淺談如何縮短礦井窄軌電機(jī)車的制動(dòng)距離

陳寶紅

摘 要 本文對(duì)電機(jī)車制動(dòng)距離的原理進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際使用情況結(jié)合電機(jī)車的制動(dòng)距離計(jì)算公式提出了縮短電機(jī)車制動(dòng)距離的途徑，并從理論上論證了這些途徑的可行性，為保證煤礦礦車的安全運(yùn)行提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 縮短；礦井；電機(jī)車；制動(dòng)距離

中圖分類號(hào)TD5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0079-02

0 引言

在目前的煤礦生產(chǎn)過程中，電機(jī)車運(yùn)輸仍然是一個(gè)主要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸煤炭、礦石、材料、設(shè)備、人員等任務(wù)。井下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)是井下平巷運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，而架線電機(jī)車運(yùn)輸又是我國目前井下水平大巷運(yùn)輸?shù)闹饕畏绞剑c其他類型的電機(jī)車相比，它具有成本低、運(yùn)輸能力大；維護(hù)簡單、操作方便、運(yùn)營費(fèi)用低、可運(yùn)送井下各種貨物和人員等優(yōu)點(diǎn)。但是也存在不足，制動(dòng)距離超長就是一個(gè)重要的問題，它嚴(yán)重地制約了電機(jī)車的運(yùn)輸能力和效率，威脅著電機(jī)車的安全運(yùn)輸，所以提高電機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，保證電機(jī)車的制動(dòng)距離在《煤礦安全規(guī)程》范圍內(nèi)，是運(yùn)輸安全的重要環(huán)節(jié)。

1 礦用窄軌電機(jī)車的制動(dòng)原理分析

為了保證煤礦礦車的安全運(yùn)行，列車的制動(dòng)距離必須符合 “運(yùn)送物料時(shí)不得超過40m；運(yùn)送人員時(shí)不得超過20m?！边@一點(diǎn)在《煤礦安全規(guī)程》（2008版）中第351條進(jìn)行了明確的規(guī)定。電機(jī)車的制動(dòng)距離可以分成空行程距離和實(shí)際制動(dòng)距離兩部分，因?yàn)橥ǔＶ傅闹苿?dòng)距離是“司機(jī)開始扳動(dòng)閘輪或電閘手把到列車完全停止的最大距離。”所謂空行程距離指的是司機(jī)開始扳動(dòng)閘輪到閘瓦與車輪踏面接觸前的一段時(shí)間內(nèi)機(jī)車所運(yùn)行的距離，這段時(shí)間由于閘瓦與車輪踏面沒有接觸，所以也就不會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力；而實(shí)際制動(dòng)距離是指閘瓦與車輪踏面接觸后，加壓產(chǎn)生了制動(dòng)力，直到列車因受制動(dòng)力后完全停止下來所運(yùn)行的距離。所以列車的制動(dòng)距離Lzd的計(jì)算公式可以表示如下：

式中： Lzd為制動(dòng)距離，m；i為坡度（下坡運(yùn)行）；Vzh為重載列車制動(dòng)前的最大速度，m/s；n為礦車臺(tái)數(shù)；q0為礦車自重（t）；q為礦車載重，t；P為機(jī)車自重，t；ψ為粘著系數(shù)，按撒砂起動(dòng)取0.24；ωzh為列車阻力系數(shù)。tk為列車空走時(shí)間，s。

從上述公式中可以看出，列車阻力系數(shù)ωzh、坡度i是已知常數(shù)，而Vzh、tk、P、q的改變將影響制動(dòng)距離，減小V、q可以使列車制動(dòng)距離縮小，但是運(yùn)輸上卻希望減小制動(dòng)距離時(shí)又不能降低效率，所以增加P值和粘著系數(shù)是縮短制動(dòng)距離積極有效的措施，當(dāng)然縮短電機(jī)車的空行程時(shí)間也能達(dá)到縮短電機(jī)車距離的目的。

2 電機(jī)車制動(dòng)距離現(xiàn)狀

目前，煤礦礦井使用的電機(jī)車一般是ZK10-6/550型架線電機(jī)車，此電機(jī)車配備的制動(dòng)方式有閘瓦制動(dòng)和電氣制動(dòng)，閘瓦制動(dòng)由手動(dòng)閘輪操作，是常用閘。由于手動(dòng)閘輪是通過螺旋副拉動(dòng)制動(dòng)桿，使閘瓦壓向車輪踏面。而閘瓦與車輪踏面的正常間隙為3mm~5mm，操作非常不方便，致使制動(dòng)空行程時(shí)間長。

因?yàn)槭謩?dòng)閘輪操作的閘瓦制動(dòng)裝置的制動(dòng)空行程時(shí)間要在3s以上，如果ZK10-6/550型架線電機(jī)車的運(yùn)行速度按4m/s計(jì)算時(shí)，手動(dòng)的閘瓦制動(dòng)空行程距離就是，此時(shí)按照《煤礦安全規(guī)程》（2008版）中第351條的規(guī)定，實(shí)際制動(dòng)距離就是列車的制動(dòng)距離（40m）減去空行程距離（12m），即40-12=28m。

機(jī)車在運(yùn)行中，起動(dòng)粘著條件、牽引電動(dòng)機(jī)溫升條件及制動(dòng)條件對(duì)電機(jī)車牽引礦車數(shù)量起著決定作用。以煤礦現(xiàn)在使用的ZK10-6/550型電機(jī)車為例，在3‰的坡度上，MDC3.3-6礦車在滿足起動(dòng)粘著條件下能牽引28輛，滿足牽引電動(dòng)機(jī)溫升條件下牽引19輛，滿足制動(dòng)條件能牽引的數(shù)量小于19輛。

假如再考慮到因牽引礦車少而所需牽引力小的因素，列車的運(yùn)行速度還會(huì)更快一些，那么允許牽引的礦車數(shù)還會(huì)減少。上述這些情況表明，因制動(dòng)力低而不能充分利用其牽引力，運(yùn)輸效率是少、慢、差，所以應(yīng)當(dāng)采取有效的措施來縮短電機(jī)車的制動(dòng)距離。

3 縮短電機(jī)車制動(dòng)距離的途徑

根據(jù)實(shí)際使用情況并結(jié)合電機(jī)車的制動(dòng)距離計(jì)算公式可知，縮短電機(jī)車制動(dòng)距離的途徑應(yīng)該從三方面著手進(jìn)行：一是縮短電機(jī)車的空行程時(shí)間；二是提高電機(jī)車的粘著系數(shù)；三是增加制動(dòng)力，提高列車的粘著質(zhì)量。具體分析如下：

1）縮短電機(jī)車的空行程時(shí)間

為了減少空行程時(shí)間tk，增加實(shí)際制動(dòng)距離，可以將目前使用的手動(dòng)閘輪操作閘瓦的制動(dòng)裝置改為壓力制動(dòng)裝置。使用壓力制動(dòng)裝置的主要特點(diǎn)是制動(dòng)力能夠提前儲(chǔ)備，一旦需要制動(dòng)時(shí)即可立即釋放。盡管列車速度高，但空行程時(shí)間短，所以空行程距離也就縮短了，自然整個(gè)列車的制動(dòng)距離也就縮短了。

2）提高電機(jī)車的粘著系數(shù)

軌道重型化發(fā)展是提高粘著系數(shù)的有效方法，可以將現(xiàn)有的軌道全線調(diào)整水平方向，重新夯實(shí)，曲線段重新按速度調(diào)整加寬加高，逐步將30kg/m的軌道更換為38kg/m軌道并和相關(guān)道岔扣件配套使用。這樣由于電機(jī)車輪與軌道的接觸面積增大就可以提高了列車的粘著系數(shù)，從而達(dá)到縮短電機(jī)車制動(dòng)距離的目的。

3）增加制動(dòng)力、增大列車的粘著質(zhì)量

目前在煤礦井下所采用的制動(dòng)方式都是從電機(jī)車本身來制動(dòng)的，礦車沒有制動(dòng)裝置，這種方法雖然很好，但是電機(jī)車的閘瓦制動(dòng)受粘著條件的限制，所以根據(jù)井下實(shí)際情況，增加制動(dòng)力、增大列車的粘著質(zhì)量的方法主要有以下幾種：一是在列車中加掛專用壓氣制動(dòng)車；二是采用有閘礦車制動(dòng)；三是采用前后雙機(jī)牽引制動(dòng)等途徑。

（1）列車中加掛專用壓氣制動(dòng)車

專用制動(dòng)車是裝有壓氣制動(dòng)閘的車輛，其壓氣動(dòng)作的制動(dòng)閘由電機(jī)車司機(jī)控制。目前使用的ZK10-6/550型架線式電機(jī)車上沒有壓氣設(shè)備，如果在機(jī)車一端加掛一輛專用壓氣制動(dòng)車，即在制動(dòng)車上安設(shè)制動(dòng)用的壓氣裝置，在電機(jī)車的制動(dòng)裝置上添加制動(dòng)氣缸，并聯(lián)電機(jī)車與制動(dòng)車的氣路，有司機(jī)統(tǒng)一控制制動(dòng)。

因?yàn)榧訏斓膶Ｓ弥苿?dòng)車的外型尺寸不需要很大，當(dāng)它們連接在一起進(jìn)行調(diào)頭時(shí)，專用制動(dòng)車在前方不會(huì)影響司機(jī)的視線，所以加掛專用制動(dòng)車是應(yīng)該采取的一種有效地解決目前電機(jī)車制動(dòng)力不足的措施。

（2）在列車中采用有閘礦車制動(dòng)

所謂有閘礦車就是根據(jù)列車的制動(dòng)原理，在礦車上設(shè)置壓氣動(dòng)作的制動(dòng)閘礦車。對(duì)于底卸式礦車在卸載時(shí)不需要摘鉤，也不需要翻斗卸載，所以可以在這類礦車上設(shè)置壓氣動(dòng)作的制動(dòng)閘，有司機(jī)統(tǒng)一控制，制動(dòng)時(shí)每個(gè)礦車都能充分利用自身的粘著力，產(chǎn)生自制制動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增大列車制動(dòng)力的目的。這時(shí)電機(jī)車制動(dòng)距離的公式（1）就變?yōu)橄率剑?）：

Lzd（2）

其中：G-礦車的粘著重量，t; η-礦車粘著系數(shù)。

其它符號(hào)同（1）式。

從式（2）可以看到列車的制動(dòng)力會(huì)有明顯地增大，從而制動(dòng)距離也就能夠相應(yīng)地得到縮短。

（3）采用前后雙機(jī)牽引制動(dòng)

列車采用前后雙機(jī)牽引時(shí)，電機(jī)車的制動(dòng)力就增大了一倍，可以有效地縮短電機(jī)車的制動(dòng)距離。這時(shí)電機(jī)車的制動(dòng)距離公式（1）就變成式（3），即：

Lzd（3）

對(duì)于式（1）和式（3）分別代入下值計(jì)算：

i=-3;Vzh=4m/s; n=25;q0=2.375t；q=4t；

P=10t； ψ=0.24； ωzh=3.5N/kN; tk=3s。

單機(jī)車牽引時(shí)的制動(dòng)距離Lzd（1）= 54.57m

前后雙機(jī)牽引時(shí)列車的制動(dòng)距離為Lzd（2）= 38.46m

Lzd（2）-Lzd（1）=16.11m

通過上述計(jì)算可以看到使用前后雙機(jī)牽引時(shí)制動(dòng)距離比用一輛電機(jī)車牽引時(shí)制動(dòng)距離縮短16.11m，既達(dá)到了煤礦安全規(guī)程中的規(guī)定，又滿足了生產(chǎn)的需求，所以這種方法具有可行性。

前后雙機(jī)牽引時(shí)，礦車間應(yīng)采用硬性連接裝置，不用連接環(huán)連接，列車在運(yùn)行時(shí)有一輛電機(jī)車操縱，兩輛電機(jī)車同步運(yùn)行，制動(dòng)時(shí)，前后電機(jī)車同時(shí)制動(dòng)，以避免電機(jī)車前邊制動(dòng)時(shí)，后面的礦車因連接環(huán)的間隙而產(chǎn)生一連串的沖擊，導(dǎo)致有落道、零部件損壞等非正常運(yùn)行事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

綜上所述，為解決架線式電機(jī)車運(yùn)輸受制動(dòng)距離的限制，而不能實(shí)現(xiàn)“多拉快跑”的目的，從電機(jī)車的制動(dòng)原理上進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際使用情況結(jié)合電機(jī)車的制動(dòng)距離計(jì)算公式提出了縮短電機(jī)車制動(dòng)距離的有效途徑有：

一是縮短電機(jī)車的空行程時(shí)間。這種程方法雖然好，但是需要在電機(jī)車上加設(shè)壓力設(shè)備，改造較復(fù)雜；

二是提高電機(jī)車粘著系數(shù)。軌道重型化發(fā)展是提高粘著系數(shù)的有效方法，本人認(rèn)為這種方法在一些老礦井為了提高運(yùn)輸效率應(yīng)該考慮；

三是增加制動(dòng)力、提高列車的粘著質(zhì)量。

1）列車中加掛專用壓氣制動(dòng)車是解決目前電機(jī)車制動(dòng)力不足而應(yīng)該采取的一種有效措施；

2）采用有閘礦車制動(dòng)。這種途徑由于費(fèi)用大、成本高，不能得到廣泛的應(yīng)用；

3）采用前后雙機(jī)牽引制動(dòng)。這種方法雖然成本高、費(fèi)用大點(diǎn)，但是也不失為一種即可使用的辦法。

總之，通過理論分析筆者認(rèn)為采用增加列車制動(dòng)力的方法，可以在很大程度上縮短電機(jī)車的制動(dòng)距離，從而達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》對(duì)制動(dòng)距離的要求。

參考文獻(xiàn)

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注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”