轨道轨道的坡度用两点间的高差和水平距离之比表示，通常用i，表示，其数值取千分数。巷道坡度一般为3，局部坡度不能超过30。外轨要抬高，轨距要加宽，弯道半径不能太小。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(三三)道岔道岔组成：基本轨、尖轨、辙叉、护轮轨、转辙轨、转辙机构及一些零件转辙机构：手动搬道器、弹簧转辙器和电动转辙机 第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 二、矿用车辆二、矿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
7、车辆。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（一）矿车的类型及标准规格（一）矿车的类型及标准规格按结构和用途分类：(1)固定车箱式矿车。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(2)翻转车箱式矿车翻转车箱式矿车车箱能侧向翻倾卸车 0.6 翻斗式矿车 脚踏式翻斗矿车双侧卸式矿车第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(3)底卸式矿车底卸式矿车 按车底开启的方向，有正底卸式和侧底卸式之分。在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8侧底卸式矿车侧底卸式矿
8、车：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。底卸式矿车底卸式矿车：装卸能力很高，能满足大型矿井的需要。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(4)材料车：专用于装运长材料。材料车：专用于装运长材料。(5)平板车：装运大件设备。平板车：装运大件设备。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(6)人车人车它是有座位的专用乘人车，分斜井人车、平巷人车。插爪式斜井人车抱轨式斜井人车平巷人车活动抱索器煤矿架空乘人装置（猴车）第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(7)梭车车底装有刮板链，是在短距离
9、内运送散料的特殊车辆，可用于掘进工作面运煤矸。(8)仓式列车仓式列车它与梭车的相同之处是车底装有刮板链，不同之处是由多节短车箱铰接构成的。其它专用车辆，如炸药车、水车、消防车等。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(二二)矿车的基本参数矿车的基本参数矿车的基本参数包括：矿车的容量、装载量、自身质量、外形尺寸、轨距、轴距以及连接器的允许牵引力等。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8矿车的两个重要经济技术指标矿车的两个重要经济技术指标(1)容积利用系数：即矿车有效容积与外形尺寸所得容积之比值。容积利用系数越大越好。(2)车皮系数：即矿车质
10、量与货载质量之比值。车皮系数越小越好。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(三三)矿车的基本部件矿车的基本部件矿车的基本部件：车箱、车架、轮对和连接器。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 1车箱车箱车箱：矿车装盛物料的箱形容器。固定车箱式矿车的车箱多采用半圆形车底。箱底开排水口。底卸式矿车的车箱为可开启的平底，车箱下口的两侧有翼板，供卸载时支撑运行。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 2车架车架车架包括车梁、缓冲器和轴卡。车梁：矿车的主要承载部件。缓冲器：直接承受牵引力和冲击。轴卡：车架与轮对的连接体
11、，目前多采用插销式。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 3轮对轮对轮对是矿车的行走部分，按结构不同，有开式和闭式两种。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 4连接器连接器连接器：牵引链型组成：牵引链、插销和插销座牵引链：单环、三环和万能链 第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8煤矿安全规程煤矿安全规程规定：规定：倾斜井巷运输时，矿车之间的连接、矿车和钢丝绳之间的连接都必须使用不能自行脱落不能自行脱落的连接装置。矿车的连接钩环、插销和无极绳运输的连接装置的安全系数都不得小于6。上绳式无极绳运输用的连接装置的
12、安全系数不得小于8。运送人员车辆的每一个连接器、钩环和保险链的安全系数都不得小于13。矿车连接装置至少每两年进行一次2倍于最大静荷重的拉力试验。返回第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 第三节第三节 矿用电机车的构造矿用电机车的构造矿用电机车是由机械设备和电气设备两大部分组成。电机车的机械设备组成：电机车的机械设备组成：车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂装置、齿轮传动装置及连接缓冲装置等。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(一一)车车架架车架是机车的主体，是安装的基础。(二二)轮对轮对轮对是由两个车轮压装在一根轴上而成
13、。车轮有两种，一种是轮箍和轮心热压装在一起的结构；另一种是整体车轮。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(三三)轴箱轴箱 轴箱是轴承箱的简称，内有两列滚动轴承，与轮对两端的轴颈配合安装。轴箱两侧的滑槽与车架上的导轨相配，上面有安放弹簧托架的座孔。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(四四)弹簧托架弹簧托架组成：弹簧、连杆、均衡梁构成一个组件。作用：缓和运行中对机车的冲击和振动。弹簧：一付板簧或橡胶弹簧和加装液压减振缸。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(五五)齿轮传动装置齿轮传动装置类型类型：单级开式齿
14、轮传动；两级闭式齿轮减速箱 传动。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(六六)制动装置制动装置 作用：保证电机车在运行过程中能随时减速或停车。类型：气动闸、液压闸和手动闸三种。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8(七七)撒砂装置撒砂装置作用：用来向车轮前沿轨面上撤砂，以增大车轮与轨道间的摩擦系数，从而获得较大的牵引力或制动力。撒砂的方法：手动和气动两种。砂箱内装的砂子应是粒度不大于1mm的干砂。(八八)连接缓冲装置连接缓冲装置架线式电机车上采用铸铁的刚性缓冲器；蓄电池式电机车上则采用带弹簧的缓冲器，以减轻电池所受的冲击。返回第四章第四
15、章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8第五节第五节 列车运行理论列车运行理论（1）研究作用于列车上的各种力与其运动状态的关系（2）研究列车牵引力和制动力的产生等问题 一、列车运行的基本方程式一、列车运行的基本方程式假设（简化）条件：电机车与列车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的，整个列车为一刚体（各部分的速度和加速度都是相同的）。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 列车运行有三种基本状态：列车运行有三种基本状态：(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动。(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
16、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。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（一）牵引状态：（一）牵引状态：作用在列车上的力有三个：牵引电动机牵引力F：与列车运行方向一致列车运行静阻力Wj：与运行方向相反列车加速运行惯性阻力Wa(亦称动阻力)：与运行方向相反列车在牵引状态下力的平衡方程式为第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.81、惯性阻力、惯性阻力列车运动：（1）平移运动部分：ma（2）电动机的电枢、齿轮及轮对等部件的旋转运动部分旋转部件的转动惯性阻力用惯性系数计入到平移运动惯性阻力中，
17、即ma。式中 Wa列车的惯性阻力，kN；m列车全部质量，t，m=(P+Q)；P电机车质量，t；第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8Q矿车组质量，t；惯性系数，对矿用电机车一般取平=0.075，也可近似取=0.10；a列车加速度，一般取0.03m/s20.05m/s2。将值和m值代入上式可得 Wa=1.075(P+Q)a kN第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.82、静阻力、静阻力（1）基本阻力基本阻力Wo基本阻力：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矿车在轨道上运行时的冲击振动所引起的附加阻
18、力等。基本阻力是通过试验测定列车运行阻力系数（基本阻力与矿车总重之比）来确定的。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8基本阻力基本阻力 式中 W0列车运行的基本阻力，N；列车运行基本阻力系数；g重力加速度，取10m/s2。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（2）坡道阻力）坡道阻力Wi坡道阻力：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。式中 坡道倾角。电机车运输时角很小，因此sin tan=i，i为轨道坡度，一般取平均坡度3。上式中的sin用i代入得在计算时，列车上坡运行上式取“+”号，下坡运行取“”号。第四章第
19、四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8列车运行全部静阻力为基本阻力与坡道阻力之和，即 将各式代入式平衡方程式中，整理得出列车在牵引状态下必须产生的牵引力为 列车在牵引状态下的基本方程式列车在牵引状态下的基本方程式。利用这个方程式可求出在一定条件下电机车必须给出的牵引力，或根据电机车额定的牵引力计算出列车中的矿车数。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（二）制动状态（二）制动状态F=0，制动力B、静阻力Wj、惯性力Wa使列车减速运行。式中 b制动减速度，m/s2；该式已考虑已考虑a a的的方向方向，计算时只代入绝对值即可；i轨道坡度，上坡上坡制动
20、时取“+”号，下坡下坡制动时取“”号。利用上式可求出可求出在不同条件下制动装置产生的制动力制动力，或或者给定制动力，求出减速度求出减速度及制制动距离动距离。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.83、惯性状态、惯性状态 F=0，静阻力Wj、惯性力Wa使列车减速减速运行。列车在惯性状态下力的平衡方程式为式中 i上坡上坡时取“+”号，下坡下坡时取“”号。下坡下坡时，若i，则b变为负值，此时不再是减速而是加加速速运行了。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 二、二、电机车牵引（一）车轮运动学（一）车轮运动学研究电机车车轮在运行中轮缘速度的变化及
21、与电机车运动状态的关系。设车轮轮缘半径为R，车轮几何中心点的平移速度为，车轮绕其几何中心的旋转角速度为，则轮缘上任一点M在某瞬间的切线速度为R，根据点的速度合成定理，M点的绝对速度为第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8O点的绝对速度0 分析O点的绝对速度0的变化与机车运行状态的关系。(1)当车轮几何中心的平移速度同O点的切线速度数值正好相等，即运行状态：车轮作纯滚动车轮作纯滚动 第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 (2)当车轮几何中心的平移速度小于O点的切线速度，即 运行状态：既有向前的滚动，又有向后的滑动。当=0时，车轮空转。(3
22、)车轮几何中心平移速度大于O点的切线速度，即 运行状态：既有向前的滚动，又有向前的滑动。当R=0时，车轮纯滑动。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8综上所述，车轮沿轨道运行时有三种情况，纯滚动；带有向后或向前滑动的滚动；纯滑动。纯滚动：是列车运行的理想状态，一般不易实现；向后或向前滑动的滚动：是列车启动或制动状态；纯滑动：是列车制动状态。应该力求避免，防止使车轮和轨道发生严重磨损，同时保证列车平稳、安全、可靠运行。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8（二）电机车的牵引力（二）电机车的牵引力取电机车的一个主动轮对为隔离体。根据力(力矩)
23、的平衡条件得：式中 R主动轮对轮缘半径，m；P0电机车分配在该主动轮对上的质量，又称黏着质量，t；M电动机传递到该主动轮对的转矩，Nm。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 解方程组得：分析可知：主动轮对得到一个转矩M以后，轨面对接触点O产生一个摩擦力F0，它的方向与列车运行方向相同。正是这个摩擦力F0。克服了列车的运行阻力WC而使列车向前平移运动。对于机车来说，F0是牵引列车向前运动的外力，称为 牵引力牵引力。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8F0 0与WC C因大小相等、方向相反，且作用在两条平行线上，形成一对力偶一对力偶。该力
24、偶与转矩M大小相等而方向相反，使转矩M得以平衡，从而使轮缘上的O点不致于沿轨面滑动。这样，就使轮缘与轨面互相接触的那一点好像黏着在一起一样，所以F0 0又称为黏着力黏着力。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8主动轮对能够产生的最大牵引力为：F0max=P0 g 式中 F0max一个主动轮对产生的最大牵引力，N；黏着系数。为保证该主动轮对在轨道上不发生相对滑动，则必须满足：F0P0 g 单个单个轮对的黏着条件黏着条件。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8对于整台电机车，能够产生的最大轮缘牵引力为 F=Pn g式中 Pn电机车的黏着质量，
25、t，若电机车的全部轮对均为主动轮对，则其黏着质量等于电机车的总质量P。整台电机车的黏着条件是整台电机车的黏着条件是：FPn g式中 F电机车为克服列车运行阻力所必须提供的牵引力。为了使列车能按预定的状态运行，必须满足电机车的黏着条件。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8黏着系数黏着系数：就整台电机车而言，黏着系数值介于滚动摩擦系数值与滑动摩擦系数值之间。对于煤矿井下运输，电机车的黏着系数按表选取。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8 三、电机车的制动力三、电机车的制动力分析：手动机械闸制动时电机车制动力的产生以及制动力的影响因素。取电
26、机车的一个制动轮对为隔离体：作用于该轮对上的力有：重力：P0g 支承反力：N0 正压力（闸）：N1 摩擦力（闸）：T0 第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8摩擦力T0，其方向与车轮旋转方向相反，大小为 T0=N1制动闸瓦与轮缘间的滑动摩擦系数，其数值与闸瓦材料、列车运行速度和闸瓦单位面积上所受的正压力有关；对于铸铁闸瓦一般取：0.180.20。在T0的作用下，产生静摩擦力B0，根据转矩平衡条件B0RT0R=0得：B0T0=0B0就是电机车一个制动轮一个制动轮对所产生的制动力制动力。第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8制动力B0受受黏着
27、条件的限制。一个制动轮对能够产生的最大制动力为 B0max=P0 g式中 制动状态的黏着系数，数值见表。整台电机车能够产生的最大制动力为：Bmax=Pz gPz电机车的制动时的黏着质量，t，若电机车的全部轮对均为主动轮对，则其黏着质量等于电机车的总质量P。闸瓦压力不能过大，要受黏着条件的限制：BPzg第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8如果闸瓦最大总压力为Nmax，闸瓦对轮缘的总摩擦力为Tmax，对于整台电机车 Tmax=Nmax Bmax=Tmax或 式中 闸瓦系数。为了保证车轮不被抱死不被抱死，闸瓦系数值不应超过不应超过0.9。返回第四章第四章 矿用电机车矿用电机车 辽宁工程技术大学 2006.8