机械毕业设计论文-25t矿用隔爆电机车设计

机械毕业设计论文-25t矿用隔爆电机车设计内容摘要：

89 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 机车是 轨道车辆运输的一种牵引设备。 按使用的动力分，有电机车和内燃机车。 它的工作原理是： 牵引电机（或内燃机）驱动车轮转动，借助车轮与轨面间的摩擦力，使 机车在轨道上运行。 在这种运行方式下，它的牵引力不仅受牵引电机（或内燃机）功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约。 内燃机车广泛地运用于井下运输，特别是英国，这 种 机车的柴油机能做到隔爆，甚至在有瓦斯的矿山也可以使用这种机车，但柴油机最大的缺点就是废气污染空气，这就需要从主风道 系统显著地增大新鲜 空气的供应。 一辆柴油机车通常每马力安装容量约消耗 60 立方米的空气。 因此，在通风条件不好的情况下，此车的使用也受到了极大的限制。 全套图纸，加 153893706 目前我国 煤矿的运输机车都是电机车， 它的主要用途是在水平线路上牵引其他车辆运送煤炭，物料及人员 ， 它是矿山运输主要设备之 —。 它使用 的都是直流串激电动机， 因为它的机械 特 性软，结构简单，能适应矿山井下困难的工作条件。 与其它激磁方式的直流电动机比较，在经济上和技术上都具有较好的特性。 （ 1） 起动时，它能以不大的电流产生较大的起动牵引力，故在相同的牵引条件下，牵引电动机的容量可小些。 （ 2） 牵引力和转速能随列车运行阻力及行驶条件自动调节。 这是由于串激电动机具有较软的牵引特性，当上 坡或负荷较大时，电动机的转速会随牵引力的增加而自 动降低，保证运行安全。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 2 页 （ 3） 当电压变化时，直流串激电动机只改变转速而不影响转矩。 所以当架线的电压降较大时，电机车仍能起动。 （ 4） 串激电动机并联工作时，负荷分配比较均匀。 当电动机特性不同或主动轮直径不同时，各电动机之间会引起负荷电流不同，但由于串激电动机较软的牵引特性，故负荷差异甚小，（在 5%－ 10%之间），这样可避免个别电动机在运转中因负荷不均而产生严重过载现象。 串激电动机的缺点是调速性能差，但矿用电机车对调速性能要求不高， 故不影响它在矿用电机车上的应用。 矿用电机车的分类 我国煤矿使用的窄 轨电机车主要 有架线式和蓄电池式两种。 架线式电机车 架线式电机车的供电系统如图 1－ 1 所示。 交流电在变 电 所整流后， 正极 通过供电电缆与架空线相连接，其间的接点称 馈 电点 ， 其负极通过回电电缆与轨道连接，相应的接点称回电点。 工作时， 架空线是沿运行轨道上空架设的裸导线，机车上的受电弓与架空线接触，将电流引入车内，经车上的控制器和牵引电动机，再经轨道流回 构成回路，使牵引电动机工作，从而使电机车牵引矿车组行驶。 由此可见，架线式电机车的运行轨道，同时又是电流回路的导线。 为减小牵引电网的电压降，一般在钢轨的接缝 处用导线或铜片连接，以减小接缝处的电阻。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 3 页 架线式电机车运行时，受电弓与架空线间难免产生火花，《煤矿安全规程》规定，只能在低沼气矿井进风 （全风压通风）的主要运输巷道 内 ，如果用架线式电机车，必须遵守 《煤矿安全规程》第 317 条的有关规定。 与蓄电池电机车相比较，架线式电机车由于具有成 本低，设备简单，能力大， 工作效 率高 （由于输入的电压稳定，可长期供电） ，运输可靠且易维护等优点，所以应用比较普遍。 但它也存在一些缺点：由于使用外部电源作牵引，需架专用电线，工作人员有从带电裸线触电的危险，但这种危险可借线网隔板和采用可将电流从导线转送至机车的集电器 予以减少。 然而，此方法仍无法防止甲烷爆炸的危险。 此外杂散电流也有潜在的危险。 因此，接触网运输系统需要仔细地铺轨，轨道各连接点，必须使用轨隙连接器，并且要精心地维护轨道和地面。 所以只能适用在沼气，煤尘含量低，且通风条件好的井下作业。 在超级瓦斯矿使用是绝 对不允许的，因为在受电 弓 与架空线 接触 时所产生的火花有可能引起瓦斯爆炸的危险。 《煤矿安全规程 》规定：在低瓦斯矿井全风压通风的主要巷道内，可以使用架线式电机车，但巷道支护必须使用不燃性材料。 蓄电池式电机车 蓄电池式电机车 与架线式电机车不同，它是 由 装置在 车上的蓄电池 组 供电， 故不需要架设牵引电网，不存在受电弓与导线接触不良而产生的火花危险。 因它具有可靠的防爆性能，可用于有瓦斯、煤尘积存较多的巷道运输，运输线路不受限制， 凡是铺设好轨道的任何地点，蓄电池电机车都能去。 但需要充电设施， 其初期投资和运转费较高 ，且连续工作时间短，效率低。 蓄电池由于经过使用耗电和在充电的周期，寿命会缩短，其充电液会有所损耗， 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 4 页 电压也会有所下降，导致牵引力也会下降，需采取一定的措施对设备进行维护。 因此，这种电机车比较适用于巷道掘进运输，以及产量较小、巷道不太规则的运输系统。 《煤矿安全规程》规定：在高瓦斯矿井的主要运输巷道及掘进的岩石巷道内，应使用矿用增安型蓄电池电机车。 蓄电池放电到规定值时需更换。 它的供电系统图如 图 1－ 2所示 ： 蓄电池式电机车有矿用增安型和矿用防爆特殊型两种。 增安型的电动机、控制器、灯具、电缆插销等为隔爆型或增安型 ，蓄电池和电池箱为普通型。 防爆特殊型的电动机、控制器灯具、电缆插销等为隔爆型，蓄电池为防爆特殊型。 按其结构．特点和主要参数 电机车还 可分为以下几种： 按使用地点可分为地面型和井下型：按电源种类可分为直流式和交流式：按粘着质量可分为 ,3t,5t,7t,8t,10t12t,14t,20t 等；按使用电压可分为48v,90v,110v,132v,140v 等蓄电池电机车和 250v， 550v 架线电机车；按防护方式可打为矿用一股型架线电 机 车和增安型．防爆特殊性．隔爆型蓄电池电机车；按使用轨距可分为 600mm． 762mm 和 900mm 轨距电机车 此外，还有按用途．走行部的结构．车架的结构，控制方式等分类 矿用 电机车的优点 矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，它有下列一些优点： （ 1） 牵引力大。 机车采用直流串激牵引电动机，该电机特性能使机车获得较 大 的牵引力。 （ 2） 维护费用小。 电机车运行速度较高，最高可达 26Km/h，而且只用 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 5 页 司机一人操作就可以，所需辅助人员少，维护简单，动力消耗不大。 （ 3） 可改善劳动条件。 电机车不受气候的影响，由于采用电力拖动，不会产 生 废气，避免了空气污染 ，大大改善了劳动条件，保证了井 下工人的安全。 电机车运输的缺点是：基建投资较大（架线式电机车要铺设轨道、 安架空线、设牵引变流所）； 架 线式电机车需要有较大的巷道断面，会产生不良的泄漏电流，而蓄电池式电机车蓄电池组成本较高。 电机车的工作原理 电机车的工作原理如图 l3 所示．由供电示意图可知，电机车的牵引电动机从架线或蓄电池获得电能时电动机电枢将开始转动，电枢轴上产生转矩M39。 ，经传动齿轮传到机车动轮上形成转矩 M， M可分为一对力偶 Pl 和 P139。 ，它们作用在轴心的合力为零；当车轮压在钢轨上时，车轮就对钢轨施加一作用力 Pl，钢 轨随之产生一个与之相等的粘着力 F(摩擦力 )，从而使车轮与钢轨接触点 C瞬间合力为零，则该点的相对速度也为零。 这个 C 点称为瞬时滚动中心。 对电机车的作用来说， P1与 F两者相互平衡而抵消，只有通过轮轴中心 O 的力 P139。 没有被平衡，它成为电机车的牵引力．使电机车的动轮围绕瞬时滚动中心 C转动，于是列车向右运行。 由此可见，电机车粘着力 F 的存在是形成牵引力 P39。 的先决条什，它与 P39。 方向相同．数量相等。 为了计算方便起见，通常就把作用于轮周 C 点的反作用力 F 称为电机车的牵引力，所以电机车所有主动轮上的牵引力总和组成了 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 6 页 电机车的牵引力 ，此力同列车运行总阻力相平衡。 由于牵引力 F与牵引电动机工作时传出的旋转力矩 M 成正比，故增大 M（增大牵引电动机功率），牵引力 F也相应增大。 但 F 的增大不能是任意的，它要受粘着力的限制，如果牵引力大于粘着力，车轮与轨道间就会产生滑动，电机车只会转，不会前进。 电机车的起动是通过逐步加大牵引电动机的端电压．以提高电动机的转矩，增加电机车的牵引力而不断加速前进的。 电机车的调速．采用变换牵引电动机的串．并联组合．改变电动机端电压以及调节它的励磁强弱等办法来实现． 当运行的电机车需要减速或停止时，首先切断电动机的电源， 然后采用电制动或机械制动产生出的制动力对电机车进行制动。 电机车的工作条件及技术要求 由于矿山井下空间狭窄且存在瓦斯等易燃易爆危险气体，所以井下电气没备不仅规格上受到限制，而且必须防爆。 电机车的工作条件 (1)受技术和经济条件限制，矿井巷道断面小，弯道半径应符合机车外型尺寸和轴距尺寸允许的最小半径规定； (2)无明显的急竖曲线； (3)轨面较为平整，无明显的轨道吊板，空板，二角坑及轨缝，方向，水平严重超限等不良情况。 (1)电源电压波动范围匝在 70%120%之间，即 250V电机车为 175V300V；550V 电机车为 375V— 660V。 (2)牵引电动机和电器上必须采用有效的措施，使电压波动在允许的范围内。 (3)集电器接触良好，保持正常供电。 (1)海拔不超过 1000m (2)温度控制在﹣ 40℃ 30℃范围内 (采用电子原件的电机车最低温度为 20℃ ) 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 7 页 (3)最湿月月平均最大相对湿度不大于 90%(同月月平均最低温度不大于+25℃ )． (4)适应井下湿度大及轨道上有积水的特殊恶劣环境。 (1)外型尺寸能适应巷道断面．罐笼尺寸 以及建筑的限界条件。 (2)外型尺寸和轴距尺寸与道岔警冲标的设置相一致。 (1)能适应频繁起动和制动的要求。 (2)能适应频繁换向的要求。 (1)电机车运行的等阻坡度为 2‰，全线平均坡度为 3‰ 5‰必须是空车上行．重车下行。 (2)局部最大坡度不应大于 7‰。 (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 井 进风 (全风压通风 )的主要运输巷道内，应使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： ①沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌碹或锚喷支护； ②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； ③采用炭素滑板或其他能减小火花的集电器。 ④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)瓦斯矿井的主要山风巷和采区进，回风巷内，应使用矿用防爆特殊型雷电池电机车或矿用防爆柴油机车。 (5)煤 (岩 )与瓦斯突出订井和瓦斯喷出区域内，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 特殊型蓄电池电机车或可用防爆柴 油 机车。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 8 页 电机车的主要技术要求 (1)电机车整台重量对公称粘着质量的允许误差一般为 +10 一 4%。 (2)电机车在额定电压和小时制电流时，其小时制牵引力不小于额定值的 94%。 (3)电机车在额定电压和小时制电流时，其小时制速度允许误差不超过额定值的177。 6%。 (4)电机 车 的直流牵引电动机应符合 JB2286 一 78《牵引电器基本技术条件》的相应规定。 (5)电机车应有 负 载和短路保护装置，经地面架空线引入井下供电的牵引架线网络还需要有过电压保护装置。 (6)电机车的电气系统 应有连锁苌置，以保讣电机车在任何情况下，电气线路组合正确。 (7)电机车应有警号装置。 如：警铃，电 (气 )喇叭。 在额定电 (气 )压下，警号声音的声压在井下 60m 处不小于 70dB； (8)电机车前后应有耐震的照明灯，井下照射距离 60m 处光的平均照度不小于 2 lm。 电机车主要 由 机械 、 电气和空气管路系统三部分组成 (空气管路部分只在重型电机车中有 ) 电机车的发展方向 目前，国外大部分矿井采用 25t 以下电机车，个别大型矿井使用 25－ 50t电机车，电机车运输的发展方向是： (1)电机车粘着质量朝着大吨位方向发展， 提高机车的粘重 (矿车的容积也应增加 )。 可使矿井机车需用量减少，简化运输系统，提高运输效率。 有 利于运输生产和安全管理。 (2)提高电机车的运行速度和运输效率，实现多拉快跑，减少运输成本。 (3)采用先进的制动系统，保证安全运输。 如除手制动和电制动外，增加风制动或液压制动等，减小司机劳动强度。 制动灵敏准确；减小操作空行程距离，增强制动的安全可靠性。 正电机车的制动器结构上，采用新型制动器．使制动器直接与轨道接触 (如电磁式．卡轨式 )，增大摩擦力，提高制动力等。 (4)发展交流工频架线电机车，在机车上直接使用交流工频 电源，无需中央整流室，提高用电效率，降低成本，同时还可很好地解决架线终端电压降 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 9 页 大和轨道的杂散电流问题等。 (5)采用大功率晶闸管等元件，采用电机车脉冲调速控制，实现无级调速，节约电能等。 (6)向高度自动化方向发展，实现电机车的自动控制或集中控制等。 总的趋向是增加列车载重，电机车串联运转，减少列车次数。 2 蓄电池电机车的 设计方案 本 机车 的结构分为机械和电气两 大 部分。 机械部分由台车 ,车体 ,制动器 ,司机室 ,撒沙装置 ,悬挂装置和 板弹簧等组成。 机车的 电气部分由隔爆特殊型电源装置 ,隔爆 插销连接 器 ,隔爆控制 器 ,隔爆电阻器 ,隔爆直流牵引电动机及隔爆照明灯等组成。 机械部分 台车部分的设计 台车由减速器 ,轮对及联轴器等部分组成。 合理选择减速器类型是拟定传动方案的重要环节，要合理选择减速器类型必须对各种类型的减速器的特点进行了解。 带传动的承载能力小，传动平稳，可以吸收振动，但是传动比不稳定，结构尺寸大，多布置在传动比稳定性要求不高的高速级 传动； 链传动运动不均匀，有冲击，应布置在低速级 ； 开式传动的工作条件差，一般布置在低速级。 齿轮传动的传动 效率高，适用于大功率场合，以降低功率损失； 蜗杆传动的效率低，多 用于小功率场合。 另外，载荷变化较大或出现过载的可能性较大时，应该选择有过载保护和有吸振功能的传动形式，如带传动；在传动比要求严格时，可选用齿轮传动或蜗杆传动，在粉尘、潮湿、易燃、易爆场合工作时，应该选择闭式传动或链传动等。 通过以上各传动特点的分析，本电机车减速器应选择闭式齿轮传动。 减速器 减速器 主要由传动零件 （齿轮） 、轴及轴承、箱体和附件组成。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 10 页 1． 齿轮、轴及轴承 减速器中的小齿轮与高速 轴 采用齿轮轴结构 ； 大齿轮与低速轴分别制造，齿轮在轴上的周向固定采用过盈配合附加平键联接。 轴上零件的轴向定位与固定采用轴环、轴肩、轴套和轴承盖等加以实现。 齿轮的润滑采用浸油润滑。 两根轴的支承均采用圆锥滚子轴承，这种轴承组合适用于承受较大径向载荷 和轴向载荷复合作用的情况 ； 当轴向载荷不大时，可采用深沟球轴承。 用凸缘式轴承盖轴向固定轴承时，应在轴承盖凸缘与箱体轴承座端面间加调整垫片，轴承的轴向游隙是通过用调整垫片调整轴承盖的轴向位置 来 保证的，轴的热胀量也在调整轴承轴向游隙时一并 考虑。 轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油进行润滑， 箱座油池中的润滑油被齿轮飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁坡口流进箱座剖分面上的输油沟，再经轴承盖上的导 油槽流入轴承。 当浸油齿轮的圆周速度 v≤ 2m/s 时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可在轴承内侧加装挡油盘。 为防止在轴外伸段处箱内润滑油流失以及外部灰砂、异物进入箱内，在轴承透盖和外伸轴之间装有密封件。 减速器内齿轮、轴及轴承的计算、选择及校核 将在下一章作介绍。 2． 减速器 箱体 箱体是减速器的重要组成部件。 它 的作用在于支持旋转轴和轴上零件 ，并为轴上传动零件提供一封闭的工作空间，使其处于良好的工作状况， 同时防止外界灰砂、异物侵入以及箱体润滑油逸出。 箱体兼作油箱使用，以保证传动零件啮合过程 的良好润滑。 箱体是减速器中结构和受力最复杂 是传动 零件 应具有足够的强度和刚度。 箱体通常用灰铸铁制造， 灰铸铁 具有良好的铸造性能和减振性能，易获得美观外形，适宜于批量生产。 对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。 单件生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。 为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。 上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。 轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。 为保证箱体具有足 够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。 为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。 箱体上安装轴承盖、窥视孔盖、通气器、油标尺、放油螺塞以及与地基结合面处应设计凸。