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　　1、基本内容 组成；种类；结构；电气设备及控制。 重点 结构特征，工作原理，适合使用的范围使用与维护等。 难点 局部结构，列车运行理论。,第四章 矿井窄轨铁路运输设备,机车是轨道车辆运输的一种牵引设备。按使用的动力分，有电机车和内燃机车。牵引电机(或内燃机)驱动车轮转动，借助车轮与轨面间的摩擦力，使机车在轨道上运行。在这种运行方式下，它的牵引力不仅受牵引电机(或内燃机)功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约。机车运输能行驶的坡度有限制，运输轨道坡度一般为3，局部坡度不能超过30。 一、机车的分类,第一节 概述,二、电机车的供电方式,目前，我国矿用电机车都采用直流电机车，故其牵引电机及牵引电网均系直流，电

　　2、动机为直流串激电动机。,三、电机车的粘着质量及系列 粘着质量电机车的总质量分配到主动轮对上的那部分质量。它是衡量牵引力的标准。 制动质量电机车的总质量分配到装有闸瓦的轮对上的那部分质量。它是衡量制动力的标准。 目前，我国矿用架线V三种，井下一般为250V、550V，100V只用于1.5t电机车。,第二节 矿用电机车的机械和电气设备,矿用电机车的外形如图示，其构造包括机械和电器设备两大部分。,1、车架 车架是机车的主体，除轮对和轴承箱以外，机车的机械和电器装置均安装在车架上，车架用弹簧托架支承在轴承箱上。架线式电机车基本结构如

　　3、图示。,2、轮对 如图示由两个钢轮压装在一根轴上构成。钢轮有两种结 构：轮箍和轮心热装在一起的构成的钢轮；整体结构钢轮。,3、轴承和轴箱 轴箱如图示。安装在车轴的两端，通过它，使车轴和轮对承受了车架及其上全部设备的重量。安装在轮对外侧的车轴上。,4、弹簧托架 如图示，由弹簧、连杆、均衡梁组成。作用是缓和运行中对机车的冲击和震动。,5、齿轮传动装置 如图示，有两种形式：单级开式（图b）和双级闭式（a）,6、制动装置,机械制动，利用制动闸或制动器制动。手动制动装置如示； 电器制动，牵引电动机的能耗制动，用控制器改变电器线、洒砂装置 洒砂装置如图示，向车轮前沿轨道面上洒砂，加大车轮与

　　4、轨面之间的摩擦系数。,1、3-拉杆；2-摇臂；4-锥体；5-出砂导管；6-弹簧；7-砂箱；8-杠杆系统,第三节 轨道与矿车,一、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。 目前矿井用的轨道有三种：标准窄轨、槽钢轨和吊装单轨。,上部结构钢轨1、联接零件2、轨枕3和道床4（道蹅） 下部结构底板5和水沟6,使用最多的为标准窄轨，槽钢轨和吊装单轨只在辅助运输中使用。 标准窄轨的结构如图,轨道线路的主要参数用轨距、轨型、坡度、曲率半径表示。标准轨距有600mm、762mm和900mm三种。,二、矿用车辆,（一）矿用车辆分类及矿车构造 矿用车辆有标准窄轨车辆、卡轨车辆、单轨吊挂车

　　5、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的主要车辆。 （1）固定车箱式矿车，如图4-5（a）所示，这种矿车需用翻车机卸车。 （2）翻转车箱式矿车，如图4-5（b）所示，车箱能侧向翻倾卸车。 （3）底卸式矿车，如图4-5（c）所示，车底开启卸车。 （4）材料车，如图4-8(a)所示，专为装运长材料用。 （5）平板车，如图4-8(b)所示，装运大件设备用。 （6）人车，插爪式斜井人车/抱轨式斜井人车 （7）梭车,固定式矿车,翻斗矿车,侧卸式矿车,底卸式矿车,人车,梭式矿车:车底装有刮板链，是在短距离内运送散料的特殊车辆，可用于掘进工作面运煤矸。在工作面向车箱内装满

　　6、一堆时，开动车底的刮板链，将料堆移动一个距离，继续装车，直到将全车箱装满。装满车箱后，将梭车牵引到转载点，开动刮板链卸载。卸空后牵回工作面再装载,翻车机 由滚筒、传动轮、支撑轮、定位装置、传动装置、阻车器、底座、挡煤板等主要部件组成,1-滚筒；2-挡煤板；3-定位装置；4-传动轮；5-底座；6-阻车器；7-支撑轮,第四节 列车运行理论,一、列车运行方程 列车在运行过程中，作用在列车上的各种力的关系式即为列车运行方程。 列车的运动是很复杂的，但基本运动是平移运动。为了简化起见，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：列车在牵引力作用下，加速启动或匀

　　7、速运动； 惯性状态：牵引电动机断电后列车靠惯性滑行； 制动状态：列车在制动力作用下减速运行或停车。,1.牵引状态的列车运行基本方程式,在牵引状态(加速运行)时作用在列车上有三个力： 牵引电动机产生的牵引力，同运行方向； 列车运行时的静阻力，逆运行方向； 列车加速运行时的惯性阻力，加速时逆运行方向。 根据力的平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式为,运行静阻力：包括基本阻力、坡道阻力、道岔阻力、弯道阻力、空气流阻力等。对于矿用电机车，由于工作速度低，后三者都不予考虑，只考虑基本阻力和坡道阻力。 基本阻力: N 式中 电机车质量，t； 矿车组质量，t； 列车运行阻力系数。 坡道阻力：列车在坡道上

　　8、运行时，由于列车重力沿坡道倾斜方 向的分力而引起的阻力。设 为坡道倾角， 则坡道阻力： N 列车上坡运行，上式右端取“+”号；如为下坡，则取“-” 正常的情况下，电机车运行轨道的倾角都很小，因此 式中 轨道坡度。 所以坡道阻力： N 列车运行的静阻力应为基本阻力与坡道阻力之和： 或,B. 列车运行的惯性力：,式中 电机车及矿车组的全部质量， kg； 惯性系数，对矿用电机车为00501，平均取0075； 列车加速度，对于矿用电机车，一般取0.03005 所以 N C.牵引电动机所必须的牵引力,2. 惯性状态下列车运行基本方程式,在惯性状态下，电机车牵引电动机断电，F=0，列车依靠断电前所具有的动能

　　9、或惯性继续运行。在一般条件下，列车将产生一定的减速度，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惯性阻力，且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衡方程式 上式中，上坡运行时取“+”号；下坡运行时取“一”号。 由此可见，当列车运行阻力系数为一定时，惯性状态的减速度取决于轨道坡度的大小及上下坡。上坡时 从始至终保持正值，直至停车；下坡时， 如，则 为正值，即仍为减速运行，直至停车；如 ， 则变为负值，此时不再是减速而是加速运行了。可见，惯性状态是很不可靠的，操作时应予以格外的注意。,3. 制动状态下列车运行基本方程式,在制动状态下，牵引电动机断电，F=0，且利用

　　10、机械或电气制动装置施加一个制动力，这个制动力与列车运行方向相反，与基本阻力的性质和方向一致。在制动力和静阻力作用下，列车必定产生减速度，惯性力与运行方向一致，这样，在制动状态下的力的平衡方程式应为,上式中，上坡制动取 “+”号；下坡制动 取“一”号,二、车轮的运动学,车轮的运动平移运动（牵连）旋转运动（相对） M的绝对速度Vm平移速度V旋转速度R，即,可见，车轮上各点的速度及方向都不是相同的。但使我们感兴趣的是，每一瞬间在轮缘上同轨道接触的那一点的速度。也就是O点的速度VO，它正好是几何中心的平移速度V与绕几何中心C旋转的切线速度R之代数差，V与R的方向正好差1800。因此,1.当VR，VOV

　　11、R0时： 意味着轮缘上同轨道上接触的那一点的速度为零，整个车轮以该接触点O为瞬时回转中心，向前作纯滚动。 这是最理想的状态。在实际运行中，应力求达到。这样做才能够避免车轮和轨道的滑动，使车轮的磨损降低到最低限度。但从下面的讨论会看到，由于某些因素的影响，要达到纯滚动是不容易的，最多能使VR，将滑动减小到一些范围。 2.当VR，VOVR0时： 意味着接触点O有一向前的速度，也就是在O点轮缘和轨道有相对滑动，且滑动方向是向前的。正常的情况下，这种运动状况既有向前的滚动，又有向前的滑动。 这种情况往往发生在列车减速时，如制动力过大。同样指出，即使制动力不大，也可能因为轮对直径的差别、轮对直径的几何变形和以

　　12、、轨道不平、矿车轴承阻力过大甚至堵死等因素，出现这样一种情况。,三、机车的牵引力 电机车受力如图示，一个主动轮对的受力如图（b）示。根据平衡条件得： N0Pog 0 Fc Fo 0 MFcR0,解上述方程得： N0 Pog ， Fo FC MR 可见，当主动轮对作用一个转矩后，轮轨接触点O产生一个与运行方向相同的摩擦反力F0 。正是这个摩擦反力克服了列车的运行阻力，使列车作平移运动。,F0,一个轮对的极限摩擦力： F0max 1000Pog 当 Fc=Fo F0max 时， 轮对作滚动前进；当 Fc=Fo Ffmax 时， 轮对克服了轮轨之间的摩擦力打滑空转。 整台机车的最大粘着力 为： 式中 P

　　13、n机车粘着质量，t ； 粘着系数 电机车牵引力不能超过最大粘着力: (粘着条件）： 由上式可见，电机车的牵引力F不仅受电动机输出的转矩M的影响，还受到机车重力P和粘着系数的影响。,四、电机车的制动力,式中,闸瓦极限总压力，N；,闸瓦系数，,，对于8t以上的电机车，,=0.8；对于8t以下的电机车，,=0.7,第五节 电机车运输计算,电机车运输计算的原始数据主要是：设计生产率、各站运输距离、线路坡度等。 设计生产率：班生产率和运输不均匀系数（1.25） 运输距离：加权平均运输距离 线路平均坡度 电机车运输计算的主要内容有：电机车的选择、列车组成计算和全矿电机车台数的确定。 一、电机车的选择 电机

　　14、车粘着质量，主要考虑矿井年产量，见表4-9 在选定电机车型号及矿车吨位后，即可进行列车的组成计算。,二、列车组成计算 列车组成的质量按粘着条件、电动机的温升条件和制动条件确定，然后选其中的最小值。 1、按粘着条件计算 机车在运输中，重车组在上坡启动时所需的牵引力为最大，需要机车给出的牵引力为,可得,分别为机车质量、粘着质量及矿车组质量，t；,重列车起动时的阻力系数；,轨道的平均坡度，没有特别指明时， =0.03,将上式代入,2、按牵引电动机温升条件计算 电机车牵引电动机的温升条件是，电动机的等效电流 必须小于等于电动机的长时制电流，即,正常运行时，牵引电动机的电流和电机车的牵引力的关系是正比关

　　15、系，那么，上式可表示为（电机车等效牵引力必须小于等于电机车的长时制牵引力）：,进一步简化计算，假设重车下坡、空车上坡的牵引力相等，该牵引力称为等阻牵引力Fdz，按等效电流的计算公式为,机车运输是往返循环连续运行，而牵引电动机是短时重复工作制运转，在一个循环中，两向运行所需的牵引力不同，根据电工学原理，电动机在此工况下运行，可用下式计算其等效牵引力,列车往返一个循环中的休止时间，一般取1822min；,调车系数，运距小于1000m取1.4；运距为10002000m取1.2；运距大于2000m取1.15。 分别为重、空列车时的运行时间，min；,列车往返一次的运行时间，min； 列车平均运行速度，

　　16、m/s；,加权平均运距，km。应按该水平各装车站的运距计算 分别为井底车场距第1、第2n装车站的距离，km； 分别为第1、第2n装车站的产量；,3、按制动条件计算 煤矿安全规程规定，电机车的制动距离为：运送物料时不允许超出40m；运送人员时不允许超出20m。 为使列车能在规定的距离内制动停车，列车应有的减速度为 式中 机车长时制工作速度，m/s； 制动距离，m。 重车全速下坡制动是最不利的制动条件，这时所需要的制动力为,联立 可得 t 式中 列车的制动质量，t。 4列车中矿车数量的确定 根据以上三个条件确定的，取其中的最小值计算矿车数 式中 一个矿车的载重，t； 一个矿车的自重，t。,三、列车组成

　　17、的验算 由于按温升条件计算时采用了等阻坡度和加权平均距离，按制动条件计算时采用了长时速度下计算的减速度，与实际有误差，故应重新验算。 1温升验算 重车下坡、空列车上坡时的稳定牵引力为 根据以上牵引力，计算出每台电动机的牵引力为 式中 牵引电动机台数。 根据以上 、 值，在牵引电动机的特性曲线上可查出相应的一台电动机的牵引电流 、 及牵引速度 ， 由此可求得重、空列车运行时间为,min 式中 重车平均速度， ； 重车平均速度， ， ； 运输线路中的最远距离，km。 每台电动机的等效电流为 A 其等效电流应满足下式要求,2. 按制动条件验算 最困难的制动条件是重列车在最大坡度下以全速工作速度下坡。 由 N 得 则实际制动距离为 m 上式计算出的制动距离应满足煤矿安全规程要求，否则，可采用限制列车速度或减少列车中的矿车数等措施解决。,四、电机车台数的确定 1机车的加权平均周期运行时间 min 2.每台机车每班往返次数 次/台班 式中 一个班内的运输平均上班时间。不运人时取 7h，运人时取 7.5h，水平运距超过1.5km时，应考虑运人。 3每班所需运送货物的总次数 次/班 。 式中 班煤总产量，t/班； 运输不均匀系数，取1.25； 矸石系数 4每班运送总次数 式中 每班运人次数。 5工作机车台数 台 6备用与检修台数 台 7所需机车总台数 台,

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