第三章矿井窄轨铁路运输设备.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第三章矿井窄轨铁路运输设备.精品文档.第三章 矿井窄轨铁路运输4 课时第一节 概述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。目前我国煤矿的运输机车都是电机车，使用的都是直流串激电动机。按供给直流电源的方式分，有架线式和蓄电池式两种。架线式电机车的供电方式如图41所示。交流电

2、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动机，再经轨道流回。因此架线式电机车的轨道必须按电流回路的要求接通。 图4一l架线式电机车的供电系统1牵引变流所2馈电线13架空线；4受电弓5矿车，6轨道；7回电线架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免产生火花，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，蓄电池放电到规定值时需更换。蓄电池式电机车有矿用增安型和矿用防爆特殊型两种。增安型的电动机、控制器、灯具、电缆插销等为隔爆型或增安型，蓄电池和电池箱为普通型。防爆

3、特殊型的电动机、控制器灯具、电缆插销等为隔爆型，蓄电池为防爆特殊型。蓄电池式电机车两端设司机室，对安全运行有利。矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，它有下列一些优点： 牵引力大。机车采用直流串激牵引电动机，该电机特性能使机车获得较大的牵引力。 维护费用小。电机车运行速度较高，最高可达26kmh，而且只用司机一人操作就可以，所需辅助人员少，维护简单，动力消耗不大。可改善劳动条件。电机车运行不受气候的影响，由于采用电力拖动，不会产生废气，避免了空气污染，大大改善了劳动条件，保证了井下工人的安全。电机车运输的缺点是：基建投资较大(架线式电机车要铺设轨道、安架空线、设牵引变流所)；架线式电机车需要

4、有较大的巷道断面，会产生不良的泄漏电流，而蓄电池式电机车蓄电池组成本较高。电机车运输的发展方向是： 电机车运输高度自动化； 使用新型电机车，如德国采用了交流工频架线式电机车； 改进矿车结构，使用大容积的矿车。1、矿井轨道与车辆一、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。 标准窄轨的结构如图42所示轨道线路由下部建筑、上部建筑两部分组成。下部建筑主要是巷道底板和水沟，上部建筑是钢轨、联接零件、轨枕和道床。4-2 标准窄轨的结构1 钢轨；2道钉;3轨枕;4道床；5底板；6水沟轨道线路的主要参数有轨距、轨型、坡度、曲率半径。轨距是两条钢轨的轨头内缘的间距,如图4-3

5、所示。国内标准轨距有600，762，900mm三种。 图4-3 轨道的轨距因为机车能牵引的坡度很小，所以轨道的坡度用高差和间距之比表示，通常用i表示。矿井用的钢轨属轻轨系列，钢轨的型号用每米长的质量(kgm)表示。矿用轻轨系列按YB(T)23-86规定有9，12，15，22，30kgm五种。矿用钢轨不仅要耐磨还要耐腐蚀。 道岔是轨道线路的分支装置，如图44所示。道岔由基本轨、尖轨、辙叉、护轮轨、转辙轨、转辙机构及一些零件组成。道岔按轨距轨型有标准系列规格。搬动道岔的转辙机构有手动搬道器、弹簧转辙器和电动转辙机。在特定的运行条件下可使用弹簧转辙器。用电动转撤机对道岔可进行远距离操作和监视，现已有

6、定型产品。图4-4 道岔1尖轨（岔尖）；2基本轨；3转辙轨；4护轮轨；5-辙叉；6-转辙机构主要运输巷道轨道的维修质量必须符合下列要求；(1)更换钢轨时，应选用同类型钢轨；(2)扣件齐全、牢固并与轨型一致，轨道接头的间隙不得大于5mm，高低和左右错差都不得大于2mm；(3)两条钢轨顶面除曲线段外，高低差不得大于5mm；(4)轮距的任何部位上、下偏差都必须在+5mm和2mm范围之内；(5)轨枕的规格数量和间距应符合设计要求，轨枕无失效。轨枕之间道碴填实，道床材质及厚度应符合标准。道床应经常清理，无杂物，无浮煤。架线式电机车使用的钢轨接缝处有专门的技术要求。轨道线路的结构完整，规格达标，是列车安全

7、、稳定运行的基础，不能忽视。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。(一)矿车的类型及标准规格煤矿使用的矿车类型很多，按结构和用途分有以下几种：(1)固定车箱式矿车，如图4-5(a)所示，这种车需用翻车机卸车。(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，在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸，如图46所示。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，侧底卸式卸车情况如图4-7所示。这种车的主要优点是进卸载站

8、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，能满足大型矿井的需要。(4)材料车，如图48(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，它是有座位的专用乘人车。分斜井人车、平巷人车两种。每辆斜井人车上都有防坠装置，在运行中断绳时，能自动平稳地停在轨道上。停车装置有插爪式、抱轨式两种。图45矿用车辆(a) 固定车箱式；(b)翻转车箱式；(c)底卸式图4-6正底卸式矿车的缸载1-车箱；2-卸载曲线；3卸载轮；4-轮对；5底门转轴，6底门；7一煤仓图4-8材料车和平板车(a)材料车；(b)平板车图4-7侧底卸式矿车在

9、卸载站开启底门图4-9插爪式斜井人车1-车体；2-双轴转向架；3-防坠装置的滑架；4-制动插爪；5-主拉杆；6-手动拉杆；7-传动弹簧；8-制动缓冲木(7)梭车，如图4-12所示。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进行装载。(8)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。此外还有各种专用车辆，如炸药车、水车、消防车等。图412梭车(二)矿车的基本参数及尺寸矿车已有

10、国家标准，煤矿矿车基本参数及尺寸见相应标准。三、矿车的基本部件矿车的基本部件是车箱、车架、轮对、连接器。(一)车箱车箱是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，不仅加工方便，还有利于机械化清理车底的粘附物。采用低合金钢板制造车箱，耐磨和耐腐蚀性好。钢板厚度主要是考虑耐腐蚀的要求。为增加箱体的刚度，常在钢板上压出凸棱、箱口焊加角钢，箱底开排水孔。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，供卸载时支承运行，下口应有足够的刚度，防止变形。(二)车架车架包括车梁、缓冲器和轴卡。车梁是矿车的主要承载部件。除了车箱重力和牵引力外，在运行中要承受很大的冲击、振动等附加载荷。

11、车梁一般用专用型钢制造。车架的两端装缓冲器。缓冲器是直接承受牵引和冲击的部件，过去大多采用螺旋弹簧吸收冲击，近来也有用橡胶弹簧的。轴卡是车架与轮对的联接件，目前多采用插销式。这种轴卡结构简单、拆装方便、运行可靠。轮对在轴卡内安装后，应该在轴向和径向都有一定的间隙，允许轮对在运行中作轴向蹿动，以减少线路不直对矿车的影响。大型矿车应采用弹性轴卡，以改善轮对的运行条件，延长轴承的使用寿命。弹性轴卡的弹性部件有橡胶、板簧或螺旋弹簧。(三)轮对轮对是矿车的走行部分，按结构不同，有开式和闭式两种。开式轮对的车轮有端盖，如图413(a)所示，便于拆装和调整轴承间隙，但是端盖增加了轴承进水的机会并易丢失。图4

12、-13 矿车车轮结构（a）开式轮对；（b）闭式轮对闭式轮对的车轮无端盖，如图413(b)所示，检修拆装轴承时，两轴承通过同一内孔，容易造成内孔加大而失效。(四)连接器目前矿车使用的连接器都是牵引链型，由牵引链、插销和插销座组成。牵引链有单环，三环和万能链三种。万能链用于不摘钩翻车机卸载。插销座与缓冲器铸成一体。连接器是涉及重大安全问题的部件，煤矿安全规程对连接器有严格的规定。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。2、轨道车辆运输的辅助机械设备轨道车辆运

13、输的辅助机械设备主要有翻车机、推车机、阻车器、爬车机。一、翻车机翻车机是固定车箱式矿车的卸车设备，如图414所示。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。按卸车时滚筒的旋转方向，有左侧式和右侧式之分，按卸车时是否需要将车组中的矿车摘钩，有摘钩和不摘钩之分；按滚筒中能容纳的矿车数不同，有单车和双车之分。还可按轨距和矿车吨位划分为不同规格。图414电动翻车机1一滚筒；2一挡煤板；13定位装置；4传动轮；5一底座；6阻车器；7支撑轮定位装置是使滚筒旋转一周卸载后，准确停车的装置。定位装置应有缓冲作用，以减轻冲击，延长设备的使用寿命。阻车器是矿车在滚筒内定位的装

14、置。车进入滚筒，阻车器关闭，滚筒旋转一周后，阻车器打开。它的开闭与滚筒旋转动作有杠杆联动。二、推车机推车机是在短距离内推动矿车的设备，分列车推车机和装罐推车机两大类。列车推车机是在翻车机前的推车设备，与翻车机配合进行卸载作业。图4一15所示是已有标准设计的圆环链列车推车机，圆环链上的推爪从底部推动矿车。图4-15圆环链列车推车机1传动装置；2头轮组；3头轮支架；4推爪小车；5小车轨道；6尾部拉紧装置装罐推车机是向罐笼推送矿车的设备，它的种类很多，按动力分有电动和风动；按推车机构分有钢丝绳式、链式及其他。各种推车机各有其特点和适用条件。三、阻车器阻车器是窄轨线路上的停车装置，用于翻车机之前或翻车

15、机之内、罐笼前或罐笼内、斜井井口及其他需要的场所。阻车器有许多种形式，各适用于不同场所的需要。翻车机内的阻车器见图414。四、爬车机爬车机是在矿车自重滑行线路上，用于补偿线路的高度损失，使矿车升上一定高度的设备。图416所示是PH型圆环链爬车机。圆环链连续循环运转，单个矿车滑行到爬车机下部进口处，被圆环链上的爬车爪推动，沿导轨向上运行，到爬车机的上端，矿车在下坡轨道上靠自重滑行，脱离爬车机。为防止因事故向下跑车，在爬车机斜坡上较密集地设置了长爪逆止器，逆止器既能阻挡轮轴，又能阻挡缓冲器，从而保证了安全。图416 PH型圆环爬车机1传动装量；2导向轮；3圆环链；4爬车爪； 5联接环；8-长爪逆止

16、器；7尾轮装置。8-护轨；10一主横粱第二节 矿用电机车的机械设备及电气设备一、矿用电机车的机械设备 机械设备包括车架、轮对、轴承和轴箱、弹簧托架、制动装置、加砂装置、齿轮传动装置及联接缓冲装置等。如图417所示为ZK型矿用架线电机车构造示意图。图4-17架线式电机车的基本构式l一车架；2轴承箱；3一轮对；4制动手轮；5砂箱；6一牵引电动机；7控制器8-自动开关；9启动电阻器；10一受电弓；11车灯；12一缓冲器及联接器(一)车架 车架是电机车的主体结构，是由钢板焊接而成的，前后板厚20 mm，侧板厚22 mm或24 mm，中间隔板厚16 mm。电机车上所有设备都安装在车架上，车架又用弹簧托架

17、和铁棒支承在轴箱上。 (二)轮对轮对是由两个压装在轴上的车轮和一根车轴组成的。如图418所示，车轮是由轮心2和轮圈3热压装配而成的。轮心用铸铁或铸钢制成，轮圈用钢轧制而成。这种结构的优点是轮圈磨损后可以更换，而不致使整个车轮报废。矿用电机车采用双主动轴。图4-18 矿用电机车轮对1车轴；2轮心；3轮圈；4轴瓦；5齿轮；6轴颈(三)轴承和轴箱 车轴通过轴承和轴箱承受车架及其上全部设备的重力，轴箱安装在车轴两端的轴颈上。图419所示为矿用电机车的轴箱，箱内装有一对滚柱轴承4，箱壳两侧的滑槽9与车架相配，在不平的轨道上运行时，轮轴能在车架中上下移动。轴箱上部有弹簧托架，此弹簧托架可起缓冲作用。在箱壳

18、上部有安装弹簧托架铁棒的座孔8。图419矿用电机车的轴箱l油箱体；2毡垫；3止推环；4一滚柱轴承，5止推盖；6轴箱端盖；7轴端盖；8注孔；9滑槽(四)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。图420所示为矿用电机车的均衡托架，前轴(右轴)上的弹簧托架单独作用，后轴(左轴)上的弹簧托架的一端固定在车架上，另一端用均衡梁2连接，均衡梁2的中点用铰轴安在车架上。均衡梁的作用是：当有一个车轮的负荷增加时(例如轨道局部突起)，能通过均衡梁的作用把负荷分配到另一个车轮上去一部分，以避免一个车轮过载，一个车轮欠载。 图4-20 弹簧托架1均衡梁支轴；2均衡梁3板簧(五)制动装置 制动装置是为

19、了在运行中迅速减速和停车之用。制动装置有机械的和电气的两种，电气制动装置不能使电机车完全停住，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手动和气动两种。图421所示为电机车机械制动装置图，四个车轮的内侧各装一个闸瓦9(或10)，闸瓦铰接在制动杆7或8上。每侧的两个制动杆的下端用正反扣调整螺丝11相连。此调整螺丝用来调整闸瓦与车轮轮面的间隙。两个制动杆用连杆12连接，连杆12的顶端铰接在车架上，作为固定支点。拉杆6的左右移动使闸瓦进行制动或松闸。拉杆6的动作是由手轮1经螺杆2和螺母4组成的螺旋副传递的。螺杆装在车架的孔内，手轮和螺杆只能转动不能移动。螺母4固定在均衡杆5的中间，

20、螺母不能转动只能移动。均衡杆5的作用是将螺旋副的推力平均地传给两个拉杆6。图 4 21 电机车机械制动装置1手轮；2螺杆；3衬套；4螺母；5均衡杆；6拉杆；7、8制动杆； 9、10闸瓦；11正反扣调整螺丝(六)加砂装置 加砂装置的作用是向机车车轮前的钢轨上撒砂，以增大粘着系数。加砂装置包括有四个砂箱，这四个砂箱由司机室中上、下两个手柄操纵，一个手柄操纵两个砂箱。两个手柄均靠弹簧复位，如图422所示。当拉动一个手柄时，手柄臂将拉杆1向左拉，于是摇臂2将拉杆3向上提，锥体4向上与砂箱底之间拉开一条缝，砂子由此缝流出，经出砂导管5落在轨面上。砂箱中装有颗粒不大于1 mm的干砂。图4-22矿用电机车的

21、加砂装置1、3-拉霜；2摇臂；4锥体;5出砂导管； 6弹簧(七)齿轮传动装置 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式。 在中型矿用电机车上，用两台牵引电动机分别带动两个轴。传动装置为一级齿轮减速。如图4-23所示，牵引电动机的一侧用抱轴承安在车轴上，另一侧用机壳上的挂耳通过弹簧吊挂在车架上。这种安装方式既能缓和运行中对电动机的冲击和震动，又能保证传动齿轮处于正常啮合状态。如图423(b)所示，在14 t及20 t电机车上。由于采用高旋转速度、尺寸较小、功率较大的牵引电动机，所以采用二级齿轮减速。齿轮在减速箱内工作，既能提高其传动效率，又能增加其寿命。电动

22、机的一端用凸缘与减速箱联接，另一端用机壳上的挂耳通过弹簧挂在车架上。图4-23矿用电机车的齿轮转动装置(a)单级开式齿轮传动；(b)闭式齿轮减速箱(八)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。为了能牵引具有不同联接高度的矿车，联接装置一般是做成多层接口的，如图416所示。缓冲装置有刚性和弹性两种，蓄电池式电机车用弹性缓冲装置，以减轻对蓄电池的冲击，架线式电机车用刚性缓冲装置。 二、牵引电动机及其控制(一)直流串激电动机的特性 目前矿用电机车都采用直流串激电动机作牵引电动机，与其他激磁方式的直流电动机比较，直流串激电动机的优点是： (1)串激电动机启动时，能以不大的电流获得较大的启

23、动转矩，因而在要求相同的启动转矩条件下，可采用较小功率的电动机。 (2)串激电动机的转矩和旋转速度随着列车运行阻力及行驶条件而自动地进行调节。这种特点是由于串激电动机具有软的牵引特性(见图424)所决定的。当电机车上坡行驶或负荷较大时，需要较大的牵引力，随着牵引力的增大，电动机的转速会自动地降低。这样，既保证了运行安全，又不致从电网吸取过大的功率。 (3)两台串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。由于两台电动机特性有差异或前后车轮直径不相等，两台电动机的转速不等，会引起各电动机负荷电流不相同，但由于其牵引特性较软，因而负荷电流差异很小，约在510范围内。这样，可以避免个别电动机在运转中因负荷

24、不均匀而产生严重过负荷现象。(4)当架空电网的电压变动时，只影响串激电动机的转速，而不影响其转矩。这样，就使得当架空电网的电压降很大时，电机车也能启动。 此外，串激电动机构造简单、体积和质量都较小，也是其重要的优点。但是，串激电动机也有缺点，如调整性能差等。图4-24 ZQ-21型牵引电动机特性曲线牵引电动机的特性是指运行速度v,轮缘牵引力F以及效率与电枢电流之间的关系，即速度特性=f1(I)，牵引力特性F=f2(I)及效率特性=f3(I)，这些特性均用曲线表示。图424及图425分别为ZQ-21型及ZQ-24型牵引电动机的特性曲线。图4-25 ZQ-24型牵引电动机特性曲线 牵引电动机的功率

25、有长时功率和小时功率之分。长时功率是指在电机绝缘材料的允许温升条件下电机长时运转时能够输出的最大功率，主要取决于电机的散热能力。小时功率是指在允许温升条件下，电机连续运转一小时的最大功率，它是牵引电动机的额定功率，它主要取决于电机的绝缘材料和冷却性能的好坏。 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。 (二)牵引电动机的启动 矿用电机车工作条件困难，启动频繁，因而要求启动时能量消耗要小，启动要平稳，以避免机械冲击。（1）启动原理 牵引电动机在静止时电枢绕组内没有反电势，而绕组本身电阻又很小，因此，如果在启动时把牵引电动机直接接至全电压电网，则在静止的电动机各绕组中通过的电流很大，会

26、引起绕组很快发热甚至烧毁。此外，还会产生很大的转矩，引起机械部分的损坏。为了限制启动时的电流冲击，并保持一定的电流数值，普遍采用在牵引电动机的电路中串接启动电阻和将两台牵引电动机串并联的方法进行启动。 （2）启动方法(1)串接电阻的启动方法。若已知允许的启动电流，并测出电动机绕组的电阻值，便可以确定启动电阻值。但是，随着电动机旋转速度的增加，若启动电阻固定不变，则电枢电流将减小，电机车的牵引力也随之减小。为了保持牵引力不变，必须相应地减小启动电阻值。显然，理想的启动应是使启动电阻的数值无级地减小，也就是说要保证每瞬间的启动电流固定不变。但实际上要使启动电阻无级地减小，其控制是比较困难和复杂的。

27、解决这个问题的方法，是将可控硅脉冲技术用在电机车上，以实现无级调速和平稳启动。为了简化控制，在ZK型电机车上启动电阻都是做成四级的，即采用逐级减小启动电阻的方法来启动，启动电流在一定的范围内变动，大约为启动电流平均值的15。(2)串并联启动方法。矿用电机车还采用了两台牵引电动机串并联启动的方法。开始启动时，第一步先将两台电动机串联，并加入启动电阻如图426所示，然后逐段切除电阻，直至=0。第二步是将两台电动机并联，加人适当的电阻R。然后逐段切除，直至两台电动机不带电阻并联运行，这时电机车即达到全速运行。图4-26 两台牵引电动机串并联启动示意图(三)牵引电动机的调速在运输中电机车需要多种速度，

28、所以必须采取一定的措施，由司机来控制牵引电动机的旋转速度，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，也能改变电机车的速度。 （1）改变电动机的端电压(1)串联电阻法。电路内串联接人一个电阻，通过改变此电阻的数值来调节电动机的端电压。但是这个方法很不经济，因为在电阻器中将消耗大量的电能，所以电阻器实际上只能作为启动之用，而不应该用来调速。(2)串并联法。改变两台牵引电动机的联接方式(串并联法)是一种经济的调速方法，但选种调速方法平滑性较差。因为矿用电机车对调速的要求不高，一般正常运行为并联(高速)，过道岔及弯道时为串联(低速)两级速度基本上可以达到运输要求。(3)可控硅脉冲调速法。

29、在牵引电动机的电路中串联可控硅元件，利用可控硅断续供电改变电动机端电压的平均值，以达到调速的目的。 （2）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。(1)改变激磁绕组的匝数。为了改变激磁绕组的匝数，需要把激磁绕组分为两组，如图427(a)所示，当两组激磁绕组全部接入主电路时，磁场强度最大，电动机旋转速度最低。当只有一组激磁绕组接入主电路时，由于激磁绕组的匝数减少一部分，因此，磁场被削弱，电动机旋转速度增高。(2)改变激磁绕组的接线。改变激磁绕组的连接方式，如图427(b)所示。串联时为满磁场，电动机旋转速度最低。激磁绕组并联时将削弱磁场，电动机旋转速度增高。这种方法的优点是经济性和

30、平滑性好但调速范围有一定的限制。图4-27 串激牵引电动机的磁场调节(a)改变激磁绕组的匝数;(b)改变激磁绕组的联接方式(四)电气制动矿用电机车的电气制动大多数是采用动力制动，或称能耗制动。其原理是根据牵引电动机在一定工作条件下可以转变为发电机运转的可逆性。当牵引电动机转变为发电机工作时，列车的动能转变为电能，这时，电流将转变为相反的方向，使电动机轴上产生制动力。在进行电气制动的过程中，将产生的电能直接消耗在电阻器上。动力制动的优点是不从电网吸取电能，线路比较简单，同时产生的机械冲击也不大。其缺点是制动过程中，电动机中有电流通过，因此电机绕组的温升要增大，故牵引电动机的功率比不用动力制动者增

31、加1520。此外，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：一是制动前后串激磁场中的电流方向不能改变，否则会产生去磁作用而失去制动力；二是在制动时两台电动机均变成串激发电机，其负荷为同一个制动电阻器，相当于两台串激发电机并联运行，而串激发电机的并联运行是不稳定的。为了解决上述两个问题，必须采用两台电机的激磁绕阻交叉联接线路或交叉一桥式联接线路。目前ZK型架线式电机车的电气制动线路都是采用交叉一桥式联接线路。第三节 列车运行理论列车运行理论是研究作用于列车上的各种力与其运动状态的关系以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 作用于列车上的

32、各种力与其运行状态的关系，用列车运行基本方程式来表示。在讨论列车运行基本方程式时，为简化起见，假定电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的联接都是刚性的，因而在运动的任何瞬间列车中各部分的速度或加速度都是相同的，把整个列车当做平移运动的刚体看待与实际情况虽有差异，但其结果对应用影响不大。列车运行有以下三种状态：(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行；(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。(一)牵引状态的列车运行基本方程式 列车在牵引状态(加速运行)下，沿着运行

33、方向作用在列车上有牵引力F、静阻力Fj、惯性阻力Fa。根据力的平衡原理，列车在牵引状态下的力平衡方程式为： FFj一Fa=O (4一1)（1）惯性阻力 列车在平移运动的同时，还有电动机的电枢、齿轮以及轮对等部件的旋转运动。为了考虑旋转运动对惯性阻力的影响，用惯性系数来增大平移运动的惯性阻力。因此，惯性阻力Fa可用下式表示； Fa=m(1+)a (42) 式中：M为电机车和矿车组的全部质量，m=(P+Q)1000 kg；P为电机车质量，t；Q为矿车组质量，t；y为惯性系数，对矿用电机车为0.050.1，平均取0.075；a为列车加速度，对矿用电机车，一般取003005 ms。 将m值及值代式(4

34、2)，得： Fa =1075(P+Q)a (43)（2）静阻力列车运行的静阻力包括基本阻力、坡道阻力、弯道阻力、道岔阻力及气流阻力等。对于矿用电机车，由于运行速度低，后三者都不予考虑，只考虑基本阻力和坡道阻力。(1) 基本阻力基本阻力是指轮对的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列车在轨道上运行时的冲击震动所引起的附加阻力等。通常基本阻力是经过试验来确定的。表47列出了矿车运行阻力系数，阻力系数是无因次的参数。有了阻力系数以后，基本阻力可按下式计算： F0=1000(P+Q)g (44) 式中；F0为基本阻力,N;g为重力加速度，取9.8 ms2；

35、为列车运行阻力系数。 坡道阻力 坡道阻力是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。很明显，只有当沿坡道上行时此分力才成为阻力;沿坡道下行时，此分力则变成列车运行的主动力。 设为坡道的倾角，则坡道阻力为： Fi=士1000(P+Q)gsin (45)在计算时,如列车为上坡运行，上式右端取“+”号，如为下坡，则取-号。一般情况下，电机车运行轨道的倾角都很小，因此sintan，而tan=i。，式i为轨道坡度()。 将前面两式代入式(4-5)，即得； Fi=士1000(P+Q)gi (46)列车运行的静阻力应为基本阻力和坡道阻力之和，即：Fj=F0+Fi Fj=1000(P+

36、Q) (士i )g (47)将式(43)和式(46)代人式(4一1)，便得到牵引电动机所必须产生的牵引力为： F=1000(P+Q) (士i )g+1.075a (48) 上式就是列车在牵引状态下的运行基本方程式，利用这个方程式可求出在一定条件下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中的矿车数。 (二)列车惯性状态的运行方程式在惯性状态下，电机车牵引电动机断电，牵引力等于零，列车依靠断电前所具有的动能或惯性继续运行。在这种情况下，列车除了受有静阻力Fj外，还受到由于减速度所产生的惯性阻力Fa。 Fa与列车运行方向相同，正是它使列车继续运行。惯性状态时列车力的平衡方程式为： (4

37、9)或 (4-9) (410) (4-10) (411) (4-11)式(411)中，上坡时i取“+”号，下坡时取“-”号。 由此可见，当列车运行阻力系数一定时，惯性状态的减速度取决于轨道坡度的大小和上下坡。上坡时减速度始终保持正值，直到停车为止。下坡时，如i，则a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。（三)制动状态的运行方程式 在制动状态下，牵引电动机断电，牵引力等于零，并利用机械或电气制动装置施加一个制动力B。这个制动力与列车运行方向相反，在力的平衡方程式中应为负值，与静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。此

38、时，惯性阻力Fa却与运行方向一致，即为正值。则制动状态下的力平衡方程式应为： -B-Fj+Fa=0 (4-12) 所以 B=Fa-Fj (4-13)式中，Fa应代以减速时的惯性阻力，b表示制动时的减速度，则： Fa=1075(P+Q)b (4-14) 将式(47)及式(414)代人式(413)，即可得到制动状态下列车运行方程式为： B= 1000(P+Q) 1.075b-(士i )g (4-15) 式中i之符号；当上坡制动时取“+”号，下坡制动时取“-”号。 利用式(415)可以求出在一定条件下制动装置必须产生的制动力；或者给定制动力，求出减速度及制动距离。 二、电机车的牵引力 如图428所示

39、，主动轮对受到牵引电动机传来的转矩M，转矩M对整个电机车而言属于内力，它不能使电机车运动。图4-28 电机车牵引状态的受力分析主动轮对还受到下面几个力的作用：图4-28 电机车牵引状态的受力分析 (1)电机车分配在一个主动轮对上的那部分重力P0g，它通过中心c作用在轮对上； (2)轨面对轮对的法向反力No，它作用于o点，与P0g在一条直线上； (3)由于M的作用，轮对将有绕中心c作顺时针方向旋转的趋势，而轮缘上的同轨面接触的那一点o，相对于轨面来说，有向左滑动的趋势，因此在轮缘上的。点受到轨面所给的切向摩擦反力F0，其方向是向右的;(4)由于摩擦阻力F0的作用，使轮缘上同钢轨接触的那一点o不会

40、在轨面上向左滑动。理想情况下，整个轮对将以o点为瞬时中心向前滚动，即轮对作纯滚动运动。而轮对中心c点则作向前的平移运动。此时，列车的一部分运行阻力将通过电机车的联接器、车架及轴箱作用在轮对的中心c点，这就是图中的Fc。 根据平衡条件得： 式中：R为主动轮对轮缘半径。 解上面的方程组，得到： （4-16） （4-17） (4-16) (4-11)由上述分析可以看出，主动轮对得到一个转矩M以后轨面对接触点o产生了一个摩擦反力F0，它的方向与列车运行方向相同。正是这个摩擦反力F0克服了列车的运行阻力FC而使列车向前作平移运动。对于电机车来说，F0是牵引列车向前运动的外力，称为牵引力或轮缘牵引力。 F

41、0与FC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。该力偶与转距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，就使轮与轨面互相接触的那一点好像粘着在一起一样，所以F0称为粘着力。由式(4-17)可知，当列车运行阻力增加时，必然引起转矩M的增加，也就是说牵引电动机必须给出更大的转矩。同时，轮缘牵引力也必须同时增大，以平衡列车运行阻力使列车向前运动。但是，无论是电动机的输出转矩，还是粘着力都不能无限制地增大。电动机输出的牵引力(由转矩转换成的轮缘牵引力)受到电动机的温升条件限制。 至于粘着力，它本质上是摩擦力，受到摩擦条件或者叫做粘着条件的限制。单个

42、主动轮对能够产生的最大轮缘牵引力为： (4-18) （4-18） (4-20)式中；P0为粘着质量，即电机车分配在该主动轮对上的一部分质量，t；g为重力加速度，取98ms2；为粘着系数。为了使主动轮对的轮缘上同轨面的接触点在轨面不发生相对滑动，该主动轮对产生的轮缘牵引力F0应满足： （4-19） (4-19)这就是单个轮对的粘着条件。以上分析是就一个主动轮对而言的，对于整台电机车，能够产生的最大轮缘牵引力为： （4-20） (4-20)式中：Pn为机车的粘着质量，t，若电机车的全部轮对均为主动轮，则其粘着质量等于电机车的总质量。整台电机车的粘着条件是： （4-21） (4-21)式中：F为电机车为克服列车运行阻力所必须提供的牵引力，由式(48)根据不同运行状态求出。为了使列车能按预定的状态运行，必须遵守式(421)所表示的电机车粘着条件