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1、第五节 井下机车运输,一、概述（一）、矿用机车的类型机车分类：内燃机车和电机车（直流和交流）。架线式电机车：构造简单，操作方便，动力费用低、应用广，需整流和架线设施。蓄电池电机车：防爆。,直流架线式电机车供电系统图1-变电所；2-馈电线缆；3-馈电点；4-架线；5-回电线缆；6-回电点；7-轨道；8-电机车；9-集电弓；ABC-交流电源；DK1三相闸刀开关；ZD-三相自动空气断路器；ZLB-整流变压器；Z-硅整流元件；DK2-两相闸刀开关；ZK-自动开关直流电压有250v和550v，电机车质量在1.5-20t之间，3t以下调度用，3t以上多作运输车辆用。,机车质量的选择，通常情况可按产量来确定
2、机车的吨位。当机车吨位确定之后，可按国产电机车规格选用机车型号及技术数据。,表6-1-2运输量与机车质量、矿车容积、轨距、轨型的关系表,（二）、矿用电机车的机械结构 1、矿用电机车的构造：机械、电气设备两大部分。机械部分：车架、轮对、轴箱、弹簧托架、制动系统、加砂系统、齿轮传动装置及联接缓冲装置等；电气部分：牵引电动机、控制器、自动开关、起动电阻、受电弓、照明系统等。2、牵引电动机的特性：指电机电流和牵引速度、牵引力及效率之间的关系，可用曲线表示，有速度特性，牵引力特性，效率特性曲线之分。,图6-5-4 ZQ-21型电动机特性曲线,3、牵引电动机的容量：根据实际需要有小时容量和长时容量之分。小
3、时容量：在绕组绝缘不超过允许温升条件下，电动机连续运转一小时输出的最大功率，即牵引电动机的额定容量。长时容量：在绕组绝缘不超过允许温升条件下，电动机长时连续运转所能输出的最大功率。4、小时电流和长时电流、小时制和长时制牵引力和速度：根据小时容量和长时容量，还可对电机电流、电机车牵引力和速度进行划分。,二、矿车运行理论-运行方程,电机车和它所牵引的矿车总称为列车。所牵挂矿车称车组。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
4、下减速运行或停车。,（一）、列车运行阻力 列车运行阻力Fz：基本阻力、附加阻力。1基本阻力Fj基本阻力：沿水平直线轨道等速运动时所产生的阻力。包括：车轮轴承的摩擦阻力、车轮沿轨道的滚动阻力等。Fj=（Mj+Mz）g 式中：Mj-机车质量，kg；Mz-重车组质量，kg；-列车基本阻力系数。,采用滚动轴承的列车，按下表选取。采用滑动轴承，其基本阻力系数要按表中的数值增加三分之一。起动阻力系数为基本阻力系数的1.31.5倍。,表6-5-1列车、矿车基本阻力系数,2附加阻力Ff,（1）坡道阻力坡道阻力：列车在坡道上运行时，由于列车的重力沿倾斜方向的分力所引起的运行阻力。Fjp=（Mj+Mz）g sin
5、 当很小时，sin=tg=i，则 Fjp=（Mj+Mz）g i 正号：列车上坡；负号：下坡，i：轨道的坡度。,(2)惯性阻力列车加速或减速运行时，所克服的附加惯性阻力为：Fg=k（Mj+Mz）a=1.075（Mj+Mz）a 式中：a-列车运行的加速度或减速度，m/s2；k-考虑车轮转动惯性的系数，取平均值1.075 惯性力方向与运行方向相反时，上式取正，反之取负。,（3）弯道阻力列车在弯道上运行时，所克服的附加弯道阻力。Fw=（Mj+Mz）gw式中弯道阻力系数式中：Kw系数，当外轨抬高时取1，不抬高时取1.5 R弯道曲率半径,矿车除以上附加阻力外，还受道岔阻力以及运行时空气阻力的影响，由于矿山
6、列车速度较低，故一般不予考虑。列车运行的总阻力为：Fz=（Mj+Mz）g(i+w0.11a),（二）、机车牵引力,机车牵引力：由牵引电动机产生的旋转力矩，通过减速齿轮传递给主动轴上的轮对作用在轨道上，推动列车运行。摩擦力的极限值为 Z=P0 式中：P0 一个主动轮轴作用在轨道上的正压力，N；轮面与轨道的粘着系数；,为了保证车轮不在钢轨上滑动，牵引力不得超过最大黏着力，即：F P0将上式扩大到电机车的各主动轴上，则有FPs式中：F-电机车产生的牵引力总和，N；Ps-电机车的全部主动轮压在钢轨上的总压力，Ps=P0也叫电机车的黏着力（粘着重量），N；为车轮轮面与钢轨间的粘着系数。,表6-5-2电机
7、车的粘着系数,列车运行的基本方程式,牵引状态：机车的牵引力F与列车总运行阻力Fz相平衡，即 F=Fz=（Mj+Mz）g(i+w0.11a)可求出在一定条件下机车必须给出的牵引力；己知牵引力、机车质量等条件，确定机车能牵引的车组质量。制动状态：牵引电动机的电源切断，牵引力为零，并加制动力B，即 基本方程（Mj+Mz）g(i-0.11a)+B=0 应用此方程式，可以求出在一定条件下电机车必须给出的制动力。,（三）、制动力 在井下电机车运输中，一般只有电机车有制动装置，矿车没有制动装置。电机车制动方法：机械制动和电气制动。机车所能给出的制动力：B=NPg 式中 N-机车各闸瓦上的总压力，N；-闸瓦与
8、轮面之间的摩擦系数，0.15-0.18；Pg-机车制动时的黏着重量和粘着系数 Pg-机车的制动重力，如果各轮轴都装有制动瓦块，则机车的制动重力等于机车重力Ps，N。,三、电机车运输计算,目的：确定电机车牵引的矿车数和全矿所需电机车的台数。（一）、计算内容与原始数据计算的内容：选择机车类型，确定机车的质量，确定车组质量和车组中的矿车数，确定电机车台数。原始数据：生产率、运输距离、运输线路图、产量分配及调车工作组织等。确定机车质量：应考虑运输量、装矿方法、装矿点的集中与分散及输送距离等因素。,（二）、确定车组质量、车组中矿车数量 按电机车起动条件和制动条件计算车组质量，取最小值，确定车组中的矿车数
9、，然后按牵引电动机温升条件进行校核。1、按电机车起动条件计算 考虑最困难的情况：牵引重车组上坡启动（在某些意外情况下重列车需上坡牵引）。重列车上坡启动时应满足的条件：（Mj+Mz）g(q+ip+w+0.11a)Ps 由上式可以推导出电机车启动时，能牵引的重车组的质量为：MzPs/(g(q+ip+w+0.11a)-Mj,式中：Ps电机粘着重量（对于全部轮对均为主动轮的，粘着重量等于电机车重量）；Mj-电机车质量；Mz重车组质量；q-启动阻力系数；启动粘着系数；a-列车启动加速度，取0.03-0.05m/s2。2、按电机车制动条件计算原则：井下列车的制动距离不得超过40m、运送人员时制动距离为20
10、m。必须根据这个规定并按最不利情况，即下坡制动进行计算。MzPs/（g（ip+0.11a-）-Mj 式中a-制动时的减速度，a=Vc2/(2 Lz)，m/s2；,Vc-长时速度，查表，m/s；Lz制动距离，取40m；分别计算出重车组质量Mz后，取小值计算车组中的矿车数。车组中矿车数：Z1=Mz/（M+M0）式中 M一矿车有效荷载质量，kg M0矿车质量，kg。,3、按牵引电动机的温升条件进行检验按这个条件对上述结果进行校核的实质：牵引电动机的有效电流不应超过它的长时电流，如果能满足这个条件，牵引电动机的温升就不会超过允许温升。根据有效电流理论，有：,对于机车运输，有：Iz重列车等速运行时的电流
11、，A；Ik空列车等速运行时的电流，A；tz重列车运行时间，min；tk空列车运行时间，min；a调车系数。当运输距离L1000m时，a=1.4；L=1000-2000m时，a=1.15；-停车及调车时间，一般取20-25min；T1往返一次总运行时间，即空列车和重列车运行时间之和。T1=tz+tk，min,重列车和空列车运行时间分别为 tz=Lm/（600.75Vz）tk=Lm/（600.75Vk）式中：Lm电机车到最远的一个装车站距离，m；0.75Vz重列车的平均速度，m/s；0.75Vk空列车的平均速度，m/s。,重列车和空列车的牵引力为：Fz=Mj+z1（M+M0）g（z-ip）Fk=M
12、j+z1（M0）g（k-ip）每台电动机的牵引力为：Fz=Fz/n Fk=Fk/n式中：z重车阻力系数；k空车阻力系数；n-机车上的电动机数。,查牵引电动机特性曲线，由牵引力查得电动机的电流Iz和Ik以及Vz和Vk；计算Iy，查表，查得长时电流Ic，并相比较，若IyIc，满足温升条件。,（三）、机车台数的确定1、一台电机车的每班可完成的往返次数 n=60tb/T式中：tb电机车每班工作小时数，h；,表6-5-3电机车每班工作小时数,T电机车往返一次的时间，T=T1+，min T1总运行时间，可按前面的方法确定，也可用下式近似计算：T1=2L/(600.75Vc)Vc电机车长时速度，查表，m/s
13、；L加权平均距离，可以用下式计算。m。,Ai为i号装车站的班生产率，(t班)Li为各装车站至井底车场的运输距离，(km),2、每班运输矿石所需往返次数mm=k A/z Mk运输不均衡系数，1.21.3A生产率，kg/班；M矿车有效荷载质量。z 牵引矿车数。m值取最大整数。3、每班运输废石、人员、材料及设备等所需往返次数m1数值可按各矿山具体情况定。4、需要的工作电机车台数N1=（m+m1）/nn：一台电机车的每班可完成的往返次数 N1算后取大整数。,5、需要的电机车总台数N=N1+N2N2备用电机车台数，工作电机车在5台之内时，N2取1，6台以上时，取2。如电机车通过井巷极不方便时，各主要生产
14、中段需要分别考虑备用电机车。,（四）、电机车运输计算举例1、原始数据（1）阶段年产量，A50万吨年。1号装车站，A1=27万吨年。2号装车站，23万吨年；（2）运拖距离，Ll1300m，L2=1500m（3）年工作日为340天，两班工作制。（4）矿车规格；YGC-1.2(6)，M0720kg。（5）矿石松散密度，=1.9tm3。（6）线路平均坡度，ip=0.003（7）每班运输废石、人员及材料及设备共计6次。2、计算内容（1）选择机车类型，决定机车质量。（2）确定车组质量，车组中的矿车数。（3）确定井下机车台数,3、计算(1)选择机车类型，确定机车质量根据年产量50万吨，查表6-1-2选用7t
15、电机车。采用架线式电机车。由表查得其型号为：ZK76250型。(2)确定车组质量，车组中的矿车数按电机车的起动条件计算车组质量 MzPs/(g(q+ip+0.11a)-Mj=686000.2/(9.8(0.0105+0.003+0.110.05)-7000=66684kg 式中：Ps，Mj由表查得；由表查得；q=1.5z，z由表查得。,按制动条件计算车组质量MzPs/（g（ip+0.11a-z）-Mj=686000.17/(9.8(0.003+0.110.247+0.007)-7000=44360kg 式中的减速度a由下式求得；a=Vc2/(2Lz)=(161000/3600)2/(240)=
16、0.247m/s2 Vc由表查得。按小值即制动条件计算车组中的矿车数。z=Mz/(M+M0)=44360/(1.21900+720)=14.786个，取 z=14,按温升条件校核计算重、空列车牵引力 Fz=Mj+Z(M+M0)g(z-ip)=7000+14(1.21900+720)9.8(0.007-0.003)=1920.8N Fk=Mj+ZM0)g(k+ip)=7000+14720)9.8(0.009+0.003)=2008.6N计算每台牵引电动机的牵引力 Fz=Fz/2=1920.8/2=960.4 N Fk=Fk/2=2008.6/2=1004.3 N,由Fz、Fk查ZQ-21型牵引电
17、动机特性曲线，得 Iz=21A；Ik=22A；Vz=21km/h；Vk=20km/h；计算重空列车运行时间 tz=Lm/(600.75Vz)=1500/(600.75(211000)/3600)=5.714min;tk=Lm/(600.75Vk)=1500/(600.75(201000)/3600)=6min;T1=tz+tk=11.714min,按温升条件校核 式中的Ic由表查得。,（3）机车台数的确定 一台机车每班可完成的往返次数 n=60tb/T=606.5/31.714=12.29次 式中tb由表查得。取n=12次。每班运输矿石所需往返次数 m=k A/z M=1.25(5000001000)/3402)/(142280)=28.79次 取m=29次 每班需要的总运输次数 N1=（m+m1）/n=35/12=2.92台 取N1=3台需要的电机车总台数N=N1+1=4台。,
