摘要：在井下煤矿水平运输的各类设备中，电机车凭借其较大的牵引力和良好的安全稳定性，得到了广泛的应用。电机车牵引力与负荷，也就是黏着牵引力之间的匹配问题一直以来是研究的重中之重。本文通过简要介绍井下电机车的工作原理，分析影响黏着牵引力的两大因素，并据此提出一系列提高黏着牵引力的措施，以提高井下电机车的工作效率，降低其运行成本和维修成本。
关键词：井下电机车；电动机牵引力；黏着牵引力；煤矿
0 引言
井下电机车凭借其强大的牵引力、良好的稳定可靠性，以及绿色环保等一系列优点，在井下煤矿运输中扮演着越来越重要的角色，诸如在输送煤炭的过程中沿着轨道牵引矿车运送人员以及相关井下物资等。井下电机车的牵引力一直是业内学者及厂家的研究热点，电机车牵引力与负荷，也就是黏着牵引力之间的匹配问题是研究的重点。如何确定影响电机车牵引力的因素，以及判别这些因素的影响力大小，对于优化电机车的牵引力、提高运输车的运输效率以及保证安全生产至关重要[1]。
1 概述
根据电机车的牵引原理，电机车在实际工作中主要承受两方面的作用，一个是电动机牵引力，即被牵引电动机影响的牵引力；另一个是黏着牵引力，即受黏着条件影响的牵引力。当电机车处于最佳工作状态时，电动机牵引力的大小应该是和黏着牵引力的大小相当的[2]。但是，由于实际工作条件的影响，电机车很大一部分时间都不处于最佳工作状态，此时电动机牵引力和黏着牵引力之间存在一定误差，有时两者之间的差距很大，这严重影响到电机车的运行效率[3]。
2 井下电机车的工作原理
电机车在行驶过程中，其前进轮受力比较复杂，具体如下图所示。其中，电机车的运行阻力Wc主要来自于两方面，一个是电机车的静阻力，另一个是电机车的惯性阻力。电机车的前进轮和轨道接触于O点，多个前进轮分担了电机车的重力，其中每个前进轮的分力为P0，其方向经过回转中心C和O点；轨道对于前进轮有法向支撑力，为N0，同样也是作用于接触点，即O点。摩擦力为F0，它与电机车的行驶方向同向，与地面相切，以推动电机车前进[4]。
图1 电机车前进轮的受力图
3 电机车牵引力影响因素
3.1 电动机牵引力
在电机车制造时，其电动机的牵引力就已经定下来了，在实际运行过程中，它只和电动机的功率和转速有关[5]。
3.2 黏着牵引力
黏着牵引力的大小取决于两方面，一个是电机车车轮和轨道之间的黏着摩擦系数，另一个是电机车的重力引起的对前进轮的压力。
当电动机的牵引力确定以后，电机车的最大牵引力主要受黏着牵引力作用，即车轮与轨道的黏着系数。一旦电动机牵引力大于黏着牵引力时，电机车原有的黏着环境就会被破坏，从而导致车轮打滑，影响电机车的正常运行。在这种情况下，电机车的电动机牵引力就无法完全发挥出来[6]。
4 提高井下电机车牵引力的措施
在电机车重量确定时，黏着系数决定了黏着牵引力的大小；在黏着系数确定时，电机车的重量决定了黏着牵引力的大小。当电机车的重量越大时，黏着牵引力也越大。一般来说，为了提高黏着牵引力，通常可以从提高电机车对前进轮的压力和提高黏着系数这两方面考虑[7]。
4.1 提高压力
在电机车的电动机产生的牵引力确定时，需要特别注意电机车牵引力和黏着牵引力之间的匹配关系，以减少出现打滑的情况，最大限度的利用电动机输出牵引力，提高运行效率。当电机车的前进车轮和轨道之间的黏着系数固定时，其牵引力就和电机车对前进车轮的压力成正比。
在提高压力方面，比较常见的做法是增加电机车载重量，主要有两个方法：
（1）增加总重
提高电机车对轨道的压力最简单高效的方法就是增加电机车总重，从而增加平均到每一个前进轮上的黏着重力，从而有效提高与地面的摩擦力。通常来说，可以通过合理分配电机车在各个前进轮上的重力的方式增加压力。同时，可以采用配重块的形式增加总重，但是这需要通过综合考虑电机车的结构特点、电动机的负载和功率以及行驶速度等等，合理有效的选择配重块，以保证对整体结构的安全性。
（2）改变驱动形式
一般来说，电机车都是采用主动轮驱动从动轮的形式，这就容易造成从动轮的打滑。因此，可以考采用前后轮同时驱动的方式，以增加主动轮对的个数，从而使得电机车主动轮的黏着质量和电机车总质量的匹配。
（3）优化电机车结构
电机车牵引高度决定了其车钩牵引力的倾翻力矩，高度越高，在实际行驶时就会减弱前车轮的压力。因此，在满足基本载重的前提下，通过降低电机车牵引高度的方式，可以减少倾翻力矩，从而避免前车轮压力减小的问题；另一方面，可以设置主动配重设备，以适当补偿车轮压力减少带来的影响。具体方式如下：电机车向前行驶时，主动配重机构将会带动质量块前移，同理，电机车向后行驶时，主动配重机构将会带动质量块后移，以保证压力的平衡。
4.2 提高黏着系数
相比较于增加电机车的质量，提高黏着系数更具有实际意义和操作便利性。在提高黏着系数方面，具体来说有以下几种方法：
（1）在轨道表面撒砂颗粒
在轨道表面撒上一些颗粒大小适中、干湿程度合格的砂颗粒，可以有效提高黏着系数。这种做法简单实用，成本低，缺点就是工作量比较大而且对颗粒的大小、干湿程度要求比较严格。
（2）增大前进轮半径
经过一系列实验测定，发现黏着系数和前进轮的转速成反比，因此，在保证相同行驶速度的前提下，通过增大前进轮半径，可以有效降低前进轮的转速，从而提高黏着系数。这种做法需要从机车结构上进行调整，其成本较高。而且常规的机车行驶速度并不快，这种增大车轮半径的方法效果并不是很明显。
（3）改造车轮表面
为了提高黏着系数，可以从改造车轮表面着手。通常的做法是给前进轮套上一层耐磨的套箍。这种做法的好处是可以临时有效提高车轮黏着系数，机动性高，且改造的程度可以根据套箍的材料和数量进行灵活变通，其缺点就是在机车载重量比较大的时候，轨道的街头和套箍之间的碾压、冲击会对套箍的寿命造成影响，维护成本较高。
（4）加装磁化设备
电磁吸附的原理可以使电机车的前进轮产生一定磁性，从而吸引铁轨，提高两者之间的黏着系数。这种做法的优点是改装技术先进，磨损损失小，缺点是改装结构复杂，成本较高。
5 结束语
井下电机车对于运送人员、井下煤矿物资具有很大的优势。因此充分发挥电机车电动机的牵引力对于提高装载效率、降低成本具有很大的影响。本文通过简要介绍了电机车的运行原理，对电机车牵引力的影响因素做了分析，并据此探讨了提高黏着牵引力的几个措施，例如增加电机车对轨道的压力，增加轨道的黏着系数等等。这对于有效增加电机车黏着牵引力，进而提高运行效率、降低运行和维修成本具有一定的参考价值。
参考文献：
[1] 石耀慧. 煤矿井下电机车牵引力影响因素的探讨[J]. 煤矿机械, 2010, 31(10):81-83.
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[4] 鲍子强. 煤矿井下机车的粘着重量与牵引性能分析[J]. 煤矿机械, 1990(10):10-13.
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[6] 赵春沛, 何全茂. 提高矿用电机车牵引力的措施探讨[J]. 煤矿机械, 2010, 31(3):218-220.
[7] 孟繁金, 田军. 电机车牵引力及其相关参数的选择与计算[J]. 煤矿机械, 2000(7):8-10.
论文作者:朱建国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：牵引力论文; 电机论文; 井下论文; 电动机论文; 系数论文; 车轮论文; 轨道论文; 《电力设备》2018年第27期论文;