浅谈如何缩短矿井窄轨电机车的制动距离

陈宝红

摘 要 本文对电机车制动距离的原理进行了分析，根据实际使用情况结合电机车的制动距离计算公式提出了缩短电机车制动距离的途径，并从理论上论证了这些途径的可行性，为保证煤矿矿车的安全运行提供了依据。

关键词 缩短；矿井；电机车；制动距离

中图分类号TD5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0079-02

0 引言

在目前的煤矿生产过程中，电机车运输仍然是一个主要环节，它担负着运输煤炭、矿石、材料、设备、人员等任务。井下电机车运输系统是井下平巷运输的主要方式，而架线电机车运输又是我国目前井下水平大巷运输的主要形方式，与其他类型的电机车相比，它具有成本低、运输能力大；维护简单、操作方便、运营费用低、可运送井下各种货物和人员等优点。但是也存在不足，制动距离超长就是一个重要的问题，它严重地制约了电机车的运输能力和效率，威胁着电机车的安全运输，所以提高电机车制动系统的可靠性，保证电机车的制动距离在《煤矿安全规程》范围内，是运输安全的重要环节。

1 矿用窄轨电机车的制动原理分析

为了保证煤矿矿车的安全运行，列车的制动距离必须符合 “运送物料时不得超过40m；运送人员时不得超过20m。”这一点在《煤矿安全规程》（2008版）中第351条进行了明确的规定。电机车的制动距离可以分成空行程距离和实际制动距离两部分，因为通常指的制动距离是“司机开始扳动闸轮或电闸手把到列车完全停止的最大距离。”所谓空行程距离指的是司机开始扳动闸轮到闸瓦与车轮踏面接触前的一段时间内机车所运行的距离，这段时间由于闸瓦与车轮踏面没有接触，所以也就不会产生制动力；而实际制动距离是指闸瓦与车轮踏面接触后，加压产生了制动力，直到列车因受制动力后完全停止下来所运行的距离。所以列车的制动距离Lzd的计算公式可以表示如下：

式中： Lzd为制动距离，m；i为坡度（下坡运行）；Vzh为重载列车制动前的最大速度，m/s；n为矿车台数；q0为矿车自重（t）；q为矿车载重，t；P为机车自重，t；ψ为粘着系数，按撒砂起动取0.24；ωzh为列车阻力系数。tk为列车空走时间，s。

从上述公式中可以看出，列车阻力系数ωzh、坡度i是已知常数，而Vzh、tk、P、q的改变将影响制动距离，减小V、q可以使列车制动距离缩小，但是运输上却希望减小制动距离时又不能降低效率，所以增加P值和粘着系数是缩短制动距离积极有效的措施，当然缩短电机车的空行程时间也能达到缩短电机车距离的目的。

2 电机车制动距离现状

目前，煤矿矿井使用的电机车一般是ZK10-6/550型架线电机车，此电机车配备的制动方式有闸瓦制动和电气制动，闸瓦制动由手动闸轮操作，是常用闸。由于手动闸轮是通过螺旋副拉动制动杆，使闸瓦压向车轮踏面。而闸瓦与车轮踏面的正常间隙为3mm~5mm，操作非常不方便，致使制动空行程时间长。

因为手动闸轮操作的闸瓦制动装置的制动空行程时间要在3s以上，如果ZK10-6/550型架线电机车的运行速度按4m/s计算时，手动的闸瓦制动空行程距离就是，此时按照《煤矿安全规程》（2008版）中第351条的规定，实际制动距离就是列车的制动距离（40m）减去空行程距离（12m），即40-12=28m。

机车在运行中，起动粘着条件、牵引电动机温升条件及制动条件对电机车牵引矿车数量起着决定作用。以煤矿现在使用的ZK10-6/550型电机车为例，在3‰的坡度上，MDC3.3-6矿车在满足起动粘着条件下能牵引28辆，满足牵引电动机温升条件下牵引19辆，满足制动条件能牵引的数量小于19辆。

假如再考虑到因牵引矿车少而所需牵引力小的因素，列车的运行速度还会更快一些，那么允许牵引的矿车数还会减少。上述这些情况表明，因制动力低而不能充分利用其牵引力，运输效率是少、慢、差，所以应当采取有效的措施来缩短电机车的制动距离。

3 缩短电机车制动距离的途径

根据实际使用情况并结合电机车的制动距离计算公式可知，缩短电机车制动距离的途径应该从三方面着手进行：一是缩短电机车的空行程时间；二是提高电机车的粘着系数；三是增加制动力，提高列车的粘着质量。具体分析如下：

1）缩短电机车的空行程时间

为了减少空行程时间tk，增加实际制动距离，可以将目前使用的手动闸轮操作闸瓦的制动装置改为压力制动装置。使用压力制动装置的主要特点是制动力能够提前储备，一旦需要制动时即可立即释放。尽管列车速度高，但空行程时间短，所以空行程距离也就缩短了，自然整个列车的制动距离也就缩短了。

2）提高电机车的粘着系数

轨道重型化发展是提高粘着系数的有效方法，可以将现有的轨道全线调整水平方向，重新夯实，曲线段重新按速度调整加宽加高，逐步将30kg/m的轨道更换为38kg/m轨道并和相关道岔扣件配套使用。这样由于电机车轮与轨道的接触面积增大就可以提高了列车的粘着系数，从而达到缩短电机车制动距离的目的。

3）增加制动力、增大列车的粘着质量

目前在煤矿井下所采用的制动方式都是从电机车本身来制动的，矿车没有制动装置，这种方法虽然很好，但是电机车的闸瓦制动受粘着条件的限制，所以根据井下实际情况，增加制动力、增大列车的粘着质量的方法主要有以下几种：一是在列车中加挂专用压气制动车；二是采用有闸矿车制动；三是采用前后双机牵引制动等途径。

（1）列车中加挂专用压气制动车

专用制动车是装有压气制动闸的车辆，其压气动作的制动闸由电机车司机控制。目前使用的ZK10-6/550型架线式电机车上没有压气设备，如果在机车一端加挂一辆专用压气制动车，即在制动车上安设制动用的压气装置，在电机车的制动装置上添加制动气缸，并联电机车与制动车的气路，有司机统一控制制动。

因为加挂的专用制动车的外型尺寸不需要很大，当它们连接在一起进行调头时，专用制动车在前方不会影响司机的视线，所以加挂专用制动车是应该采取的一种有效地解决目前电机车制动力不足的措施。

（2）在列车中采用有闸矿车制动

所谓有闸矿车就是根据列车的制动原理，在矿车上设置压气动作的制动闸矿车。对于底卸式矿车在卸载时不需要摘钩，也不需要翻斗卸载，所以可以在这类矿车上设置压气动作的制动闸，有司机统一控制，制动时每个矿车都能充分利用自身的粘着力，产生自制制动力，进而实现增大列车制动力的目的。这时电机车制动距离的公式（1）就变为下式（2）：

Lzd（2）

其中：G-矿车的粘着重量，t; η-矿车粘着系数。

其它符号同（1）式。

从式（2）可以看到列车的制动力会有明显地增大，从而制动距离也就能够相应地得到缩短。

（3）采用前后双机牵引制动

列车采用前后双机牵引时，电机车的制动力就增大了一倍，可以有效地缩短电机车的制动距离。这时电机车的制动距离公式（1）就变成式（3），即：

Lzd（3）

对于式（1）和式（3）分别代入下值计算：

i=-3;Vzh=4m/s; n=25;q0=2.375t；q=4t；

P=10t； ψ=0.24； ωzh=3.5N/kN; tk=3s。

单机车牵引时的制动距离Lzd（1）= 54.57m

前后双机牵引时列车的制动距离为Lzd（2）= 38.46m

Lzd（2）-Lzd（1）=16.11m

通过上述计算可以看到使用前后双机牵引时制动距离比用一辆电机车牵引时制动距离缩短16.11m，既达到了煤矿安全规程中的规定，又满足了生产的需求，所以这种方法具有可行性。

前后双机牵引时，矿车间应采用硬性连接装置，不用连接环连接，列车在运行时有一辆电机车操纵，两辆电机车同步运行，制动时，前后电机车同时制动，以避免电机车前边制动时，后面的矿车因连接环的间隙而产生一连串的冲击，导致有落道、零部件损坏等非正常运行事故的发生。

4 结论

综上所述，为解决架线式电机车运输受制动距离的限制，而不能实现“多拉快跑”的目的，从电机车的制动原理上进行分析，并根据实际使用情况结合电机车的制动距离计算公式提出了缩短电机车制动距离的有效途径有：

一是缩短电机车的空行程时间。这种程方法虽然好，但是需要在电机车上加设压力设备，改造较复杂；

二是提高电机车粘着系数。轨道重型化发展是提高粘着系数的有效方法，本人认为这种方法在一些老矿井为了提高运输效率应该考虑；

三是增加制动力、提高列车的粘着质量。

1）列车中加挂专用压气制动车是解决目前电机车制动力不足而应该采取的一种有效措施；

2）采用有闸矿车制动。这种途径由于费用大、成本高，不能得到广泛的应用；

3）采用前后双机牵引制动。这种方法虽然成本高、费用大点，但是也不失为一种即可使用的办法。

总之，通过理论分析笔者认为采用增加列车制动力的方法，可以在很大程度上缩短电机车的制动距离，从而达到《煤矿安全规程》对制动距离的要求。

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.北京：煤炭工业出版社，2008.

[2]邢家文.缩短矿井窄轨电机车制动距离方法的探讨.江苏煤炭，1997.

[3]乔占明.关于煤矿电机车运输制动装置的探讨.山西煤炭，2003.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”