煤矿电机车司机安全培训教案.ppt

电机车司机安全培训教案 云南省圭山煤矿 教师 2 电机车司机安全培训教案 教学内容 1 井下电机车运输学时 5学时内容 1 概述2 电机车3 矿车4 矿井轨道5 电机车供电6 电机车运输信号与通讯2 电机车的结构及操作原理学时 8个学时内容 1 电机车的机械结构2 电机车的电气设备3 架线电机车的电气控制4 JZK 270 5 8型蓄电池式脉冲调速电机车3 电机车的完好标准学时 1个学时内容 1 电机车的完好标准2 矿车的完好标准4 电机车的操作与安全运行学时 5学时内容 1 煤矿安全规程 对电机车运输的有关规定2 岗位责任制 交接班制和操作规程3 电机车的维护保养及故障判断4 电机车运输事故案例分析 3 第一讲井下电机车运输 电机车运输是煤矿生产流程中的一个主要环节 担负着煤炭 矿石 材料 设备 人员等繁重的运输任务 对确保煤矿安全生产和建设有着重要的意义 井下电机车运输系统是由供电装置 电机车 矿车 轨道和通讯 信号装置组成 作为井下平巷运输的主要方式 电机车运输有下列优点 1 运输能力大 机动性能强 随着运距和运量变化可以增减机车台数 调整伸缩线路长度 改变运行技术组织 2 对巷道布置的适应性强 大巷弯曲 转折 分岔均不受影响 接轨 展线方便 3 煤和不同煤种的运输以及全部辅助运输可以统一解决 又能兼作车场调车工作 减少辅助设备 4 大巷断面可以充分利用 在高瓦斯矿井和煤 岩 与瓦斯 二氧化碳 突出的矿井可以省去专用通风大巷或缩小通风大巷断面 5 吨公里运输费用比较低 采用架线电机车的更为突出 6 设备供应条件好 品种多 有选择余地 一 概述 4 7 可代替一定容量的煤仓 虽然电机车运输有很多优点 但是也存在着一定的不足 如基本建设投资大 要铺设轨道 架空线 要设牵引变流所 架线式电机车运输容量造成不良的泄漏电流 蓄电池式电机车运输成本较高 目前我国使用的电机车 无论从吨位 还是从高科技含量上都较先进的国家有较大的差距 据了解国外主要采煤国家的电机车在向大吨位 高速度 微机控制方面发展 科技含量高的新型机车如无人驾驶电机车 双架驶室正向驾驶电机车都已在煤矿井下使用 5 1 电机车的分类窄轨电机车 以下简称电机车 是指轨距600mm 762mm和900mm的电机车 按电机车的黏着重量可分为2 5T 5T 7T 8T 10T 12T 14T 20T等 按按电压等级可分为48V 90V 110V 132V 140V 250V和550V等 按供电方式可分为架线式和蓄电池式两种 蓄电池式电机车按安全性能可分为增安型 隔爆型和防爆特殊型三种 其区别在于前两者的蓄电池为增安型 后者的蓄电池采用的特殊防爆措施 下面就对架线式电机车和蓄电池式机车作简要介绍 1 架线式电机车架线式电机车是由牵引变流所供给电源 它的适用条件为周围空气温度最高 40 最低 30 采用电子元件的电机车最低温度为 20 海拔不超过1000m 平均最大相对温度不大于90 巷道坡度一般限制在3 5 之间 局部轨道坡度不超过3 2 蓄电池式电机车蓄电池式电机车的优点是电机车自备电源 随车行走 凡是有轨道的地方都可使用 所以适应性强 机动性能好 特别适合于矿井掘进工作 因无架线牵引网路系统 供电系统简单 基本建设费用低 二 电机车 6 其缺点是由于蓄电池的容量有限 每次充电后维持工作时间有限 必须按时对蓄电池充电 另外 蓄电池有一定的使用奉命 失效后必须更换 维修复杂 维修费用高 事故多 运输效率低 2 电机车的型号电机车的型号是由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成的一组代号 表示了电机车的主要技术特征 因标注方式不统一 现就常用的电机车型号的表示方法介绍如下 7 例如 ZK10 6 250型的含义是 黏着质量为10T 轨距为600mm 额定电压为250V的架线矿用电机车 XK5 9 90KBT型的含义是 黏着质量为5T 轨距为900mm 额定电压为90V的防爆特殊型蓄电池式矿用电机车 根据煤炭行业标准MT333 93规定 机车型号主要由产品类型代号 第一特征代号 第二特征代号 主参数 补充特征代号和修改代号组成 其排列见表1 1表示方法为 8 9 例如 目前我国机车型号处在新旧型号混用时期 故本教案亦对旧型做适当介绍 10 如贵州六盘水煤矿机械厂生产的蓄电池式电机车的型号表示方法为 例如 CDXT 8型的含义时 黏着质量8T的防爆特殊型蓄电池电机车 其轨距分别有600mm 762mm 900mm三种 CDXTY 12型的含义是 黏着质量12T 带翼板能过卸载坑的防爆特殊型蓄电池式电机车 3 电机车的技术特征电机车的技术特征是其主要技术参数的集中表示 是用户选型和使用的主要参考数据 表1 2 表1 3分别为架线式电机车 蓄电池式电机车的技术特征表 11 12 13 4 电机车的适用范围因煤矿井下有瓦斯和煤尘等易燃易爆气体和粉尘 为防止电机车引起瓦斯与煤尘燃烧 爆炸 煤矿安全规程 第三百四十七条对电机车的使用有明确规定 1 低瓦斯矿井进风 全风压通风 的主要运输巷道内 可使用架线电机车 但巷道必须使用不燃性材料支护 2 在高瓦斯矿并进风 全风压通风 的主要运输巷道内 应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车 如果使用架线电机车 必须遵守下列规定 沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌暄或锚喷支护 有瓦斯涌出的掘进巷道的回风流 不得进入有架线的巷道中 采用碳素滑板或其他能减小火花的集电器 架线电机车必须装设便携式甲烷检测报警仪 3 掘进的岩石巷道中 可使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车 4 瓦斯矿井的主要回风巷和采区进 回风巷内 应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车 5 煤 岩 与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中 如果在全风压通风的主要风巷内使用机车运输 必须使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车 14 一 矿车的分类我国煤矿使用的矿车类型很多 一般可按其用途和装载量的大小分类 1 按用途分类 1 运货矿车 运送矿料 如煤炭 研石等 有固定车箱式 翻转车箱式 底卸式及侧卸式矿车等 运送器材设备有材料车 平板车等 2 乘人的矿车有平巷及斜井用人车 3 专用矿车有炸药车 水车及其他专用车 2 按装载量分类 1 装载量小于1T的为小型矿车 2 装载量1T 3T的为中型矿车 3 装载量为3T及以上的为大型矿车 二 矿车的构造矿车主要由车箱 车架 轮轴 缓冲器和连接器组成 1 车箱车箱是直接容纳矿料的部分 它是由两侧 两端和底部钢板组成 煤矿用量最大的固定式车箱多做成U形 三 矿车 15 2 车架车架是由两个特殊槽钢做成的纵梁 在它的上方安装车箱 下方安放轮轴 两端安装缓冲器和连接器 3 轮轴轮轴是矿车的行走部件 由两个车轮和一根车轴组成 在车轮和车轴中间安装了滚动轴承 为防止水和灰尘等杂物进人还加装了密封装置 使车轮转动灵活 4 缓冲器缓冲器在车架的两端 当矿车发生碰撞 它可承受和吸收冲击载荷 避免直接冲击在车箱和车架上 可以保护车箱 车架和轮轴等部件 保证矿车正常运行和延长使用寿命 5 连接器连接器是使单个矿车组成列车的连接部件 分自动式 自动挂钩 和非自动式两种 非自动式连接器构造简单 制造容易 成本低 重量轻 便于维修 已广泛在煤矿中使用 非自动式连接器由插销和连接链共同组成 连接链以单环 三环和万能式为最多 16 三 矿车的型号1 货车的型号含义 示例 2 平巷人车的型号含义 示例 17 矿井轨道是现代化煤矿轨道运输系统中的主要设施 近年来虽然有些矿井使用了带式输送机运输煤炭 但矸石 材料 设备 人员等仍需要轨道运输来解决 轨道运输机动灵活 适应性强 是煤矿生产中必不可少的运输方式之一 对加快矿井建设速度和提高矿井生产能力起着重要的作用 对轨道的基本要求是 铺轨质量好 轨道维修好 保证线路畅通 车辆安全运行 一 矿井轨道的作用 分类和构造1 矿井轨道的作用轨道的作用是把车轮的集中载荷传播 分散到地面和井下巷道的底板上 使列车沿轨道平稳 高速运行 在采用架线电机车运输时 轨道还是电流的回电导体 在使用信 集 闭的区段 还兼作轨道电路 2 矿井轨道的分类 1 按轨距分有600mm 762mm 900rnm三种 2 按使用地点可分为主要运输线路和一般运输线路两种 主要运输线路是指井下主要斜井绞车道 井底车场 主要运输大巷和运输石门的轨道 地面运煤 运矸干线和集中装车站车场的轨道 一般运输线路是指除主要运输线路以外的轨道 但不包括采煤 掘进工作面平巷轨道 四 矿井轨道 18 3 按运输量分为一级线路 二级线路 三级线路三种 一级线路是指单线重车方向年运量100 105t以上 762mm 900mm轨距的轨道 二级线路是指单线重车方向年运量50 105t 100 105t以下 762mm 900mm轨距的轨道和单线重车方向年运量30 105t以上 600mm轨距的轨道 三级线路是指单线重车方向年运量50 105t以下 762mm 900mm轨距的轨道和单线重车方向年运量30 105t以下 600mm轨距的轨道 3 矿井轨道的构造矿井轨道由下部建筑和轨道的上部建筑两部分组成 1 轨道的下部建筑主要由路基及附属设施 桥隧建筑及井下的巷道底板组成 2 轨道的上部建筑主要由道床 轨枕 钢轨 连接件 道岔和安全设备组成 二 钢轨钢轨是轨道线路主要组成部分之一 其作用是支撑并引导列车按一定方向运行 承受来自车轮的压力 冲击力和纵向惯性力 横向离心力等 并将承受的力传导给轨枕 道床和路基 为车轮的滚动提供阻力最小的表面 19 1 钢轨类型钢轨类型是以每米长的重量来表示 例如 1m长钢轨的质量为18kg 则轨型为18kg m 井下常用有15kg m 18kg m 22kg m 24kg m 30kg m 33kg m 38kg m钢轨 2 软类型的选择钢轨类型的选择 要根据运输量 矿车载重 机车的黏着质量和行车速度的因素综合考虑 一般在运输量 矿车载重和机车黏着质量大及行车速度高的线路上 应采用大轨型钢轨 矿安全规程 三百五十二条对钢轨类型选用的规定是 新建或改扩建的矿井中 对运行7t及以上机车或3t及以上矿车的轨道 应采用不低于30kg m的钢轨 在生产矿井中 原有的不低于22kg m的钢轨允许继续使用 三 煤矿安全规程 对轨道运输中安全距离的规定1 运输巷道两侧 包括管 线 电缆 与运输设备最突出部分之间的距离 应符合下列要求 新建矿井 生产矿井新掘运输巷的一侧 从巷道道碴面起1 6m的高度内 必须留有宽0 8m 综合机械化采煤矿井为1m 以上的人行道 管道吊挂高度不得低于1 8m 巷道另一侧的宽度不得小于0 3m 综合机械化采煤矿井为0 5m 20 在生产矿井已有巷道中 人行道的宽度不符合要求时 必须在巷道的一侧设置躲避铜 两个躲避铜之间的距离不得超过40m 躲避碉宽度不得小于1 2m 深度不得小于0 7m 高度不得小于1 8m 躲避铜内严禁堆积物料 在人车停车地点的巷道一侧 从巷道道碴面起1 6m的高度内 必须留有宽1m以上的人行道 管道应挂在1 8sm以上的巷道上部 2 双轨运输巷道中 包括弯道 2条铁路中心线之间的距离 必须使2列对开列车最突出部分之间的距离不得小于0 2m 在采区装载点 2列列车车体最突出部分之间的距离 不得小于0 7m 在矿车摘挂钩地点 2列车车体的最突出部分之间的距离 不得小于lm 车辆最突出部分与巷道两侧距离 必须符合本文 l 中的要求 五 电机车供电蓄电池式电机车的是由车体上部的电源装置 内装蓄电池组 经插销连接器供电的 21 架线式电机车是由牵引变流所经过牵引电网供电的 如图1 1所示 22 一 牵引变流所牵引变流所是由安装在井下机电设备铜室内的交流配电装置 变流设备 直流配电装置所组成 其任务是把交流电源变为直流电电源 向牵引电网供电 如图1 2所示 牵引变流所的位置 经过技术经济分析确定 一般设在井底车场中央变电所附近或两者隔间设置 当运输距离长 电机车数量较多时为保证牵引电网供电质量 经合理的供电半径计算后 可在运输线路的中央或其他地方增设 交流配电装置的作用是向变流设备提供保护功能齐全的交流电源 变流设备是牵引变流所的核心设备 作用是将交流电源变为直流电源 由整流变压器和硅整流元件组成 并有良好的安全保护功能 23 二 牵引电网井下牵引电网由架空接触线 简称架空线 钢轨 馈电线 回电线 分段开关 分段绝缘等组成 牵引电网的作用是供给架线式电机车的直流电源 并组成电机车电流的通路 图1 3所示的是井下牵引电网示意图 从图1 3可以看出 电机车电流由牵引变流所内的正母线出发 经过自动馈电开关1 电线2 电点4 即馈电线与架空线连接点 架空线8 至受电器到电机车牵引电动机上 然后经过车轮 钢轨5 回电线3 回至牵引变流所负母线 构成完整的牵引电网 24 牵引电网的供电电压应符合 煤矿安全规程 第三百五十五条的规定 不得超过600V 国家标准GB999 67 直流电力牵引电压系列 的规定中 对矿用直流架线电机车电压系列的规定风表1 4 表1 4矿用直流架线电机车电压系列 25 1 馈电线与回电线馈电线是牵引变流所正母线与架空线之间的连接线 回电线是牵引变流所负母线与钢轨之间的连接线 煤矿井下大多用电缆作为馈电线和回电线 一般选用额定电压1000V的铜芯或铝芯油浸纸绝缘铅包裸钢带铠装电缆 电缆导线的截面有70mm2 95mm2 120mm2 150mm2 185mm2 240mm2 应按电流的大小进行选用 2 接触线牵引电网中接触线用电车线 它是一种特制的带双沟槽的专用导线 既导电又便于架设 按材质分为铝合金电车线 钢铝电车线 铜电车线三种 我国煤矿井下多数使用铜电车线 标准截面积有65mm2 85mm2 100mm2三种 其外形如图1 4所示 26 架空线是用吊线夹和吊线器悬吊起来的 悬吊的方法有弹性悬吊和硬性悬吊两种 弹性悬吊对架空线造成有效缓冲 减少了受电器与架空线接触的摩擦力 使架空线的损耗小 得到了较广泛的应用 弹性悬吊是把吊线器和用镀锌铁线或镀锌钢绞线做成固定在巷道壁和棚腿上的横吊线相连接 单轨巷道直线横吊线和双轨巷道直线横吊线见图1 5和图1 6 27 架空线至线至轨面算起的悬挂高度应符合 煤矿安全规程 第三百五十六条的规定 1 在行人的巷道内 车场内以及人行道与运输巷道交叉的地方不小于2m 在不行人的巷道内不小于1 9m 2 在井底车场内 从井底到乘车场不得小于2 2m 3 在地面或工业场地内 不与其他道路交叉的地方不小于2 2m 为防止受电器在一点磨损而过早损坏 架空线在直线段应架设成 Z 字形 一般用8个悬挂点为一个循环 其左右偏差值为100mm 150mm 如图1 7所示 28 架空线悬挂点间距应符合 煤矿安全规程 第三百五十七条的规定 在直线段内不得超过5m 在曲线段不得超过表1 5规定值 表1 5架空线段悬挂点间距 架空线与巷道顶或棚梁之间的距离不得小于0 2m 悬挂绝缘子距电机车架空线的距离 每侧不得超过0 25m 三 轨道回流线架线电机车的行车轨道 又是回电电流的导体 因此必须减少轨道的电阻 在钢轨型号确定后 减小钢轨电阻的主要措施就是尽量降低钢轨接头处的电阻 同时为防止回电流窜入不回电的轨道和其他设施中造成危害 所以 煤矿安全规程 第三百五十四条明文规定 1 两平行钢轨之间 每隔50m要连接1根断面不小于50mm2的铜线或其他具有等效电阻的导线 29 2 线路上所有钢轨接缝处 必须用导线或采用轨缝焊接工艺加以连接 连接后每个接缝处的电阻 不得大于下列规定 15kg m钢轨0 00027 18kg m钢轨0 00024 22kg m钢轨0 00021 24kg m钢轨0 00020 30kg m钢轨0 00019 33kg m钢轨0 00018 38kg m钢轨0 00017 43kg m钢轨0 00016 3 不回电的轨道与架线电机车回电轨道之间 必须加以绝缘 第一绝缘点设在2种轨道的连接处 第二绝缘点设在不回电的轨道上 其与第一绝缘点之间的距离必须大于1列车的长度 对绝缘点须经常检查维护 保持可靠绝缘 在与架线电机车线路相联通的轨道上有钢丝绳跨越时 钢丝绳不得与轨道相接触 30 信号与通讯装置是电机车运输系统的重要组成部分 信号与通讯装置齐全可靠 是列车安全运行的必备条件 司机必须要熟悉所行驶线路的所有信号与通讯装置的作用 掌握信号与通讯装置的使用方法和要求 严格按调度命令和信号指令行车 才能保证电机车有序 高效 安全地运行 一 电机车运输信号1 电机车运输信号的种类电机车运输信号分为固定信号和移动信号两类 固定信号用灯光显示 灯光有红 黄 绿 蓝 三种 地面信号机固定在杆子上 井下信号机固定在巷道内 移动信号用旗语 鸣笛 响铃 口哨向司旗 挂钩工或行人显示 地面运输 昼间用旗语 旗语可分为红 黄 蓝三种颜色 其显示方法与标准机车基本相同 夜间用灯光显示 灯光有红 黄 绿三种颜色 2 电机车运输信号的规定 1 灯光信号 专用色灯信号 红色 停车 黄色 注意或减低速底 绿 蓝 色 按规定速度行车 六 电机车运输信号与通讯 31 机车和列车尾部红灯是防止追尾信号 司机发现时要根据距离的大小采取减速行驶或紧急制动的方法 防止事故发生 矿灯代用的临时信号 左右摆动为开车 上下摆动为停车 急速的上下摆动为紧急停车 2 声响信号 司机开车前必须先鸣笛或响铃 两列车交会时 发现行车前方有行人或车辆时 司机应鸣笛或响呤 使用电铃或口哨时 一长声为停车 二短声为向前慢行 三短声为向后慢行 二长声为向前行 三长声为向后行 需要说明的是 各矿对灯光和音响信号的使用方法的规定并不一定完全相同 所以在执行中仍要结合本单位的具体进行操作 3 煤矿安全规程 对电机车运输信号的规定及要求 1 司机必须按信号指令行事 在开车前必须发出开车信号 司机离开座位时不得关闭车灯 2 机车的灯 警铃 嗽叭 车闸 任何一项不正常 都不得使用该机车 3 列车和机车都必须前有照明 后有红灯 4 列车通过的风门 必须设有当列车通过时能够发生在风门两侧都能接收到的声光信号的装置 32 5 必须有用矿灯发送紧急停车信号的规定 6 双轨道乘车场必须设区间闭锁信号 人员上下车时 严禁其他车辆进入乘车场 7 在弯道或司机视线受阻区段 应设置列车占线闭塞信号 在新建或改扩建的大型矿井井底车场和运输大巷 应设置信号集中闭塞系统 二 矿井运输 信 集 闭 系统 信 集 闭 系统是矿井电机车运输信号 集中控制和闭塞控制系统的简称 矿井运输 信 集 闭 系统是实现井底车场 生产石门及主要运输巷道内行车指挥自动化的主要方式 通过它可以对井底车场 各生产石门及主要运输巷道进路 信号及道岔 由一个控制中心集中控制和监督 随着科学技术不断进步 运输 信 集 闭 系统从20世纪60年代至今 经历了继电器控制系统 可编程逻辑器 PLC 集中控制系统 主站 分站式的PLC控制系统 主站 分站式微机控制系统 到集散式微机监控系统的发展过程 现将微机运输监控系统简要介绍如下 33 1 KJ15系统的用途KJ15煤矿井下机车运输安全监控 生产管理系统主要用于对机车运输进行指挥调度 安全监控和生产管理 它可以改善生产条件 保证运输安全 提高运输效率 增加经济效益 是现代化矿井必不可少的工业现场计算机控制系统 KJ15系统包括了运输 信 集 闭 系统的全部功能 并在技术水平 功能及用户界面都有质的提高 KJ15系统可以根据煤矿现场需要灵活配置 以适应大 中 小型矿井运输现代化的需要 可以在有瓦斯 煤尘爆炸危险的场所使用 2 KJ15系统的功能 1 监视矿井机车运输状况 在计算机终端和图形设备上以汉字文字 模拟图和表格等形式显示各列车位置 车号 运行方向 矿车数及信号机状态 道岔位置和区段占用 闭锁等实时运行状态信息 2 调度车辆实现安全 高效运输 可以按当班调度员指定的运行计划 自动地指挥列车安全运行 也可以由调度员视列车运行情况随时分区段和进路调度车辆 3 记录运行过程数据 生成各种有关的生产管理报表和列车运行循环图 4 配有故障诊断系统 能随时反应系统内设备和传感器件的工作状态 能自动诊断故障并报警 处理或报警后由值班人员处理 34 5 具有重演功能 能根据记录的运行过程数据在图形设备上以随意速度重现指定时间的实际运输过程 为分析事故原因 改进调度策略提供了有力手段 6 主控机发生故障时 远地分站仍能在所辖范围内独立形成信号系统 保证车辆安全运输 7 能挂接多种传感器 实现生产监控和安全监控功能 8 能方便地进行计算机联网 纳人矿或局的计算机管理系统中 3 KJ15系统的主要设备 1 地面或井下调度站主控室设备有主控计算机 管理计算 图形显示器 绘图仪 打印机 智能通讯接口 2 井下智能站的设备有井下一级分站 井下工作站 井下电源箱 3 检测轨道行驶设备有轨道计轴器 收 发讯机 电动转辙机 双色信号机 动态信号机 三 电机车运输通讯电机车运输通讯要设独立系统 即以运输调度站为主全的通讯网 以便于调度员和运输各岗位工作人员特别是电机车司机的联系 通讯方式有三种 35 1 隔爆或本质安全型电话机电话机安装在调度站 井底车场 大巷出口 道岔处 石门口 装车站 调车场 卸煤站 牵引变流所 充电室等地 司机在列车行驶中 通过搬道岔工 装卸工 卸煤工等传达接通电话 听从调度指挥 指导电机车运输工作 2 载波电话机载波电话是用架空线作载波通道的通讯设备 在调度站安装总机 分机安装在电机车上 司机可在驾驶室内 在运输线路的任何地点 无论列车行驶或停止 都可直接与调度员 其他司机和安装此类电话工作岗位的人员通话 载波电话功率较大 通话距离长 话音宏亮 清晰 同时也提高了架空线的利用率 3 泄漏通讯目前 国内外蓄电池电机车运输大多采用泄漏通讯系统 在调度站安装主机 机车上安装分机 在巷道中铺设专用泄漏电缆作为通讯信道 我国已有部分矿井使用了KLG型井下泄漏移动通讯系统 应当指出 通讯设施的作用主要是调度员与电机车司机互通信息 作为指挥电机车安全运行的辅助手段 电机车必须严格按运输信号的指令运行 才能防止事故的发生 36 小结通过本讲的教学 使学员掌握以下几个问题 1 电机车的分类 2 架线式电车和蓄电池式电机车的优缺点与技术特征 3 煤矿安全规程 对电机的使用范围做的规定 4 煤矿安全规程 对轨道运输中安全距离的规定与轨道的作用 5 架空线的分类与 煤矿安全规程 对架空线的规定 6 煤矿安全规程 对轨道回流线的规定与对运输信号的要求 7 KJ15系统的用途 功能 主要设备和通讯方式的分类 教学过程中重点讲解轨道 架空线的基础知识和电机车供电与电机车运输信号 通讯的知识 37 第二讲电机车的结构及操作原理 电机车的机械部分包括车架 轮对 轴承和轴承箱 弹簧托架 制动装置 齿轮传动装置 连接缓冲装置 撒砂装置及空气压缩系统 一 车架如图2 1所示 车架是电机车的体构件 结构形式一般为板式和钢架式 由侧板 隔板 端板和底板等组成 由于电机车上所有的机械和电气设备都安装在车架上 在运行过程中 车架还要承受包括车架在内的所要安装的设备的重量以及牵引力 制动力 冲击力和一些附加力的作用 所以车架的强度要足够大 通常电机车的车架按不同机型 不同位置用20mm 50mm厚的钢板焊成 二 轮对轮对由两个车轮压装在一根轴上所组成 如图2 2所示 由于轮对不光要承受电机车的全部重量 电机车要通过轮对作用于轨道产生牵引力和制动力 且在运行中 轮对还直接承受轨道接头 道岔及线路不平所引起的冲击力 过弯道还要受离心力的作用 因此 轮对的工作条件极为恶劣 车轴用优质车轴钢锻制后加工而成 车轮由轮心和轮箍热压装配在一起 轮心用铸铁或铸钢材料 轮箍用优质钢轧制而成 当轮箍磨损后可以更换而不使整个轮对报废 在一些小型电机车上也有整体车轮的 一 电机车的机械结构 38 39 40 三 轴承和轴承箱如图2 3所示 电机车车轴的两端都装在轴承箱内 它是车架与轮对的连接点 图中画出了最常见的止推式滚柱轴承的轴承箱 轮对的轴颈就套在轴承的内座圈内 用毡垫防止煤尘侵人和润滑油的甩出 轴承箱上面设有安装弹簧托架的孔座 箱壳两侧的滑槽与车架相配合 当电机车在不平整的轨道上行驶时 轮轴在车架上能上下滑动 通过弹簧托架起缓冲作用 41 四 弹簧托架如图2 4所示 弹簧托架是由板弹簧 均衡梁和弹簧支架等组成 整个弹簧支架支撑在轴承箱上 支架与车架连接 均衡梁的作用是使机车的重量均匀地分布在四个车轮上 从而改善电机车的缓冲和勃着性能 使电机车在运行时保持平稳 五 齿轮传动装置齿轮传动系统的作用 一是将牵引电动机的转矩传递给轮对 二是进行变速 电机车的齿轮传动装置有一级 二级 三级三种形式 图2 5即是ZK 7 10 型机车的二级传动装置 42 六 制动装置制动装置是为电机车运行过程中减速或停车而设的 制动方式有两种 即电气制动和机械制动 机械制动又分手控机械制动 手闸 和空气机械制动 气闸 这里介绍的机械制动装置主要是手闸 手闸的系统风图2 6 43 四个轮子的内侧各装有一个闸瓦 闸瓦铰接在制动杆上 每一侧两个制动杆的下端用正反扣螺栓连接 调整该螺栓可使闸瓦与车轮踏面之间保持一定的间隙 两个制动杆的上部用连杆连接 并将其顶端铰接在车架上 作为固定支点 拉杆的左右移动 使闸瓦实施制动或缓解 拉杆的动作是由手轮经螺杆和螺母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 螺母固定在均衡杆中间 螺母不能转动 只能随着螺杆的转动而往复移动 均衡梁的作用是将螺旋副的推力平衡地传递给两个拉杆 当电机车要制动时 只要顺时针转动手轮 螺杆便推动均衡梁移动 经两个拉杆把四个闸瓦闸紧 车轮不能转动 逆时针转动制动手轮则制动缓解 四个闸瓦放松 车轮可以转动 所闸是用制动气缸代替了手轮 螺杆和螺母组成的螺旋副 两个制动拉杆的上端各与一个制动气缸的活塞连接 当司机踏下制动踏板则制动阀门打开 压缩空气经管路进入两个制动气缸 使活塞推动拉杆实施制动 反之 当司机松开制动踏板时 则制动缓解 44 七 撒砂装置撒砂装置由拉杆 复位弹簧 砂筒 出砂导管等零件组成 它的作用是向车轮前的轨道上撒砂 增加车轮与钢轨之间的黏着系数 使牵引力或制动力增大 撒砂装置对于电机车的安全运行具有很大作用 电机车的撒砂装置分为阀门式 见图2 7 和摇摆振动式 见图2 8 两种 45 ZK10型架线电机车和XK5 KBT型蓄电池电机车的撒砂装置都有两个操作手柄 安装在司机驾驶室内 上手柄操纵前部撒砂器 下手柄操纵后部撒砂器 当操纵手柄时 拉杆向左移动 通过摇臂连杆 使锥体抬起 在本体的摇摆震动作用下 砂子便由出砂导管自行流出 撒落在轨面上 松开手把后 锥体便在弹簧的作用下自动复位 手柄也随之复位 八 连接缓冲装置连接缓冲装置俗称磁头 用于和矿车连接并在碰撞时保护箱体不受损坏 电机车前后两端都连接有缓冲装置 为了适应不同矿车的连接高度 一般都做成多层接口形式 九 空气压缩系统如下图2 9所示 架线空气压缩系统主要由空气压缩机 油水分离器 储气包 气压继电器 气缸 包括长降弓气缸 制动气缸 气笛 压力表 各种阀门 安全阀 止逆阀 操纵阀 制动阀 以及连接上述各种设备的管路组成 其作用是提供受电器 集电弓 的升降 制动装置 撒砂装置 气笛工作的动力 司机只需操纵驾驶室内相关的按钮 即可完成相关装置的动作 46 47 架线电机车的电气设备有受电器 自动开关 控制器 电阻器 牵引电动机和照明 蓄电池电机车有电源装置 插销连接器等 现将主要电气设备分述如下 一 受电器架线受电器又称集电弓 是架线电机车从架线上取用电能的装置 受电器按接触方式分为滑动式和滚动式两种 按结构形式分为单臂 双臂和菱形三种 一般煤矿地面多使用单臂受电器 井下多采用双臂受电器 受电器与架线接触时应保持一定的压力 井下受电器与架线的接触压力一般为39N 49N 地面专用电机车的接触压力一般为49N 69N 滑动式受电器与架线接触部分沿用厚20mm的紫铜板或铸铝件 近年来大多被碳素滑板取代 碳素滑板是以石墨为主的多种材料经搅拌 加压焙烧制成 经长期使用后 可使架线接触形成一层碳膜 使架空线表面光洁 减少电灼伤和延长架空线使用寿命 并可节约大量有色金属 降低运输成本 二 电机车的电气设备 48 二 自动开关自动开关是电机车的电源开关 也是主电路的过负荷和短路的自动保护装置 由于电机车使用电压不同 牵引电动机容量大小各异 自动开关也有几种形式 但原理基本相似 它是由操作机构和吸铁机构两部分组成 操作机构有合闸及跳闸的手传动装置及动静触头 吸铁机构有过流线圈 消弧线圈等 自动开关的全部零件都装在绝缘底板上 并用接地的金属外壳封闭 三 控制器控制器是电机车的主要电气设备之一 用来操作电机车启动 调速 停止 电气制动 前进或后退 控制器包括换向和控制两部分 前者称为换向器 后者称为主控制器 1 换向器换向器是改变电机车前进或后退方向用的 有控制单台电动机或两台电动机的档位 以供检查 试验或当一台电动机发生故障时使用 换向器只能在无负荷电流下切换档位 架线电机车换向器共有7个位置 零位 此时换向器轴上的所有用紫铜板做成导电条 动触头 与辅助静触头均不接触 向前 1 2 表示1号和2号牵引电动机都按前进方向旋转 向前 1 表示1号牵引电动机按前进方向旋转 向前 2 表示2号牵引电动机按前进方向旋转 49 2 主控制器主控制器具有完成电机车的启动 调速以及电气制动等功能 控制器主轴手柄的位置是根据不同型号的电机车而设置 以ZK10 900 250型机车为例 控制器主轴手柄共有18个位置 位置 零 是牵引电动机断电阶段 位置 1 5 为2台牵引电动机串联运行阶段 位置 x1 x3 是2台电动机由串联转换到并联运行的过渡阶段 位置 6 8 为2台牵引电动机并联运行阶段 位置 为电气制动阶段 主控制器和换向器的部件是装在同一个外壳内 使用换向器改变电动机的旋转方向时 必须先用主控制器切断电动机的主回路 即主控制器手柄在 零 位 以实现无弧换向 为防止误操作 在主控制器与换向器之间装有机械闭锁装置 这样可以保证 1 只有当主控制器手柄在零位时 才能扳动换向器手柄 2 只有当换向器手柄先置于 向前 或 向后 的位置时 才能转动主控制器手柄 3 当换向器手柄在1台电动机工作位置时 主控制器手柄不能转到电气制动和2台电动机并联工作时的位置 蓄电池式电机车的控制器 由于有防爆要求 所以其外壳是按防爆制造检验规程的要求制造的 50 四 电阻器电机车使用的电阻器有两个作用 一组是串联在牵引电动机电枢回路中 起限流和降压作用 供电机车启动和能耗制动 另一组是串联在照明回路中用作降压照明 电阻器的电阻元件有带型和线型两种 均绕制呈螺线管状 电阻元件材质为高阻合金 如铁铬合金 用磁绝缘子和云母片作绝缘 五 牵引电动机用作驱动机车的电动机 称牵引电动机 牵引电动机是电机车的主要设备之一 目前广泛使用在电抓车上的牵引电动机为直流串激电动机 它与其他激磁方式的直流电动机比较 具有许多经济上和技术上的优越性 主要表现在 有较大启动力矩和过载能力 这种电动机的力矩特性近似抛物线 轻载时 力矩和电流平方成正比 电流增大磁通渐趋饱和后 力矩和电流成正比 因此 在许可启动电流下可以得到较大的启动力矩 在允许范围内过载时 其最大力矩同样比复激直流电动机大的多 转矩随运输线路条件变化而自动调节 这种特点是由于串激直流电动机具有 软 的牵引特性所决定的 它从牵引网路上取用的电功率变化甚小 例如 电机车上坡或负载较大时 电动机的转速会随着转矩的增大而自动降低 一方面保证了运行安全 另一方面不会从电网吸取过大的功率 51 在牵引力变化量相同的情况下 串激电动机的功率变化量最小 从而使牵引变流所和牵引网路负荷比较均衡 转速随电源电压变动时 牵引力不变 架空线的电压波动时 只影响串激电动机的转速 而不影响其转矩 因此牵引力不变 这样 就使得当网路电压降较大时 电机车也能启动 当2台牵引电动机并联运行时 它们的负载分配比较均衡 由于2台牵引电动机的特性有差异或前后轴上的车轮直径不相等 因而使得2台牵引电动机的转速不等 此外 串激电动机的构造简单 体积和重量较小都是其优点 串激电动机的缺点是调速性能差 但由于矿用电机车对调速性能要求不高 因此并不影响它在矿用电机车上的广泛应用 1 直流牵引电动机的构造直流牵引电动机由两个主要部分组成 一个是称为磁场的静止部分 即定子 一个是称为电枢的旋转部分 即转子 另外 有一个装在电枢轴上的换向器 通过它将电流供给电枢绕组 还有一组电刷与换向器接触 导通电枢回路 1 定子 它由机座 磁极 激磁绕组等组成 是直流电动机产生磁场的部分 2 转子 它是由电枢铁芯 电枢绕组 换向器 转轴和风叶等组成 52 3 其他部件 电刷 换向器通过电刷与外电路相连 端盖一般用铸铁制成 通常作转子的支撑和安装轴承之用 详细构造可见图2 10 53 图2 10为ZK 7 10 250架线电机车用牵引电动机的构造 使用在蓄电池电机车上的牵引电动机由于防爆的需要 把电动机外壳 电枢和外盖按防爆要求制成防爆型牵引电动机 如使用在XK 8A型蓄电池式电机车上的ZQ 11B型牵引电动机 就是隔爆型牵引电动机 该电动机的防爆要求共有八处 1 电枢换向器端与电动机外壳之间的结合面 2 电枢与电动机外盖之间的结合面 3 换向器上盖与电动机外壳的结合面 4 接线盒上盖与电动机外壳接线盒的结合面 5 电机外盖与电动机外壳的结合面 6 各接线端子与绝缘座的接合面 7 各接线端子的电气间隙与爬电距离 8 电缆引人装置 2 直流串激电动机的工作原理牵引电动机是电机车的动力来源 当接通直流电源后 经过电机车的电器元件 部件与设备 架线式电机车包括轨道 构成电流回路 就能使牵引电动机旋转 产生牵引力 由电能转变为机械能 再通过控制器的一系列控制 使电机车在启动 加速 等速 减速或电气制动等阶段运行 54 图2 11是直流电动机的工作原理图 它具有一对磁极 在可以转动的圆柱形铁芯上 装有一匝线圈 线圈的两端分别接在两块相互绝缘的铜片组成的最简单的换向器上 每个铜片称换向片 换向器上装有两个电刷A和B 接通外电路 由图2 11可看出 当电刷A和B通人直流电流 设电刷A为正极 电刷B为负极 时 电流从导线a点流向b点 c点 d点 载流导体在磁场中受到电磁力的作用 电磁力的方向按左手定则决定 导线ab所受电磁力的方向向左 导线cd所受电磁力的方向向右 于是电枢就按逆时针方向旋转起来 当电枢转过90 时 线圈中没有电流 因此作用力等于零 但由于惯性作用电枢继续转动 这样电刷又与铜环接触 线圈中又有电流流过 但电流的方向改变 导线ab移到S极下 电流从b到a 受力方向向右 导线cd移到N极下 电流从d到c 受力方向向左 因此 电枢仍按逆时针方向旋转 由于电流经过换向器 自动地改变它在绕组中的流动方向 因此电磁转矩方向不变 电动机按一定方向旋转 这就是直流电动机的工作原理 55 为了保证电枢绕组通电后能产生大而平稳的电磁转矩 在实际的直流电动机中 电枢绕组的线圈是很多的 分布在电枢整个表面上 且互相串联起来 定子的激磁绕组和磁极也由一对增加成多对 定子激磁绕组和电枢绕组串联供电的直流电动机 叫串激电动机 3 串激直流电动机的调速电机车在运输中需要多种速度 所以必须采取一定的措施由司机来控制牵引电动机的转速 以达到获得多种速度的目的 根据电压平衡方程式 有 式中Is 电枢电流 U 电网电压 Rn 电动机绕组中的电阻 C 电机的结构系数 n 电动机转速 电动机的磁通 56 由式中可知 转速n与电源电压U 电枢回路电阻上的压降IsRn及磁通 有关 如果改变这三个量中的任一个量 就能使转速n改变 因此 直流电动机常用的调速方法有以下几种 1 改变电动机的端电压 串联电阻法 在牵引电动机电路中串联一个电阻 当改变电阻的阻值时 就可改变牵引电动机的端电压 牵引电动机串并联法 改变牵引电动机的连接方式 是一种经济的调速方法 在低速运行时 2台牵引电动机串联 每台电动机所受的电压等于电源电压的一半 在高速运行时 2台牵引电动机并联 每台电动机所受电压等于电源电压 同时也接人电阻作为辅助调速 脉冲 斩波 调速法 在牵引电动机电路中串联脉冲开关控制电路 利用这个脉冲开关同其断续供电的性能 改变牵引电动机端电压的平均值从而达到调速的目的 实际上脉冲调速法就是改变牵引电动机端电压的又一种方式 57 2 改变激磁绕组法 改变激磁绕组的匝数 把激磁绕组分为两组 当激磁绕组两组全部串联接人主电路 磁场强度大 电动机的速度降低 当只有一组激磁绕组接人主回路时 磁场强度削弱 电动机速度增高 改变激磁绕组的连接方式 当激磁绕组串联时 磁场强度大 电动机的速度降低 当激磁绕组并联时 磁场强度削弱 电动机速度增高 小型蓄电池电机车只使用1台牵引电动机 通常采用这种方法进行调速 其优点是经济性 平滑性好 但调速范围有一定限制 3 直流串激电动机空载的危害串激直流电动机具有机械软特性 即转速n随着负载的轻重变化而变化 也就是说电动机的转动力矩大而转速小 而随着转动力矩的减小 电动机的转速增大 电动机空载时 由于它的转动力矩非常小 其转速将非常大 会产生 飞车 现象 此时不仅会使换向条件严重恶化 甚至会损坏转子 引起人身事故等 所以串激式电动机不能在空载下运行 在一般条件下轻载运行时的最小负荷不得低于额定负荷的25 30 58 六 照明装置照明装置是为电机车提供照明的灯具 它由前 后车灯 控制开关 熔断器 降压电阻等组成 架线电机车照明灯一般为防尘灯 电源取自架空线 经电阻降压供电 蓄电池电机车采用隔爆型照明灯 照明电源取自蓄电池电源装置 七 蓄电池及蓄电池电源装置1 蓄电池电池是化学能变为电能的工具 由于电池用化学转换方法得到电能 所以又叫化学电源 常用的化学电源有原电池和蓄电池 如手电筒用的干电池属于原电池 酸性蓄电池和碱性蓄电池等属于蓄电池 原电池是利用化学能转变为电能的一种不可逆电池 当化学变化的活性物质 即有效物质 全部作用完后 它的寿命便告终了 所以又称为一次性电池 蓄电池顾名思义就是能储蓄电能的电池 它能把电能转变为化学能储蓄起来 使用时再把化学能转变为电能放出来 变化的过程是可逆的 就电能作用来说 当蓄电池已完全放电或部分放电后 两电极表面形成了新的化合物 这时如果用适当的反向电流通入蓄电池 可以使已经形成的新化合物还原成原来的活性物质 又可供下次放电之用 59 这种用反向电流通入蓄电池的方法 叫做充电 电池供电给外电路使用 叫做放电 换句话说 放电就是将化学能转变为电能 供外电路使用 充电就是将电能转变为化学能储蓄起来 蓄电池的充电和放电 可以重复循环 充电和放电一次为一个循环 多次 所以蓄电池又叫二次电池 放电时电流流出的电极称为正极或阳极 以 号表示 电流流过外电路之后 返回电池的电极称为负极或阴极 以 号表示 蓄电池的寿命是以充放电循环次数表示的 酸性蓄电池不低于750个充放电循环 碱性蓄电池大约为2000个充放电循环 若管理使用和维修保养不当 充电不足或过充电 过放电 其寿命将会大大减少 根据电极和电解液所用物质的不同 蓄电池一般分为酸性蓄电池和碱性蓄电池 目前大多数蓄电池机车所采用的蓄电池主要是酸性蓄电池 蓄电池的充电分为初次充电 即新蓄电池注入电解液后的第一次充电 初充电后的每次充电均称为日常充电 蓄电池的充电是用直流电加在蓄电池的极板上 使电解液在正负极板上发生化学反应 形成电解液的化学反应物质 当电解液的比重加大时 两个极板上形成大量的正负离子 使两个极板具备一定的电位差 而放电过程正好与充电过程相反 正负极板上发生化学反应使极板上的正负离子减少 两极板上的电位差降低 电解液的浓度越来越小 比重降低 并生成了水 60 1 酸性蓄电池的结构与工作原理 酸性蓄电池的结构蓄电池由正负极板群组成 正极为玻璃纤维管式极板 每片极板标准容量为额定容量 n n为极板片数 用纯铅制成的铅粉 含氧化铅 稀硫酸等制成铅膏涂在板栅上 经干燥 化合而成 正极为二氧化铅 负极为海绵状铅 正负极间的绝缘物采用微孔橡胶隔板或微孔塑料隔板 电池盖内镶嵌有极柱套 装配时极柱套与极柱焊接成一个整体 可避免蓄电池内的电解液从极柱处渗出 电池槽与电池盖之间采用双层封口剂封口 底层为沥青封口剂 上层为氯丁胶封口剂或热封结构 确保电解液不外渗 连接导线采用外皮耐酸的橡胶绝缘铜芯软线 酸性蓄电池的工作原理酸性蓄电池电极浸入稀硫酸 比重为1 26 中 放电时 负极铅进行氧化 正极二氧化铅进行还原 结果两极板表面上都沉积了一层硫酸铅 充电时 通人反方向电流 电极上的反应向相反的方向进行 恢复原状 可见 蓄电池在放电 充电过程中的现象为 放电 正负极板上深褐色的二氧化铅和灰色的海绵状铅都渐变为浅色硫酸铅 电解液中 硫酸浓度降低 水分增加 因此比重逐渐下降 内阻增加 端电压降低 61 充电在整个充电过程中 正负极板上的硫酸铅逐渐恢复为原来的二氧化铅和海绵状铅 在充电将要完成时 在正负极板上分别析出氧离子和氢离子而产生大量气泡 2 碱性蓄电池的结构和工作原理 碱性蓄电池的结构蓄电池由正负极板群组成 正极由氢氧化亚镍粉与石墨粉及添加剂制成的正极活性物质 包在穿孔的镀镍网中压制成极板 再焊成极板组 负极由活性铁粉和添加剂制成负性活性物质 包在穿孔的网带中压制成极板 再焊成极板组 正负极板间用聚丙烯制成的隔板栅隔离 固定其相对位置并保持一定的距离 极柱连接采用软 硬连接相结合 在箱体中采用硬连接 周围采用软连接 连接线与极柱用双螺母连接 并用胶涂抹 碱性蓄电池的工作原理碱性蓄电池的电解液为苛性碱 即由氢氧化钾或氢氧化钠与少量的氢氧化锉及蒸馏水调制而成 已充电的正极板上的有效物质为氢氧化镍 为了增加导电性 而在极板中加有金属镍的细小颗粒及石墨等填料 负极板为铁 所以碱性蓄电池又叫铁镍蓄电池 62 碱性蓄电池的电解液在充放电过程中不参加化学反应 仅作为蓄电池正负极板之间的导电介质 极板的有效物质不溶于电解液 既不改变电解液的比重 也不改变电解液的成分 这也是与酸性蓄电池的不同之处 3 蓄电池的主要技术指标 额定容量蓄电池电机车用的蓄电池一般以5h制为额定标准 即蓄电池的额定容量 例如DG 330型蓄电池的额定容量是330A h 一般来说 影响蓄电池实际容量的因素除放电电流外 还有电池本身的结构 极板中有效物质的数量 电解液的浓度和温度 电解液中含有的杂质 极板制造工艺 蓄电池效率和新旧程度等 在使用过程中主要影响是放电率及电解液的温度 放电率及其表示方法蓄电池端电压的变化与放电电流的大小有关 蓄电池如以大电流放电时 到达终止电压的时间短 如以较小电流放电时 到达终止电压的时间长 放电时 电压从初始值降到终止值的快慢叫做放电率 放电率可以用放电电流的大小或者放电到达终止电压时间的长短来表示 例如300A h的蓄电池 始终保持以60A的电流放电 5h后到达终止电压 如用电流表示放电率 则为60A率 如以时间表示 则为5h率 通常放电率都用时间表示 如5h 3h 1h率等 63 蓄电池的额定电压 放电终止电压及过放电的危害额定电压是蓄电池充电结束后稳定不变的端电压 终止电压是蓄电池的端电压从初始值下降到不允许再放电