煤矿电机车制动机构优化问题探讨

煤矿电机车制动机构优化问题探讨

张洋

山西焦煤 华晋焦煤有限责任公司沙曲一号煤矿 山西吕梁 033300

摘要：优化设计的基础上，分析煤矿电机车制动器，Adams虚拟样机分析软件的基础上的制动轮蹄接触力进行改进，并讨论了煤矿电机车制动器的优化设计，以及具体的铁路运输在矿井巷道为例，对煤矿电力机车制动机构进行了现场试验和优化。实践表明，优化改进后的煤矿电力机车制动时间和制动距离明显缩短，井下轨道运输巷道的生产效率和安全程度明显提高。

关键词：电机车；制动；优化

1煤矿电机车制动机构优化原理

优化煤矿电力机车制动机构的关键是通过缩短制动时间来解决制动距离超限的问题。制动时间的长短在一定程度上取决于电力机车的制动减速。

1.1电机车制动减速度

煤矿电力机车制动减速主要受多种因素影响，计算公式如下:根据公式可知，煤矿电力机车减速主要受制动性能、电力机车质量和运行阻力的影响。

其中: α 为煤矿电力机车制动减速度(m/s²) ，f 为电力机车制动力(n.m) ，p 为电力机车重量(kg) ，q 为电力机车附着质量(kg) ，μ 为电力机车行驶阻力系数，i 为行驶轨道工作面坡度(°) ，γ 电力机车行驶惯性系数，井下铁路运输大巷通常采用0.075。

1.2电机车制动距离

煤矿电力机车的制动过程可分为空行程和实际制动两个阶段。前者是指制动的阶段是必需的，但机车仍然以原来的速度运行在车轮接触闸瓦之前，而后者指的是实际制动过程后车轮接触闸瓦，即电力机车完全停止的阶段。从以上分析的角度来看，煤矿电力机车的制动距离模型可以列为一个公式（2）。

式中，S为煤矿电力机车实际制动距离(m);υ煤矿电力机车制动前的运行速度(m/s);T为煤矿电机车制动空行程所需时间(min);α′为煤矿电力机车制动怠速行程减速(m/s2);其他参数含义相同。

通过上述分析可以看出，通过降低机车制动机构自重和粘滞重，改善闸瓦与连杆的材料匹配，可以加强机车制动机构的优化设计。

2煤矿电机车制动机构优化设计

2.1优化设计思路

如果煤矿电力机车制动联动机构效率不高，输出制动力不稳定，从而延长电力机车的制动距离和制动时间，降低制动性能。压力应力转化为制动力，主要通过与制动杆连接的制动蹄片作用于车轮上，大大缩短了煤矿电力机车的制动时间。因此，本文主要是对于Adams虚拟样机分析软件，从提高制动轮与制动蹄片之间的接触力和提高制动联动机构制动力传递率的角度，对煤矿电力机车制动机构进行优化设计。分析了煤矿电力机车制动性能对灵敏度的影响变量，根据灵敏度分析的结果，结合电力机车拉杆材料和部件进行布置，确定了实际拉杆和安装尺寸的限制，确定影响电力机车制动性能的关键变量范围、接触力，根据工况最大调整各变量的值。

2.2优化设计实例

某矿井电机车采用的是防爆蓄电池电机车CTL12/6GYB ，轴距：1220mm，通过的最小曲率半径：10m，粘重：12吨，小时制牵引力：16.48KN，小时制速度：8.7km/s，小时制功率：22×2kw，最大牵引力：29.43KN，最大速度：20km/h，电流制：直流，额定电压：192V，调速方式：斩波调速，制动方式：机械/空气，长度7000m的运输巷道主要沿煤层岩石底板开拓，运输巷道宽5.0m，高4.2m，坡度0.5‰，局部坡度0.7‰，铺设轨道为43kg/m的双股重轨，道床整体固定。

矿山运输线路较长，运输环境复杂。为了保证煤矿电力机车的运输安全，充分发挥其效率，有必要对其制动距离进行测试，确定电力机车的最大运输速度和最大负荷。正式试验前选定了直线行驶的最大坡度路段作为试验路段，并对电力机车在匀速行驶时的减速制动运行周期进行了划分，详细检查了电力机车的轨道和收割机的技术指标，重点介绍了电力机车的制动系统、连接装置及沙盒系统等，保证沙盒内填满烘烤炸干且粒度在2mm以内。在现场试验过程中，采用手刹、电刹、喷砂的制动方式。制动前速度测量距离为20m。对于设定的负载，当制动距离超过4列时，应重新测试限速。为了保证电力机车在地下轨道运输巷道中的安全稳定运行，《煤矿安全规程》对电力机车的制动距离作了严格的规定。试验结果表明，在相同的电力机车制动速度下，湿轨铺砂制动距离约为干轨铺砂制动距离的两倍。其主要原因除附着系数不同外，还包括电力机车的操作误差、正时误差、实际负载误差、电力机车制动系统性能等因素。萨沙情况下将干涸铁路速度控制在有限的范围内，包括重型汽车下坡在所有操作条件下，如制动距离符合有关规定，理论和3 #电力机车制动运行太快，之前因为测量制动距离和制动距离理论是在规则之外，降低其制动速度，重复之前的试验，平均制动距离为18.6m，符合规定。

2.3测试结果分析

严格执行煤矿安全规程，对煤矿电力机车进行制动试验，确保过程和结果的可靠性。在试验过程中，浇注时间和制动操作时间的控制对试验精度也有很大的影响。规定的空气运行时间为2秒，但由于操作人员技术水平不同，时间控制不同，导致制动距离延长。在其他条件相同的情况下，电力机车的制动力主要受轮轨附着系数的影响。根据试验结果，在电力机车制动力组成中，附着系数是稳定性最差的因素:干式钢轨砂土附着系数较大，试验结果符合规则，湿式钢轨砂土附着系数较小，在轨道坡度、冲击载荷惯性力等因素综合作用下制动距离超出规则。因此，煤矿电力机车实际运行中必须采用干轨砂型铸造，以保证附着系数和制动性能。

结合煤矿井下轨道运输的作业实践，通过改进电力机车制动机构的机械结构，不可能从根本上缩短空转时间。因此，在上述改进和优化的基础上，应采取有效措施，提高其响应灵敏度，缩短空闲行程时间。具体来说，要对原有制动系统的气动回路进行改进，用无线遥控功能取代人工的气动回路控制方式，从而实现煤矿电力机车的智能制动，从根本上缩短空转时间。

结语

综上所述，煤矿电力机车是井下轨道运输巷道中人员和设备运输的重要设备，运行的安全稳定直接决定着井下轨道运输巷道的生产效率和人员安全。根据地下轨道运输巷道的实际情况，对煤矿电力机车制动机构连杆和制动杆进行了优化设计，将气动回路的人工控制方式改进为无线遥控方式，可有效提高电力机车的响应灵敏度，提高制动力，解决制动距离超限的问题。

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