第四章機車運輸第四章機車運輸2023/2/524.1概述礦用機車分類：按使用動力不同，礦用機車分內燃機車和電機車兩種。按電源性質不同，電機車有交流的和直流的，礦井提升中以后者應用最廣。按供電方式不同，直流電機車分架線式、蓄電池式、架線蓄電池式電機車和架線電纜電機車等幾種。注意：機車運輸線路坡度有限制，運輸軌道坡度一般為3‰，局部坡度不能超過30‰。我國井下架線電網的直流電壓有100V、250V和550V三種。2023/2/53介紹兩種主要電機車（1）架線式電機車交流電在變流所整流后，正極接在架空線上，負極接在軌道上。架空線是沿運輸軌道上空架設的裸導線，機車上的受電器（集電弓）與架空線接觸，將電流引入車內，經車上的控制器和牽引電動機，再經軌道流回。因此，架線式電機車的軌道必須按電流回路的要求接通。其供電系統見圖4-1。4.1概述2023/2/54

圖4-1架線式電機車的供電系統1—牽引變流所；2—饋電線；3—受電弓；4—架空線；5—回電線；6—電機車；7—礦車；8—軌道4.1概述2023/2/552023/2/56（2）蓄電池式電車機蓄電池式電車機是用機車上攜帶的蓄電池組供給電能的。電機車的蓄電池放電到規定值時需要更換、充電。蓄電池的充電一般在井下充電房進行。因此，每臺電機車須配備2～3套蓄電池組。

這種機車的優點是：無火花引爆危險，適合在有瓦斯的礦山使用；不須架式，運輸線路不受限制，使用靈活，對于產量較小、巷道不太規則的運輸系統和巷道掘進運輸很適用。

其缺點是：須設充電設備；初斯投資大；用電效率低，運輸費用也較高。4.1概述2023/2/572023/2/582023/2/59礦用電機車有下列一些優點：牽引力大。電機車采用直流串激牽引電動機，該電動機特性能使機車獲得較大的牽引力。維護費用小。電機車運行速度較高，最高可達26km/h，而且只需一個司機操作就可以，所需輔助人員少，維護簡單，動力消耗不大。可改善勞動條件。電機車運行不受氣候的影響，由于采用電力拖動，不會產生廢氣，避免了空氣污染，大大改善了井下作業環境。礦用電機車的缺點：基建投資較大（架線式電機車要鋪設軌道、安裝架空線、設置牽引變流所）；架線式電機車需要有較大的巷道斷面，會產生不良的雜散（漏電）電流，而蓄電池式電機車蓄電池組成本較高。4.1概述2023/2/510窄軌礦用架線式電機車型號及主要技術性能參數識別4.1概述2023/2/5114.2礦用電機車的機械設備及電氣設備礦用電機車由機械和電氣設備組成。機械設備：包括車架、輪對、軸承和軸箱、彈簧托架、制動裝置、齒輪傳動裝置、撒砂裝置、緩沖器和聯接器、警鐘等。電氣設備：包括牽引電動機、控制器、受電器、變阻器、保護和照明裝置等。其基本結構見圖4-2。圖4-2架線式電機車的基本構造1—車架；2—軸承箱；3—輪對；4—制動手輪；5—砂箱；6—牽引電動機；7—控制器；8—自動開關；9—啟動電阻器；10—受電弓；11—車燈；12—緩沖器及連接器4.2礦用電機車的機械設備及電氣設備2023/2/5132023/2/5142023/2/5154.2.1礦用電機車的機械設備

（1）車架車架是電機車的主體，電機車上的全部機械和電氣設備均安裝在車架上。見圖4-3。

圖4-3電機車的車架示意圖1—側板；2—端板；3—隔板；4—電阻室；5—電動機室；6—司機室；7—連接器；8—緩沖器2023/2/516（2）輪對機車輪對是由兩個壓裝在軸上的車輪和一根車軸組成。車輪一般由輪心和輪圈熱壓裝配而成。輪心是用鑄鐵或鑄鋼制成，輪圈是用鋼軋制而成。這種結構的優點是輪圈磨損后可以更換，輪心仍可繼續使用，而不致使整個車輪報廢。見圖4-4。圖4-4礦用電機車輪對1-車輪；2-輪心；3-輪圈；4-軸瓦；5-齒輪；6-軸頸4.2.1礦用電機車的機械設備

2023/2/5172023/2/518（3）軸承和軸箱軸箱安裝在車軸兩端的軸頸上。車架及其上面全部設備的重量經彈簧托架傳給軸承和軸箱，然后經軸承和軸箱傳給輪對。見圖4-5。（4）彈簧托架彈簧托架是軸箱與車架之間的中間裝置。其作用是緩和電機車在運行時的沖擊和震動。彈簧托架是用長度不同的板彈簧疊起，中間用鋼箍套結而成，箍的底部支撐在軸箱上。見圖4-5。圖4-5彈簧托架1—均衡梁支軸；2—均衡梁；3—板彈簧4.2.1礦用電機車的機械設備

（5）制動裝置制動裝置是為了在運行中迅速減速或停車之用。制動裝置有機械制動和電氣制動兩種，電氣制動不能使電機車完全停住，因此每臺電機車都裝有機械制動裝置。機械制動裝置按操作方式分為手動的和氣動的兩種。圖4-6電機車機械制動系統示意圖1—手輪；2—制動桿；3—螺桿；4—均衡桿；5—拉桿；6—閘瓦；7—正反扣螺栓4.2.1礦用電機車的機械設備

2023/2/520（6）齒輪傳動裝置小型礦用電機車一般是用一臺牽引電動機通過傳動齒輪同時帶動兩個軸的傳動方式。中型礦用電機車有兩臺電動機，每臺電動機分別帶動一個軸轉動。（7）撒砂裝置為了增加電機車的車輪與鋼軌之間的粘著系數，需要往軌面上撒砂。（8）聯接和緩沖裝置在電機車車架的前后兩端均裝有聯接和緩沖裝置（見圖4-3），聯接裝置的作用是連接礦車并傳遞牽引力，緩沖裝置的作用上緩和電機車所受的沖擊和震動。4.2.1礦用電機車的機械設備

2023/2/5212023/2/5224.2.2礦用電機車的電氣設備

目前，我國生產的電機車的牽引電動機都是直流串激電動機，因為它能較好地適應礦山井下的工作條件。與其他激磁方式的直流電動機比較，直流串激電動機用作牽引電動機，在經濟上和技術上都具有較好的特性。4.2.2.1牽引電動機2023/2/5234.2.2.1牽引電動機（1）串激電動機電動機優點串激電動機具有較大的啟動力矩和過載能力，它能以不大的電流產生較大的啟動轉矩，故在要求相同的啟動轉矩條件下，要求的牽引電動機容量就可以小些。串激電動機的轉矩和旋轉速度能隨列車運行阻力及行駛條件自動地進行調節。當架線電壓變化時，直流串激電動機轉速隨電壓變動，而牽引力不變，電機車仍能起動。兩臺串激電動機并聯工作時，負荷分配比較均勻。串激電動機構造簡單，體積和重量較小。2023/2/524（2）串激電動機電動機缺點直流電動機轉子上有線圈和換向銅頭、碳刷等，故障率高，維修費用大；直流調速器由凸輪控制觸頭的通與斷，斷開時產生的電弧經常燒蝕觸頭，維修量大；直流調速器帶電阻器運行，電能白白消耗在電阻上，同時，電阻發熱還會導致電阻片燒壞。調速性能較差；為有級分檔調整，不能均勻調速。爬坡能力不如變頻電機車；機車傳動維修量大。直流電阻調整電機車，由于電阻調速沒有緩沖時間，尤其是突然加速時，很容易造成齒輪的沖擊損壞；閘瓦使用壽命短。4.2.2.1牽引電動機2023/2/525直流串激電動機的適用范圍：海拔不超過1200m；在遮蔭處空氣最高溫度不超過40℃；最低空氣溫度不低于-25℃；最濕月的月平均最大相對濕度不大于90%。

隨著電力電子技術的發展，交流變頻技術已經應用于架線電機車上，以下是直流電阻調速電機車和交流變頻調速電機車的技術性能比較。4.2.2.1牽引電動機2023/2/526序號項目直流電阻調速電機車交流變頻調速電機車1電動機可靠性直流電動機轉子上有線圈易磨損的換向銅頭、碳刷等，故障率高，維修費用大；三向異步交流電動機轉子上沒有線圈，是由硅鋼片壓制成的鐵滾子，幾乎不會損壞。2調速器維修量直流調速器由凸輪控制觸頭的通與斷，斷開時產生的電弧經常燒蝕觸頭，維修量很大；變頻調速器沒有觸頭、接點，基本無維修。3節能性直流調速器帶電阻器運行，電能白白消耗在電阻上，同時，電阻發熱還會導致電阻瓷架和電阻片燒壞。不用高耗能降壓電阻，節能率可達35%，如果一個獨立供電系統全部采用變頻調速電機車，電機車可設置成慣性饋電功能，可利用重車下坡時電機車發出的電能回饋到直流架線上，供給此時正在空車上坡運行的電機車電能，這樣節電率＞60%。4調速性能(1)分檔調速，不可能均勻調速，低速行駛時，司機需不停地在1檔和0檔之間轉換。(2)調速器只能加速，不能減速，減速是靠電制動或手制動實現。(3)直流電動機的轉速隨負載變化，下坡運行時機車很快，易發生事故。(4)不允許司機突然加速，否則損失電動機和調速器。(1)無級均勻調速，頻率最低可調至0.1HZ。(2)為全速度段控制方式，速度不僅可以調高，還可以調低，車速的快慢與停車完全由調速手把控制。(3)可設定電機車最高車速限制，一旦車速設定，下坡行駛時，機車不會超過設定的車速，避免司機開飛車造成事故。(4)允許司機在零速啟動時突然加速到最大值，因變頻調速器的頻率上升時間為5s，即使司機違反操作規程突然加速，機車仍需5s時間才能到達最大值。5牽引力15.4kN(10t電機車)可達22kN，10t電機車可達到和超過12t電機車的牽引力。2023/2/527序號項目直流電阻調速電機車交流變頻調速電機車6爬坡能力只能在＜11‰的坡道上行駛，由于沒有零速制動功能，上坡停車時，機車會向下坡方向溜車，此時用手制動來不及。可以在60‰的大坡道上行駛，并可以在上坡時僅用零速制動功能就能將機車制動在60‰的大坡道上，并還可以再啟動把重車組拉上來。7機車維修量(1)由于電阻調速沒有緩沖時間，突然加速時容易造成齒輪的沖擊損壞。(2)閘瓦使用壽命短，一般1個月需更換。(1)由于變頻調速器上升速度是緩慢上升的，避免了齒輪之間沖擊，延長了齒輪的壽命。(2)變頻調速電機車是全速度段控制，加速和減速全由調速手柄控制，減速時不用閘瓦制動，閘瓦基本不磨損。8經濟效益該電阻調速機車是100年前英國人設計的，耗電多，維修量大，維修費用高(1)變頻調速器節電率為35%，按10t電機車2臺24kW，電動機每天運行18h，日節電302.4kW，按0.65元/kWh，日節電費196.56元，年節電費64864.8元。(2)由于交流電動機轉子不損壞，調速器不用更換觸頭、導電板、凸輪、基本不維修，閘瓦片基本不磨損，不用更換，每年節約材料費、工時費可達1萬元，（僅修1臺直流電動機需5000元）(3)如整個供電系統全部采用變頻調速電機車，電機車設置向直流架線饋電功能節電率按保守的50%計算，每年節電費可達102492元，9價格比較14.5萬元（10t電機車）20.5萬元2023/2/528（3）電氣制動礦用電機車除采用機械（閘瓦）制動之外，還采用電氣制動。礦用電機車應用最多的電氣制動是動力制動，也稱能耗制動。其原理是根據牽引電動機在一定工作條件下可以轉變為發電機運轉的可逆性。當牽引電動機轉變為發電機工作時，利用列車的動能轉變為電能。這時，電流將轉變為相反的方向，使電動機軸上產生制動力。動力制動的優點是不從電網吸取電能，線路比較簡單，同時產生的機械沖擊也不大。其缺點是制動過程電動機中有電流通過，因此電機繞組的溫度要增高。此外，采用動力制動不能達到完全停車，還需使用閘瓦制動。4.2.2.1牽引電動機2023/2/5294.2.2.2控制器控制器的用途是：使牽引電動機與電源接通或斷開；在電動機電路中加入或撤出電阻；改變電動機的旋轉方向；在兩臺電動機的情況下，實現兩臺電動機的串聯或并聯運轉。礦用電機車的控制器上裝有一個換向軸和一個主軸。換向軸用以改變電動機的旋轉方向，它有向前、停止、向后三個位置。主軸用以控制電動機的起動、調速和能耗制動。主軸和換向軸之間有閉鎖裝置，其作用是：當主軸在零位時，才能轉動換向軸，以確保電動機在斷電時換向；換向軸在停止位置時，主軸不能轉動，以確保司機正確選擇開車方向，避免事故。4.2.2礦用電機車的電氣設備2023/2/5304.2.2.3受電器受電器（集電弓）是架線式電機車從架線上取得電能的裝置。礦用電機車的受電器有沿架線滾動的滾動輪受電器和沿架線滑動的受電器兩種。一般采用滑動的雙弓受電器，其主要優點是：可以減少架線與受電器之間發生火花。因為一個集電弓離開架線時，電流可以從另一個集電弓流過。滑動受電器的缺點是架線及受電器均受嚴重磨損。4.2.2.5變阻器變阻器是牽引電動機啟動、調速和能耗制動的必要設備。變阻器的每個部分是由單獨的電阻元件集合而成。變阻器置于電阻室中。4.2.2礦用電機車的電氣設備2023/2/5314.2.2礦用電機車的電氣設備4.2.2.5保護和照明裝置自動開關是過流保護設備，它安裝在電機車的受電器和控制器之間。當使用電流過大時，自動開關動作，從而切斷動力電路、防止電氣設備因電流過大而損壞。此外，還在電機車上裝有管形熔斷器。架線式電機車上的照明燈由架線供電，但須在照明電路上安裝降壓電阻，將電壓降為照明燈電壓110V。2023/2/5322023/2/5334.3列車運行理論列車運行理論是研究作用于列車上的各種力與其運動狀態的關系以及機車牽引力和制動力的產生等問題。作用于列車上的各種力與其運動狀態的關系用列車運行基本方程式來表示。列車的運行有三種狀態：（1）牽引狀態。列車在電動機產生的牽引力作用下，加速啟動或克服列車運行阻力勻速運行；（2）慣性狀態。牽引電動機電源被切斷，這時列車靠慣性運行，用它貯備的動能克服運行阻力，一般這種狀態為減速運行；（3）制動狀態。牽引電動機電源被切斷后，列車在電機車制動閘瓦或牽引電動機產生的制動力矩作用下，減速運行或停車。4.3.1列車運行的基本方程式2023/2/5344.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式列車在牽引狀態下加速運行時，沿運動方向作用于列車上的力有電機車牽引電動機產生的牽引力F、列車運行的靜阻力Fj和慣性阻力Fa。根據力的平衡原理，這三個力在列車運行的任何瞬間都是平衡的，即列車在牽引狀態下力的平衡方程式為：

（1）靜阻力列車運行的靜阻力包括基本阻力、坡道阻力、彎道阻力、道岔阻力及空氣阻力等。對于礦用電機車，由于運行速度低，后三者都不予考慮。只考慮基本阻力和坡道阻力。（4-1）2023/2/5354.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式①基本阻力基本阻力是指輪對的軸頸與軸承之間的摩擦阻力、車輪在軌道上的滾動摩擦阻力、輪緣與軌道之間的滑動摩擦阻力以及列車在軌道上運行時的沖擊震動所引起的附加阻力等。通常基本阻力是通過試驗來確定的。見表4-1。基本阻力可按下式計算：(4-2)式中F0—基本阻力；P—

電機車質量；Q—礦車組質量；ω—列車運行阻力系數。2023/2/536表4-1礦車的基本阻力系數

容積（m3）單個礦車組成列車重車空車重車空車0.50.0070.0090.0090.0110.7~1.00.0060.0080.0080.0101.2~1.50.0050.0070.0070.00920.00450.0060.0060.00740.0040.0050.0050.006100.00350.0040.0040.0054.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式2023/2/537②坡道阻力坡道阻力是列車在坡道上運行時，由于列車重力沿坡道傾斜方向的分力而引起的阻力。很明顯，只有當列車上坡時此分力才成為阻力；而下坡時，此分力則變成列車運行的主動力。設β為坡道的傾角，則坡道阻力為：（4-3）在計算時，如列車為上坡運行，上式右端取“+”號，如列車為下坡運行，則取“-”號。一般情況下，電機車運行軌道的傾角都很小，因此可以認為sinβ=tanβ，而tanβ=i，為軌道坡度。則式（4-3）可簡化為：（4-4）4.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式2023/2/538②坡道阻力

一般情況下，電機車運行軌道的傾角都很小，因此可以認為sinβ=tanβ，而tanβ=i，為軌道坡度。則式（4-3）可簡化為：（4-4）4.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式列車運行的靜阻力應為基本阻力和坡道阻力之和，即：（4-5）2023/2/539（2）慣性阻力列車在做平移運動的同時，還有電動機的電樞、齒輪以及對等部件的旋轉運動。為了考慮旋轉運動對慣性阻力的影響，用慣性系數來表達平移運動的慣性阻力。因此，慣性阻力可用下式表示：（4-6）式中m—電機車和礦車組的全部質量，m=1000(P+Q),kg；

γ—慣性系數，礦用電機車為0.05~0.1；平均取0.075；

a—列車加速度，礦用電機車一般取0.03~0.05m/s2。

則：（4-7）4.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式2023/2/540將式（4-5）和式（4-7）代入式（4-1），得到牽引電動機所必須提供的牽引力為：（4-8）上式就是列車在牽引狀態下的運行基本方程式。利用這個方程式可求出在一定條件下電機車所必須提供的牽引力，或者根據電機車的牽引力求出列車能牽引的礦車數。4.3.1.1牽引狀態下列車運行基本方程式2023/2/5414.3.1.2慣性狀態下列車運行方程式在慣性狀態下，電機車牽引電動機斷電，牽引力為零，列車依靠斷電前所具有的動能或慣性繼續運行。在這種情況下，列車除了受到靜阻力Fj以外，還受到由于減速度所產生的慣性阻力Fa。Fa與列車運行方向相同，正是Fa使列車繼續運行。慣性狀態下列車力的平衡方程式為：（4-9）即：2023/2/5424.3.1.2慣性狀態下列車運行方程式（4-10）上坡運行時取“+”號，下坡時取“-”號。由此可見，當列車運行阻力系數為一定時，慣性狀態的減速度取決于軌道坡度的大小和上下坡。上坡時減速度始終保持正值，直到停車為止。下坡時，如i＜ω，則為正值即仍為減速運行，直到停車，如i＞ω，則變為負值，此時不再是減速而是加速運行了。可見，慣性狀態是很不可靠的，操作時應予以特別注意。計算可得：2023/2/5434.3.1.3制動狀態下列車運行方程式在制動狀態下，牽引電動機斷電，牽引力等于零，并利用機械或電氣制動裝置施加一個制動力B。這個制動力與列車運行方向相反，在力的平衡方程式中應為負值，與基本阻力的性質和方向一致。在制動力和靜阻力作用下，列車必定產生減速度。此時，慣性阻力Fa卻與運行方向一致，即為正值。則制動狀態下力的平衡方程式為：(4-11)即：(4-12)且：式中

Fa——減速時的慣性阻力；b——制動時的減速度。2023/2/544將式（4-5）及式（4-11）代入式（4-12），得到制動狀態下列車運行方程式為：(4-13)利用式（4-13）可以求出在一定條件下制動裝置必須產生的制動力；或者已知制動力，可求出減速度及制動距離。4.3.1.3制動狀態下列車運行方程式2023/2/5454.3.2電機車的牽引力圖4-8電機車牽引狀態主動輪受力分析主動輪對得到一個轉矩M以后，軌面對接觸點o產生了一個摩擦反力F0，它的方向與列車運行方向相同。正是這個摩擦反力F0克服了列車的運行阻力Fc而使列車向前做平移運行。對于電機車來說，Fc是牽引列車向前運行的外力，稱為牽引力或輪緣牽引力。2023/2/546無論是電動機的輸出轉矩，還是粘著力都不能無限制地增大。電動機輸出的牽引力（由轉矩轉換成的輪緣牽引力）受到電動機溫升條件的限制。至于粘著力，它本質上是摩擦力，受到摩擦條件或者叫做粘著條件的限制。單個主動輪對能夠產生的最大輪緣牽引力為(4-14)式中：P0——電機車的粘著質量，即電機車總質量作用在該主動輪對上的那一部分質量；ψ——電機車的粘著系數。見表4-2。4.3.2電機車的牽引力2023/2/547為了使主動輪對的輪緣同軌面的接觸點在軌面不發生相對滑動，該主動輪對產生的輪緣牽引力F0應滿足：這就是單個輪對的粘著條件。整臺電機車的粘著條件是:(4-15)(4-16)式中F為電機車為克服列車運行阻力所必須提供的牽引力。表4-2電機車的粘著系數工作狀況啟動時撒砂啟動時運行時制動時ψ值

0.20.250.150.17~0.204.3.2電機車的牽引力2023/2/5484.3.3電機車的制動力列車的制動力是使運行著的列車減速或停車的一種人為阻力。在井下電機車運輸中，一般只是機車有制動裝置，礦車沒有制動裝置，故列車的制動力只按機車的制動情況來考慮。機械制動（閘瓦制動）力是由閘瓦施加在輪面上的壓力而產生的。制動運行時，作用在機車上的力有慣性動力、靜阻力和制動力。圖4-9電機車的制動力2023/2/549在T0的作用下，車輪受到一個逆時針方向的轉矩。在這一轉矩作用下，車輪輪緣上同軌面的接觸點o有沿軌面向前滑動的趨勢。因而軌面對輪緣將產生一個切向靜摩擦力B0，它的方向與車輪旋轉方向相同。由此可見，B0就是電機車一個制動輪所產生的制動力。在B0和靜阻力Fj的作用下，輪對即列車減速運行，減速度為b，慣性動力是Fa。Bo、Fj及Fa三個力正好平衡。當T0增大時B0相應地增大，因而減速度也增加，使列車能較快地制動住。圖4-9電機車的制動力4.3.3電機車的制動力2023/2/550制動力B0受粘著條件的限制。整臺電機車能夠產生的最大制動力為：

Pz——整臺電機車的制動質量，對于全部輪對均裝有制動閘的電機車，此質量即為電機車總質量；ψ——制動狀態下電機車的粘著系數。如果閘瓦的壓力N1繼續增加，以致使整個電機車的制動力超過Bmax的數值，即車輪被抱死不能滾動，而列車由于慣性的作用不能立即停止，被抱死的車輪就必然在鋼軌上向前滑動。這種現象是不允許的。因為這種現象不僅使輪面產生不均勻的磨損，而且制動力約減少一半，制動減速度大大降低，制動距離卻增大了。因為車輪對鋼軌的動摩擦系數比粘著系數小。因此，閘瓦壓力不能過大，合理的閘瓦壓力應使制動力為：（4-18）4.3.3電機車的制動力（4-17）2023/2/551ABS簡介“ABS”（Anti-lockedBrakingSystem）中文譯為“防抱死剎車系統”.它是一種具有防滑、防鎖死等優點的汽車安全控制系統。ABS是常規剎車裝置基礎上的改進型技術，可分機械式和電子式兩種。“自動防抱死剎車”的原理：在遭遇緊急情況時，未安裝ABS系統的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發生側滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況！而裝有ABS系統的車輛在車輪即將達到抱死臨界點時，剎車在一秒內可作用60至120次，相當于不停地剎車、放松，即相似于機械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向失控與車輪側滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達到90％以上。2023/2/552世界上第一臺防抱死制動系統ABS(Ant-ilockBrakeSystem)，在1950年問世，首先被應用在航空領域的飛機上，1968年開始研究在汽車上應用。70年代，由于歐美七國生產的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了ABS在汽車上的應用。1980年后，電腦控制的ABS逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴大。1993年，美國在轎車上安裝ABS已達46%，現今在世界各國生產的轎車中有近85%的轎車應用ABS。ABS簡介2023/2/553如果閘瓦最大總壓力為Nmax，總摩擦力為Tmax，對于整臺電機車來說，有：（4-19）4.3.3電機車的制動力對整臺電機車來說，有：（4-20）把式（4-16）及式（4-19）代入式（4-20），可求得：（4-21）（4-22）或：式中，δ為閘壓系數。考慮到對于鑄鐵閘瓦，φ≤0.18~0.20，ψ=0.13~0.17，故δ=0.72~0.94，為了保證車輪不被抱死，δ不應超過0.9。2023/2/5544.4電機車運輸計算4.4.1電機車的選擇選擇電機車時應考慮運輸量，采礦方法，裝礦點的集中與分散情況，運輸距離和車型的特殊要求等因素。電機車噸位的選擇見第1章表1-2若裝礦點較分散、溜井貯量小時，應選用多臺小噸位電機車；若裝礦點集中、貯礦量大和運距較長時，應選用較大噸位電機車。因階段運輸量和供礦條件不同，必要時可選兩種型號電機車。當采用雙機牽引時，應為兩臺同型號電機車。專為掘進中段用時應選小噸位電機車。在運距長、運量大的平巷，選用大噸位電機車運輸的同時，還應考慮運輸人員、材料和線路維修等需要，配備小噸位電機車。電機車運輸計算的主要內容是：確定電機車牽引的礦車數；計算需要的電機車臺數。2023/2/5554.4.2原始資料電機車運輸計算所需要的原始資料是：設計班產量；運輸距離；線路平面圖和縱斷面圖（井下線路平面及縱斷面比較簡單時，只要知道裝車站位置，線路平均坡度，最大坡度即可）；擬采用的電機車及礦車規格性能；每班需運人員、材料、設備等的列車數。設計班產量：設計班產量是按班平均生產率Ab（t/班）乘以運輸不均衡系數C來確定即：（4-23）運輸不均衡系數主要決定于礦井產量的不均衡或出礦量的不均衡，同時還與裝車方式、供礦條件、采礦方法等有很大關系。對于厚礦體，有大量存礦的，C取1.2~1.25；小礦山，班產量不大，無貯礦量的，C取1.3。

電機車的運輸能力應大于或等于設計班產量，以保證按時完成運輸任務。2023/2/5564.4.2原始資料運輸距離：當電機車運輸同時服務于兩個或更多個裝車站時，其運輸距離應按加權平均運輸距離計算。加權平均運輸距離由下式計算：（4-24）在選定電機車及礦車型號以后，便可以根據運輸條件來確定電機車牽引的礦車數，即電機車的牽引重量。電機車的牽引重量計算按三個條件來進行，這三個條件分別是：電機車的啟動條件；牽引電動機的允許溫升條件及列車的制動條件。按這三個條件計算的結果取其中的最小值來計算電機車的牽引重量。2023/2/5574.4.3

確定電機車牽引的礦車數（1）按電機車的啟動條件計算牽引重量按電機車的啟動條件計算牽引重量時，必須考慮到井下運輸過程中最困難的情況，即電機車可能牽引重車組沿上坡啟動。一般來說井下運輸的重列車都是下坡的，但是在某些意外情況下（如巷道或軌道發生故障時）重列車需要沿上坡啟動。由牽引狀態下列車運行基本方程式：(4-25)2023/2/558為了保證電機車啟動時車輪不滑動，電機車的牽引力不應超過最大粘著力為：(4-26)(4-27)可得，重列車沿上坡啟動時，電機車應給出的牽引力為：2023/2/559即電機車的牽引重量為：(4-28)——重列車啟動時的阻力系數；Pn——電機車的粘著質量；——電機車啟動時的加速度，一般取0.03~0.05m/s2。Ψ——電機車啟動時的粘著系數。2023/2/560（2）按牽引電動機的溫升條件計算牽引重量按電動機的溫升條件，實質上就是按照電動機的等值電流不超過長時電流的條件。直流串激電動機由于磁飽和的關系，正常工作時牽引力和電流是成正比的，即其比例關系是一條直線，只是在低負荷時才成拋物線狀。因此，可以按等值牽引力不超過長時牽引力的條件確定牽引重量。與等值電流的計算方法一樣，等值牽引力也可以用均方根法來求得：式中：

Fd——電機車的等值牽引力，N；Fz——電機車牽引重車時的牽引力，N；

Fk——電機車牽引空車時的牽引力，N；tz——重列車的運行時間，min；

tk——空列車的運行時間，min；Ty——列車總的運行時間，Ty=tz+tk，min；

θ——停車及調車時間，包括在車場調車、裝卸車作業、讓車和意外耽誤時間等，一般取20~25min；

α——調車系數，即考慮調車時牽引電動機工作的系數，其大小與運輸距離有關。運距小于1000m時取1.4；運距為1000~2000m時取1.25；運距大于2000m時取1.15。2023/2/561為了使計算進一步簡化，假定列車是在理想的等阻坡度上運行。（4-29）而：（4-30）由式（4-22）、（4-23）得：（4-31）為了使牽引電動機溫升不超過允許溫升，電機車的等值牽引力Fd應小于長時牽引力Fch，即：（4-32）將式（4-26）代入式（4-25）中，即得按牽引電動機溫升條件計算的牽引重量為：（4-33）等速運行時列車運行時間可用下式計算：式中：L——加權平均運輸距離，km；

vp——列車平均運行速度，vp=0.75vch，m/s；vch為電機車的長時運行速度，m/s。2023/2/563（3）按制動條件計算牽引重量按制動條件確定電機車的牽引重量時，必須按最不利情況即下坡制動來計算。設列車開始制動時的速度等于電機車的長時速度vch，則制動時的減速度為：（4-34）電機車牽引重車組沿直線軌道下坡制動時所必須的制動力：（4-35）而：得：按制動條件計算機車牽引重量的公式：（4-36）2023/2/564按上述三個條件分別計算牽引重量以后，應取三者中的最小值來計算車組中的礦車數。車組中的礦車數可由下式求得：（說明：在多數情況下，按制動條件求得的電機車牽引重量小于按其他兩個條件求得的值，在這種情況下，為了不因減少牽引重量而使每列車中礦車數過少，可以采用這樣的辦法：在重列車下坡時兩臺牽引電動機由并聯改為串聯運行，使牽引電動機電壓降低一半以降低運行速度；或者每隔一定時間切斷電源，以改善制動條件。）（4-37）2023/2/5654.4.4電機車牽引礦車數的驗算按上述方法確定了電機車牽引重量后，還要驗算實際的電動機的溫升和列車制動距離。即在平均坡度上且在最長距離運行時，驗算其等值電流是否超過長時電流。并且按實際運行速度和實際所得到的減速度驗算制動距離是否符合安全規定。（1）驗算實際電動機溫升按在平均坡度ip及最長運輸距離Lmax來驗算。首先計算出牽引重列車和空列車達到全速穩態時電機車的牽引力：每臺牽引電動機的牽引力：2023/2/566根據和查牽引電動機的特性曲線（圖4-10或圖4-11）可得重列車運行時的電動機電流Iz(A)及速度vz(m/s)、重列車平均運行速度vzp=0.75vz(m/s)；空列車運行時的電動機電流Ik(A)及速度vk(m/s)、空列車平均運行速度vkp=0.75vk(m/s)。重列車及空列車以其平均運行速度在最長運輸距離上的運行時間為：4.4.4電機車牽引礦車數的驗算2023/2/567一個運輸循環的牽引電動機的等值電流值：（4-38）如果電動機的等值電流值不超過它的長時電流值，即Id≤Ich，則電動機的等值電流不會發熱到超過它的允許溫升，故符合要求。如果Id＞Ich，則需減少車組中的礦車數，并重新進行計算，直到等值電流不超過長時電流為止。4.4.4電機車牽引礦車數的驗算2023/2/568（2）驗算制動距離按重列車長時運行速度vch及最大制動減速度驗算制動距離。重列車下坡制動時，電機車的制動力為：而電機車按粘著條件能夠給出的最大制動力為：令B=Bmax，則可求得制動時的減速度為：4.4.4電機車牽引礦車數的驗算2023/2/569故，機車實際制動距離為：（4-39）制動距離不能超過40m，若超過40m，可采用限制列車速度或減少列車牽引的礦車數等措施來解決。而：4.4.4電機車牽引礦車數的驗算2023/2/5704.4.5電機車臺數的確定礦井（或某階段）所需電機車臺數與礦井生產時期有關。是供電設備選擇及供電網絡建設的依據。（1）列車往返一次所需要的時間（4-40）

θ——列車往返一次的調車和休止時間，min。2023/2/571（2）一臺電機車在一個班內可能往返的次數（4-41）tb——電機車每班工作小時數，取6~6.5h。次（3）電機車完成每班運輸量需要的往返次數（4-42）次

Ab——礦井每班運輸量，t/班；

C——運輸不均衡系數，C=1.2~1.3；

G——礦車的有效載重，t。4.4.5電機車臺數的確定2023/2/572（5）需要的工作電機車臺數臺（6）需要的電機車總數為臺（4）每班運輸廢石、人員、材料設備等所需的往返次數m2,可按各個礦山具體情況決定。4.4.5電機車臺數的確定2023/2/5734.5電機車的使用在駕駛電機車過程中，司機必須嚴格遵守操作規程，熟悉運行線路。列車進入曲線半徑小的彎道前必須切斷電源，進入彎道后才能重新接通。必須在切斷電源之后才能制動，制動時應使制動力平穩增加但又不能將車輪抱死。砂箱中必須經常有足夠的小粒干沙，在發現車輪打滑時，司機應及時向軌面撒砂。在電機車工作過程中，司機應注意軸箱是否過熱，如果軸箱溫度超過60℃時，必須停止運行。當發現電機車有嚴重故障而又處理不了時，司機應立即把機車開回車庫檢修。2023/2/5744.5.1提高電機車運輸能力的主要措施（1）推廣“遠程多拉快跑，近程少拉勤跑”的經驗遠程多拉快跑可提高電機車的利用率；近程少拉勤跑可提高礦車的周轉率。如裝車速度很快，則首先考慮多拉快跑。（2）提高行車速度為了提高行車速度，應設法減少線路電壓降；加強軌路維修使之符合技術要求；適當調整線路坡度，盡量避免線路的過多起伏。（3）采用先進的信號、集中、閉鎖裝置。（4）加強調度工作的計劃性，提高調度員的業務能力。（5）嚴格遵守操作規程，加強電機車的維修工作，保證電機車經常處于良好運行狀態。（6）做好礦車的清底工作和礦車的維修工作。2023/2/5754.5.2電機車的維修電機車的維修包括日常維護和計劃檢修。日常維護是每天或每班對電機車按規定內容進行檢查、調整、潤滑、清洗、處理小故障。計劃檢修是根據電機車各零、部件的磨損周期和壽命及生產實際情況，制定出小修、中修和大修的周期和內容，按計劃進行檢修。電機車的小修一般每隔1～1.5個月進行一次，中修每隔6個月（三班工作制）或9個月（兩班工作制）進行一次，大修是每隔2年（三班工作制）或3年（兩班工作制）進行一次。計劃檢修時，一般對電機車的部件或整機進行部分或全部解體檢查、調整、清洗，更換已到使用壽命的易損件，處理故障和隱患。大、中修后的電機車，須經巷道內的試運行才能投入生產運行。礦山設計主要工作：地質工程采礦礦山機械總圖運輸給排水、電力與節能、土建、環境保護、安全、投資概算等2023/2/576實例分析與計算某礦主要運輸水平有三個裝車站，裝車站每班出礦量各為：A1=3430kN，A2=1960kN，A3=1470kN；裝車站到卸礦點距離各為：L1=2000m，L2=2500m，L3=3000m。每班運輸廢石、人員、材料設備等所需循環次數m2=4次。線路平均坡度為i=3.0‰。現假設裝、卸車及調車時間為20min；列車不在彎道啟動；班工作時間為6.5h。2023/2/577實例分析與計算

2023/2/578實例分析與計算

2023/2/579實例分析與計算

2023/2/580實例分析與計算2023/2/581實例分析與計算故：2023/2/582實例分析與計算

2023/2/583實例分析與計算

2023/2/584實例分析與計算

2023/2/585實例分析與計算（4）驗算實際電動機溫升

故，每臺牽引電動機的牽引力：2023/2/586實例分析與計算（4）驗算實際電動機溫升。

由電動機特性曲線查得重、空列車運行時的電動機電流、速度并計算平均運行速度為：

2023/2/587實例分析與計算（4）驗算實際電動機溫升。

重、空列車以其平均運行速度在最長的運輸距離上的運行時間為：

2023/2/588實例分析與計算一個運輸循環的牽引電動機的等值電流值：

查表得牽引電動機的長時電流Ich=34A。因Id<Ich，所以電動機的等值電流不會超過它的溫升，即可行。2023/2/589實例分析與計算

2023/2/590實例分析與計算（二）確定電機車臺數（1）計算電機車加權平均運算距離（2）計算列車往返一次所需要的時間2023/2/591實例分析與計算（3）一臺電機車在一個班內可能的往返次數（4）電機車完成每班運輸量需要的往返次數2023/2/592實例分析與計算（5）需要的電機車工作臺數（6）電機車總臺數課后作業2023/2/593

課后作業一、計算資料（1）運輸距離

空車平均運距為0.82km，重車運距為0.82km。（2）運輸線路平均坡度：i=3.0‰，重車下坡運行，空車上坡運行。（3）年工作制度：

300d/a，每天2班，每班8小時；蓄電池式電機車按每日兩班生產，每班有效工作時間6h。2023/2/594課后作業（4）礦車：

選用0.7m3翻斗式礦車。容積0.7m3，載重1.75t，自重0.71t，長×寬×高=1650×980×1200（mm），軌距600mm。最大牽引力59kN，卸載角度40°，聯接器形式：單環鏈。牽引高度320mm。2023/2/595課后作業二、電機車選型

選用蓄電池式工礦電機車XK2.5-6/48型，整備重量2.5t，軌距600mm，小時制牽引力2.55kN，速度4.51km/h，最大牽引力6.13kN，直流電壓48V，牽引電機功率（kW）×臺數：3.5×1，總長2330mm，車架寬914mm，軌面距頂棚高1550mm，牽引高320mm。軸距650mm，輪徑φ460mm，最小曲線半徑5m。2023/2/596露天礦鐵路運輸學習重點：一、露天礦鐵路運輸的特點和適用條件二、運輸線路分類及其技術等級三、鐵路車站基本概念四、鐵路信號設備2023/2/597一、露天礦鐵路運輸的特點和適用條件鐵路運輸是露天開采主要運輸方式之一，尤其在場外遠距離、大運量的物料輸送，軌道運輸仍然是重要的運輸方式。1、主要優點（1）運輸能力達（2）節能環保（3）成本低（4）堅固可靠（5）能和國有鐵路直接辦理行車業務2023/2/5982、主要缺點（1）投資大，建設速度慢、周期長（2）爬坡能力小（3）對線路坡度、平曲線半徑要求較高、靈活性差（4）線路系統和運輸組織工作復雜（5）線路工程和輔助工作量大，露天開采的年下降速度比其它運輸方式低2023/2/599一、露天礦鐵路運輸的特點和適用條件3、適用條件鐵路運輸適用于儲量大、面積廣、運距長（超過5~6km）的露天礦和礦山專用線路。4、發展趨勢（1）采用粘著質量150t電機車和100~200t自翻車；（2）采用超過一萬伏的交流電機車；（3）線路工程全面機械化，實現遙控和運輸系統自動化。2023/2/5100一、露天礦鐵路運輸的特點和適用條件二、線路分類及其技術等級1、鐵路運輸基本設備

鐵路運輸設備是鐵路完成運輸任務的物質基礎，主要包括：（1）鐵路線路及站場：是鐵路運行的基礎和辦理客貨運輸的基地。（2）機車及各種類型的車輛：機車和車輛編組構成列車。（3）鐵路信號及通信設備：鐵路運輸的耳目。2023/2/5101二、線路分類及其技術等級2、露天礦鐵路線路的分類采礦作業位置隨工程和時間的推移而不斷變化，采掘線、排土場翻車線經常移動，占露天礦線路總量的40-50%。

固定線路---露天礦運輸干線、站線、非工作幫上的干線，輔助企業（機修廠等等）專用線及聯絡線。

半固定線路---采場移動干線（包括站線），平盤聯絡線路。使用年限三年，按固定線路考慮。

移動線路---工作面采掘線及排土場翻車線。2023/2/5102二、線路分類及其技術等級3、露天礦鐵路線路分級分級依據：運量、行駛機車車輛類型及運行速度。在線路設計中，露天礦線路等級的劃分以設計最大通過運量和列車次數作為主要依據。僅對固定線路和半固定線路進行分級。移動線路不分級。2023/2/5103二、線路分類及其技術等級3、露天礦鐵路線路分級2023/2/5104等級指標準軌窄軌900762600I年運量（萬噸/年）通過列車對數（次/晝夜）＞800＞100＞150100-150II年運量（萬噸/年）通過列車對數（次/晝夜）400-80050-100150-10050-10030-50III年運量（萬噸/年）通過列車對數（次/晝夜）＜400＜50＜100＜50＜30三、鐵路車站基本概念1、車站（配線）車站：露天礦車站按用途分為礦山站、排土站、破碎站、工業場地站等。車站線路分為正線、站線與特別用途線。（1）正線：連接并貫穿車站的線路；（2）站線到發線：除正線外，另行指定列車到達或出發的線路；調車線：列車編組解體所用的線路；牽出線：調車作業中，為不妨礙發車而設的線路；裝卸線：為辦理裝卸貨載而設的線路；（3）特別用途線：安全線、避難線等。2023/2/5105三、鐵路車站基本概念2、車站股道、道岔的編號（1）行車方向的規定：以列車去采礦場為上行，離開采礦場為下行（2）正線和站線的編號：正線為單線時：由靠近站房的股道為起點，順序編號，正線用羅馬數字，站線用阿拉伯數字正線為復線時：從正線起順序編號，上行為偶數，下行為奇數。（3）道岔編號：用阿拉伯數字編號，以站房中心來分，上行一端用偶數，下行一端用奇數。

2023/2/51062、車站股道、道岔的編號三、鐵路車站基本概念2023/2/5107車站示意圖上行方向712III456站坪13759211846103、分界點與區間通過在鐵路上每隔一定距離設置一個車站（線路所或通過色燈信號機），把每一條鐵路線劃分成若干個長度不同的段落，每一段落稱為區間。車站就成為相鄰區間的分界點。分界點：車站、線路所或通過色燈信號機區間：依據分界點的不同，區間也有不同的分類。三、鐵路車站基本概念2023/2/51083、分界點與區間站間區間三、鐵路車站基本概念2023/2/51093、分界點與區間所間區間三、鐵路車站基本概念2023/2/51103、分界點與區間閉塞分區三、鐵路車站基本概念2023/2/5111

鐵路信號設備是鐵路信號、聯鎖、閉塞設備的總稱，是鐵路主要技術裝備之一，其裝備水平和技術水準是鐵路現代化的重要標志。1、鐵路信號2、車站聯鎖裝置3、區間閉塞設備

鐵路信號設備的主要作用是保證列車運行和調車工作的安全，提高通過能力，增加運輸經濟效益，改善職工勞動條件，確保正確、及時地組成鐵路運輸。四、鐵路信號設備2023/2/51121、鐵路信號信號是指揮列車運行和停駛的標志，是保證安全而準確地組織行車和調車工作的重要工具。鐵路信號分為聽覺信號和視覺信號兩大類：聽覺信號：機車鳴笛等。視覺信號：信號機、機車信