第一章概述1.1电机车的发展历史窄轨工矿电机车及其配套电机电控是牵引电气设备行业的主导产品。

从1882年德国西门子公司制成世界上第一台4.5kW矿用架线式电机车以来，迄今整整有120年的历史了。

在我国也有约50年的生产发展史。

在此期间，先后开发和批量生产了架线式电机车和蓄电池机车二大系列50多个品种规格，产品遍布于全国煤矿、冶金矿、铁路和公路隧道以及市政工程建设工地。

可近10多年来，国内市场出现了萎缩，牵引行业所属企业出现严重订货不足，有的企业被迫转产，有的企业职工大量下岗。

同时多年来，由于牵引电气设备分会所属企业对产品技术开发投入少，大部分产品基本上仍停留在70~80年代的水平。

同时，新兴的民营企业也占有了部分的市场份额。

而随着我国加入WTO，国外公司也瞄准我国市场，使得市场竞争更趋激烈。

因此，要在国内激烈市场竞争中赢得一定市场份额，并向国外市场拓展，就必须进行技术创新，提高产品技术含量。

1.2电机车的技术水平及发展方向窄轨工矿电机车有着与铁道干线电力机车、城市轨道交通车辆共同的特性，也有它的独特性，其中主要一点是品种规格的多样化。

在蓄电池机车（防爆和非防爆）和架线电机车两大基本系列中，各个国家有着不同的轨距、多种粘重的品种规格。

例如英国Clayton公司生产的机车品种就有三大系列20多个品种，如表1所列。

表1 英国Clayton公司的窄轨工矿电机车的品种非防爆型蓄电池机车系列防爆型蓄电池机车系列架线电机车系列1.75t 7hp 4.5t 17.5hp 3t 20hp3.5t 14hp 5.5t 25hp 4t 40hp4t 21hp 9t 50hp 5t 45hp5.5t 25hp 10t 50hp转向架式6t 70hp7t 35hp 15t 90hp 8t 90hp9t 50hp 18t 90hp转向架式10t 90hp10t 70hp 21t 150hp转向架式12t 120hp15t 100hp 15t 150hp---------------------------------------------------------------有的公司还为满足特殊用户的需求，生产架线-蓄电池矿用电机车。

这种双能源机车通常由直流架线供电，车上若装有充电装置还可以向蓄电池充电；而在无架线供电区段（如装卸矿区），就可转换成由蓄电池供电运行。

有的用户要求机车能在100‰高陡坡区运行。

英国Clayton公司为此开发了胶轮机车（Rubbertyred Locomotive）。

胶轮机车是在车轮的轮缘上粘贴橡胶垫而得名。

在车轮的轮毂上用螺栓牢固地连接有制动鼓以便于盘式制动。

该盘式制动器由司机安全手柄和超速开关来操作；另外还设有手制动以策安全。

表2所列为Clayton公司生产的胶轮机车品种。

第二章 井下电机车运输牵引计算2.1设计原始资料1、矿井设计规模：600kt/a ；2、矿井瓦斯：低瓦斯，可用架线式电机车；3、矿井工作制度：年工作300日，每日两班生产，每班7h ；4、运量：班运煤1000t ，班运矸石100t ，共计1100t ；5、运距：两翼运输。

南翼运距L 1=1.04km ，班运总量的50%（550t ）；北翼运距L 2=1.10km ，班运总量的50%（550t ）。

6、运输线路情况：两翼均重车下坡运行，坡度3=i ‰，曲线段 较少，曲线半径最小为85m ；7、调车时间：采区装车和井底车场调车合计时间min 25=t t ；8、采煤方法：普采。

9、车辆：ZK6—6/550型架线式电机车，矿车MGC1.7—6型。

2.2电机车的黏着质量的选择选择电机车的黏着质量是一个技术经济问题，涉及到许多因素，其中最重要的因素是矿井年产量。

年产量大，就要加大电机车的黏着质量和矿车的货载量。

由于我矿是基建矿，兼并重组后矿井年产量达60万吨/年，所以选择6吨架线式牵引电机车。

2.3列车组成的计算（1）按电机车起运时的牵引力确定矿车数量，根据相关公式计算如下： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++±+=110000a R r b W W W W g q q p n ψ 式中 p电机车的粘着质量，6=p t ； 0q矿车的自重，查表得72.00=q t ； ψ电机车主动轮与钢轨间的粘着系数，查表得24.0=ψ（按撤启动）；b W列车的单位运行基本阻力，查表得t N W W bL b /120==； r W 列车的单位坡道阻力，按gi W r =‰，下坡为-29.4N/t;平坡 为0；上坡为+29.4N/t 。

R W列车的单位弯道阻力，由于曲线半径较大，所以R W 不计，N/t ； n矿车数量，台。

可得：下坡起运时可牵引矿车数： 39)1604.2912024.081.91000(5.172.06=-+-⨯⨯+=n （台） 平坡启动时，可牵引矿车数： 32)16012024.081.91000(5.172.06=-+⨯⨯+=n （台） 上坡启动时，可牵引矿车数： 27)1604.2912024.081.91000(5.172.06=-++⨯⨯+=n （台） 考虑到车场有效长度、上坡起动条件和下坡制动条件，最后选定列车组成矿车数25=n 台。

（2）按牵引电动机发热条件校验矿车数量用下列公式计算牵引电动机均方根电流： T t I I a I L L em rms22+= 式中 a调车系数，查表可得25.1=a ； em I 空列车运行时，单台牵引电动机的工作电流，A ； L I 重列车运行时，单台牵引电动机的工作电流，A ； em t每一运输循环中，空列车的运行，min ；L t 每一运输循环中，重列车的运行，min ；T 每一运输循环中，列车运行总时间，min ；t L em t t t T ++=t t 停车及调车时间，这里取25min ；用下列公式计算空列车和重列车牵引力： )(0r bem M em W W n nq p F ++=)()(0r bl M L W W n q q n p F -++=式中 em F空列车运行时，单台牵引电动机的牵引力，N ； em F 重列车运行时，单台牵引电动机的牵引力，N ； M n 电机车牵引电动机的台数，2=M n 台；ebm W 空列车运行时，列车的单位运行基本阻力，N/t ； t N W ebm /100=bL W 重列车运行时，列车的单位运行基本阻力，N/t ； t N W bL /80=r W 列车的单位坡道阻力，t N W r /4.29=空车时 N F em 8.1552)4.29100(272.0256=+⨯+=重车时 N F L 9.1555)4.2980(2)5.172.0(256=-++= 查相关图ZQ-18-1型牵引电动机特性曲线得：空列车运行时A I em 2.15=；s m V em /86.46060105.173=⨯⨯=； 重列车运行时A IL 2.15=；s m V L /86.46060105.173=⨯⨯=； 用下式计算空列车及重列车运行时间：em em V L t 80=；LL V L t 80= 式中 L 两翼平均距离，m ； km L 07.1110055010.155004.1=⨯+⨯= 当两翼运距及运量有较大差异时，应分别对各翼进行计算。

按平均运距计算时： min 89.45.1707.180=⨯=em t min 89.45.1707.180=⨯=L t 每一循环运输的总时间：min 78.342589.489.4=++=T从图可知ZQ-18型牵引电动机长时制许可电流16A>10.1A ，故牵引时机不会过热。

（3）制动距离验算：电动机下坡时，制动距离按如下公式计算： rbl b b br w W W V t V L -++=2054 式中 b V 电机机（或列车）制动开始前列车运行速度，m/s; 86.4=b V m/s0t 闸瓦空行时间，取s t 5.10=； g Q P f W )(1+=，N p f 88326147214721=⨯== 则 ()[]t N W /64.1481.95.172.02568832=++= m L br 84.264.298064.1486.4545.186.42=-+⨯+⨯= 计算结果制动距离m L br 84.26=，小于《煤矿安全规程》规定的允许制动距离40m ，故符合要求。

（4）电动机台数计算用下列公式计算电机车台数： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯+=t L em s s s s t V V L nqT Q Q K N )11(33.1)(' 式中 k 运输不均匀系数，取1.25；s Q 矿井每班运煤量，1000t ；'s Q 矿井每班运矸量，100t ；s T 每班运输时间，7h ；则 03.3417.0)5.1715.171(07.133.175.125)1001000(25.1=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯⨯⨯+=s N （台） 计算结果可取3台，其他杂项作业1台，备用及检修1台，共5台电机车。

第三章 牵引变流所设备的选型3.1计算条件采用5台ZK6-6/550型架线电机车，按牵引变流所正常运行情况计算。

3.2牵引变流所负荷计算1）连续负荷采用以下公式计算连续负荷：3101.1-⨯=av av s s I U N K p式中 P 牵引变流所的连续计算负荷，kW ；1.1 考虑牵引网络效率的系数；s k 电机车同时工作系数，查表得取0.6；s N 电机车台数，5台；av U 牵引变流所线线平均电压，V U av 600=；当每台电机车为二台电动机时： A I I I L av 4.302)2.152.15(22)(2Im =+=+= 将各值代入上式，求得：kW p 2.604.3060056.01.1=⨯⨯⨯⨯=换算为连续电流： A I 100600102.603=⨯= 2）最大负荷采用如下公式计算最大负荷：c s ex m P N K P =式中 m P 牵引变流所的短时最大计算负荷，kW ；ex k 经验系数，，查表取1.25；c P 电机车长时制功率，查表得kW P c 4.157.72=⨯=； 将各值代入上式，求得：kW P m 3.964.15525.1=⨯⨯=换算为最大电流： A I m 5.160600103.963=⨯= 3）整流器容量及数量选择利用如下公式计算整流器台数： 1+=NP P n 式中连续负荷P 用连续电流代替，N P 用整流器额定输出电流代替。

初选额定电流为100的整流器，则， 21100100=+=n （台） 采用如下公式进行过载能力校验61.1100600)12(103.96)1(3=⨯-⨯=-=N m P n P λ 查表得，允许过载时间近2h ，符合要求。