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        井下電機(jī)車牽引力的影響因素分析

        2018-10-11 01:30:38賈金梁
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:電機(jī)車車鉤礦車

        賈金梁

        (陽煤集團(tuán)五礦,山西陽泉 045000)

        0 引言

        井下電機(jī)車在煤礦井下運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用,井下電機(jī)車具有牽引力較大、便于維護(hù)、性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。它主要應(yīng)用于沿軌道牽引礦車輸送煤炭、物資或人員方面。井下電機(jī)車最佳狀態(tài)是電動(dòng)機(jī)牽引力等于黏著牽引力[1],但在運(yùn)行過程中二者不能很好地匹配。因此,合理優(yōu)化牽引力的大小、增大礦車的容積,簡化井下運(yùn)輸系統(tǒng),有利于提高運(yùn)輸效率及安全生產(chǎn)。

        1 井下電機(jī)車牽引力產(chǎn)生原理及影響因素

        1.1 井下電機(jī)車牽引力產(chǎn)生原理

        圖1為電機(jī)車驅(qū)動(dòng)輪受力分析圖,圖1中WZ為電機(jī)車的運(yùn)行阻力,是電機(jī)車靜阻力與慣性阻力的合力;點(diǎn)O為輪對和軌道的接觸點(diǎn),點(diǎn)O的線速度為0;P0為電機(jī)車自身重力在單個(gè)主動(dòng)輪對上的平均分力;它的方向通過輪對的回轉(zhuǎn)中心C及接觸點(diǎn)O;N0為軌道對輪對的法向支反力,它作用在點(diǎn)O,方向通過輪對的回轉(zhuǎn)中心C與P0在一條直線上;F0為摩擦力,方向與電機(jī)車運(yùn)行方向相同,與軌道面相切,使機(jī)車往前行走。M為電動(dòng)機(jī)扭矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到輪對上的實(shí)際轉(zhuǎn)矩[2]。電機(jī)車產(chǎn)生的最大牽引力。

        圖1 電機(jī)車驅(qū)動(dòng)輪受力分析

        表1 提高黏著系數(shù)的方法

        其中:Pn為電機(jī)車黏著重力,N;

        ?為黏著系數(shù)。

        1.2 牽引力影響因素

        由式(1)可以看出,在同樣的電動(dòng)機(jī)功率與運(yùn)行速度下,影響電機(jī)車牽引力大小的因素包括兩個(gè)方面:電機(jī)車黏著重力與黏著系數(shù)。每種型號的電機(jī)車都能產(chǎn)生理論最大牽引力,但最大牽引力的大小與黏著牽引力要相等,這是車輪不打滑的前提條件:當(dāng)電動(dòng)機(jī)牽引力大于黏著牽引力時(shí),車輪就會(huì)打滑,電機(jī)車將無法移動(dòng)。同樣車輪壓力時(shí),黏著牽引力與黏著系數(shù)成正比;同樣黏著系數(shù)時(shí),黏著牽引力電機(jī)車對車輪壓力成正比[3]。

        2 增加電機(jī)車牽引力的措施

        2.1 提高黏著系數(shù)

        黏著系數(shù)從理論計(jì)算是電機(jī)車不打滑時(shí)的最大牽引力除以電機(jī)車粘著重量得到的值。但由于車輪與軌道的材料不同、接觸面的磨損程度、軌道的安裝誤差、接觸面潮濕層度、表面清理情況及機(jī)車的運(yùn)行速度的影響,實(shí)際黏著系數(shù)是個(gè)變化的值,它的大小介于靜摩擦因數(shù)與滑動(dòng)摩擦因數(shù)的值之間。提高黏著系數(shù)的方法如表1所示。

        2.2 提高黏著重量

        在電機(jī)車電動(dòng)機(jī)輸出的牽引力一定時(shí),需要充分結(jié)合電機(jī)車的黏著條件(電動(dòng)機(jī)牽引力與黏著牽引力相等),避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,才能使電機(jī)車獲得較大牽引力,充分發(fā)揮電機(jī)車的運(yùn)行效率。當(dāng)車輪與軌道間黏著系數(shù)一定時(shí),電機(jī)車的牽引力就與電機(jī)車對車輪的壓力成正比[4]。

        (1)增加電機(jī)車對車輪的壓力最簡單的方法是增加電機(jī)車的總重,提高電機(jī)車分配在主動(dòng)輪上的黏著重量,這是增加電機(jī)車牽引力最直接的方法。通過增加電機(jī)車質(zhì)量,以增加驅(qū)動(dòng)車輪隊(duì)地面軌道的正壓力,在黏著系數(shù)一定的情況下,可有效提高地面摩擦力。常用的方法是現(xiàn)場增加合理的增配,配重塊的質(zhì)量要充分結(jié)合機(jī)車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、電動(dòng)機(jī)功率、電機(jī)車負(fù)載、實(shí)際運(yùn)行速度、軌道承載公斤數(shù)等因素[5]。

        (2)采用前后輪同時(shí)驅(qū)動(dòng),增加主動(dòng)輪對的數(shù)量。使機(jī)車主動(dòng)輪的黏著重量等于電機(jī)車全部重量。

        2.3 優(yōu)化電機(jī)車結(jié)構(gòu)提高牽引力

        2.3.1 車廂受力分析

        一般情況下電機(jī)車前后車輪都是主動(dòng)車輪,這樣便于雙向行駛。在靜止?fàn)顟B(tài)下電機(jī)車前后車輪對軌道的壓力相等,其電機(jī)車受力示意圖如圖2所示。點(diǎn)O為機(jī)車重心,假設(shè)電機(jī)車以速度v向左勻速運(yùn)行,電機(jī)車的右方牽引礦車,由力矩平衡原理可得到[6]:

        其中:N1、N2分別為軌道對前后車輪支承力,N;F為車鉤牽引力,N;G為電機(jī)車重力,N;H為電機(jī)車車鉤離地高度,m;L為軸距。

        解式(2)、(3)可得:

        圖2 電機(jī)車受力示意圖

        靜止情況下,電機(jī)車兩車輪受到電機(jī)車車身的分壓力相等。當(dāng)電機(jī)車牽引礦車運(yùn)行時(shí),由式(4)、(5)可以看出:由于車鉤牽引力F的存在,電機(jī)車對前后車輪壓力會(huì)發(fā)生改變。前車輪壓力受車鉤牽引力F產(chǎn)生的傾翻力矩的影響會(huì)減??;同理,F(xiàn)產(chǎn)生的傾翻力矩會(huì)使后車輪壓力增大。前車輪壓力減小,直接導(dǎo)致電機(jī)車前車輪黏著重力減少。當(dāng)前車輪的黏著牽引力小于前輪最大牽引力時(shí),前車輪首先打滑,電機(jī)車整機(jī)牽引力降低[7]。

        2.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

        由式(4)、(5)可以看出,電機(jī)車在運(yùn)行過程中對兩車輪壓力是不相等的,這個(gè)現(xiàn)象會(huì)造成整機(jī)黏著牽引力下降,車鉤牽引力F的大小一般和礦車的結(jié)構(gòu)和負(fù)載情況有關(guān),這兩個(gè)參數(shù)不好改變。軸距L和主軌道彎矩有密切的關(guān)系,要符合轉(zhuǎn)彎要求,一般是規(guī)定值[8]。

        (1)降低牽引高度H

        降低牽引高度H越大,同樣的車鉤牽引力F所產(chǎn)生的傾翻力矩就越大,運(yùn)行時(shí)對前車輪壓力的減弱就越大。因此,在滿足使用條件的情況下應(yīng)盡量降低車鉤距地面高度H。有利于較少車鉤牽引力F引起的傾翻力矩,近而降低其對車輪壓力的影響[9]。

        (2)調(diào)節(jié)電機(jī)車重心

        在電機(jī)車上另外加一套自動(dòng)配重裝置,按電機(jī)車行駛方向利用電機(jī)及絲桿傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)配重塊的位置。補(bǔ)償車輪壓力的降低。由式⑷、⑸可以看出,電機(jī)車向前運(yùn)行時(shí)自動(dòng)配重裝置驅(qū)動(dòng)配重塊向前移動(dòng);電機(jī)車向后運(yùn)行時(shí)自動(dòng)配重裝置驅(qū)動(dòng)配重塊向后移動(dòng),通過重心的移動(dòng)附使前后車輪壓力相等。

        3 結(jié)語

        井下電機(jī)車在煤礦物資運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用,有效地發(fā)揮電機(jī)車牽引力對提高煤礦井下運(yùn)輸效率有重要的意義。本文作者分析了特定功率下影響電機(jī)車的牽引力的主要因素,并歸納總結(jié)了提高黏著系數(shù)及電機(jī)車黏著重量的各種方法及優(yōu)缺點(diǎn),最后提出電機(jī)車結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化思路。包括降低牽引鉤高度及增加自動(dòng)配重裝置。為提高電機(jī)車牽引力,降低能耗提供參考。

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