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•根本内容根本内容根本内容根本内容• 组成；种类；结构；电组成；种类；结构；电组成；种类；结构；电组成；种类；结构；电气设备及控制气设备及控制气设备及控制气设备及控制•重点重点重点重点• 结构特征，工作原理，结构特征，工作原理，结构特征，工作原理，结构特征，工作原理，适用范围使用与维护等适用范围使用与维护等适用范围使用与维护等适用范围使用与维护等•难点难点难点难点• 局部结构，列车运行理局部结构，列车运行理局部结构，列车运行理局部结构，列车运行理论第四章第四章 矿井窄轨铁路运输设备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概述ïïïîïíìîíì蓄电池式电机车架线式电机车电机车内燃机车机车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，电动机为直流串激电动机。

轨道轨道1、架线式电机车、架线式电机车 （如图示）（如图示）列车（列车和所牵引的矿车）列车（列车和所牵引的矿车）供电设备供电设备牵引电网，由馈电线、回电线、架空线、轨牵引电网，由馈电线、回电线、架空线、轨道组成道组成变流所，其中有：交流变流设备、专用变压变流所，其中有：交流变流设备、专用变压器、变流设备、直流配流设备等器、变流设备、直流配流设备等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局部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局部质量它是衡量制动力的标准目前，我国矿用架线式电机车的粘着质量在1.5～20t之间电压有100V、250V、550V三种，井下一般为250V、550V，100V只用于1.5t电机车2、蓄电池式电机车、蓄电池式电机车 列车，由列车和所牵引的矿车组成列车，由列车和所牵引的矿车组成供电设备供电设备充电室充电室变流室变流室轨道轨道四、矿用电机车的优点和适用条件电机车与其它机车比较具有更好的性能，它运行速度快、效率高、维护简单、运行可靠、外形尺寸小、本钱低当产量和运距发生变化时，只需增减电机车台数就可满足新的要求，另外它适用于弯道和支线较多的巷道，还可以做多种运输工作。

煤矿井下广泛使用直流架线电机车和蓄电池式电机车架线式电机车主要用于①非瓦斯矿及一、二级瓦斯矿有新鲜气流的大巷中②三级瓦斯矿井中砌璇的主要进风巷，经有关部门批准并有保安措施的也可使用③但在超级瓦斯矿绝对不可使用因为架空线与电机车的受电弓之间或车轮与轨道之间产生电弧火花，有引起瓦斯和煤尘爆炸的危险蓄电池式电机车用于不能使用架线式电机车的场合但应该指出，虽然蓄电池式电机车可以用于瓦斯和煤尘较多的矿井，可是蓄电池本身是不防爆的，故绝对禁止在超级瓦斯矿的中间巷道使用电机车运输仅适用于水平或近水平〔坡度≤3%0，局部＜30%0 〕第二节第二节 矿用电机车的机械和电气设备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局部矿用电机车矿用电机车电器设备电器设备机械结构机械结构车架、轮对、轴承和轴承箱、弹簧托架、车架、轮对、轴承和轴承箱、弹簧托架、加砂系统、齿轮传动装置及连接缓冲装加砂系统、齿轮传动装置及连接缓冲装置等置等牵引电动机、控制器、自动开关、起动牵引电动机、控制器、自动开关、起动电阻、受电弓、照明系统等电阻、受电弓、照明系统等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。

架线式电机车根本结构如图示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、齿轮传动装置 如图示，有两种形式：单级开式〔图如图示，有两种形式：单级开式〔图b〕和双级闭式〔〕和双级闭式〔a〕〕6、制动装置、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路实现制动7、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　轨道与矿车第三节　轨道与矿车一、矿井轨道 是将钢轨按一定要求固定路上构成的，是机车运行的根底件　　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—轮距；—轨距； —轮背距； —游间；—轮缘厚 二、矿用车辆二、矿用车辆〔一〕矿用车辆分类及矿车构造〔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使用的主要车辆 〔〔1〕固定车箱式矿车，如图〕固定车箱式矿车，如图4-5〔〔a〕所示，这种矿车需用翻车机〕所示，这种矿车需用翻车机卸车〔〔2〕翻转车箱式矿车，如图〕翻转车箱式矿车，如图4-5〔〔b〕所示，车箱能侧向翻倾卸车〕所示，车箱能侧向翻倾卸车〔〔3〕底卸式矿车，如图〕底卸式矿车，如图4-5〔〔c〕所示，车底开启卸车〕所示，车底开启卸车〔〔4〕材料车，如图〕材料车，如图4-8(a)所示，专为装运长材料用所示，专为装运长材料用〔〔5〕平板车，如图〕平板车，如图4-8(b)所示，装运大件设备用所示，装运大件设备用。

〔〔6〕人车，插爪式斜井人车〕人车，插爪式斜井人车/抱轨式斜井人车抱轨式斜井人车 〔〔7〕梭车〕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第四节第四节列车运行理论列车运行理论一、列车运行方程一、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运行方程 列车的运动是很复杂的，但根本运动是列车的运动是很复杂的，但根本运动是①①平移运动为了简化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起见，假定电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都②②是刚性是刚性的。

的 列车运行有三种状态：列车运行有三种状态： ①①牵引状态：列车在牵引力作用下，加速启动或匀速运动；牵引状态：列车在牵引力作用下，加速启动或匀速运动； ②②惯性状态：牵引电动机断电后列车靠惯性滑行；惯性状态：牵引电动机断电后列车靠惯性滑行； ③③制动状态：列车在制动力作用下减速运行或停车制动状态：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根本方程式牵引状态的列车运行根本方程式 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 A.运行静阻力：包括根本阻力、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，由于运行速度低，后三者都不予考虑，只考虑根本阻力和坡道阻力B. 根本阻力: NC. 式中 —电机车质量，t； —矿车组质量，t； —列车运行阻力系数。

D. 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 向的分力而引起的阻力设 为坡道倾角，E. 那么坡道阻力： NF.列车上坡运行，上式右端取“+〞号；如为下坡，那么取“-〞G.一般情况下，电机车运行轨道的倾角都很小，因此H. 式中 ——轨道坡度I. 所以坡道阻力： NJ.列车运行的静阻力应为根本阻力与坡道阻力之和：K. 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0．05～0．1，平均取0．075； —列车加速度，对于矿用电机车，一般取0.03～0．05所以 N C.牵引电动机所必须的牵引力 2. 2. 惯性状态以下车运行根本方程式惯性状态以下车运行根本方程式 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 始终保持正值，直至停车；下坡时， 如，那么 为正值，即仍为减速运行，直至停车；如 ， 那么变为负值，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，操作时应予以特别注意3. 3. 制动状态以下车运行根本方程式制动状态以下车运行根本方程式 在制动状态下，牵引电动机断电，F=0，且利用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，与根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ωR，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ωR之代数差，V与ωR的方向正好差1800因此 1.当V＝ωR，VO＝V－ωR＝0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，应力求到达这样可以防止车轮和轨道的滑动，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，要到达纯滚动是不容易的，最多能使V≈ωR，将滑动减小到一定范围 2.当V<ωR，VO＝V－ωR<0时： 意味着接触点O有一向后的速度，也就是在O点轮缘和轨道有相对滑动，且滑动方向是向后的一般情况下，这种运动状况既有向前的滚动，又有向后的滑动 这种情况往往发生在机车的主动轮上，如车组重量太大即使车组重量不大，这种情况也时常发生如轮对直径的差异、轮对直径的几何变形和轨道不平等因素，都能说明滑动是不可防止的 3. 当V>ωR，VO＝V－ωR>0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。

一般情况下，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异、轮对直径的几何变形和以、轨道不平、矿车轴承阻力过大甚至堵死等因素，出现这种情况三、机车的牵引力三、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〔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〕示根据平衡条件得：条件得： N0－－Pog ＝＝0 Fc －－ Fo ＝＝0 M－－FcR＝＝0 解上述方程得： N0＝ Pog ， Fo ＝ FC ＝ M／R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Pn——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。

洒砂启动洒砂启动 ＝＝0.24；；洒砂制动洒砂制动 ＝＝0.17；；不洒砂制动不洒砂制动 ＝＝0.09（（井下），井下）， ＝＝0.12（（地面）地面）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 第五节第五节 电机车运输计算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确实定一、电机车的选择 电机车粘着质量，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、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18—22min；—调车系数，运距小于1000m取1.4；运距为1000～2000m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，m/s； 、—分别为重、空列车时牵引力，N； —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2……n装车站的距离，km； —分别为第1、第2……n装车站的产量； 等阻牵引力为：等阻牵引力为： 得到满足牵引电动机温升条件时，电机车能牵引车组的最大质量为得到满足牵引电动机温升条件时，电机车能牵引车组的最大质量为 由式由式 、、 和和3、按制动条件计算、按制动条件计算 ? 煤矿平安规程煤矿平安规程?规定，电机车的制动距离为：运送物料时不规定，电机车的制动距离为：运送物料时不得超过得超过40m；运送人员时不得超过；运送人员时不得超过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 式中式中 —机车长时制运行速度，机车长时制运行速度，m/s；； —制动距离，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为 联立 可得 t式中 —列车的制动质量，t4．列车中矿车数量确实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．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运行速度下最困难的制动条件是重列车在最大坡度下以全速运行速度下坡 由由 N得得 那么实际制动距离为那么实际制动距离为 m 上式计算出的制动距离应满足上式计算出的制动距离应满足?煤矿平安规程煤矿平安规程?要求，否那么，要求，否那么，可采用限制列车速度或减少列车中的矿车数等措施解决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、电机车台数确实定1．机车的加权平均周期运行时间 min2.每台机车每班往返次数 次/台班式中 —一个班内的运输平均工作时间。

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。