井下机车运输第五节z.ppt

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 。 25 5 10 15 20 14.7 9.8 4.9 60 90 0 50100150200 I/A F/kN% v/km/h 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 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，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20m。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，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=Mj+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； 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m m=k A/ z M k运输不均衡系数，1.21.3 A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）/n n：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+N2 N2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)=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)=1