机械毕业设计（论文）矿用隔爆电机车设计【全套图纸】.doc

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，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。（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。1.1矿用电机车的分类我国煤矿使用的窄轨电机车主要有蓄电池式和架线式两种。1.1.1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，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12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2.5t,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600mm762mm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-1.1.2架线式电机车架线式电机车的供电系统如图11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。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。1.2电机车的工作原理 电机车的工作原理如图l-3所示由供电示意图可知，当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M'，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P1'，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P1'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P'的先决条什，它与P'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。1.3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。1.4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。1电机车的工作条件1）轨道条件 (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。2)架线条件(1)电源电压波动范围匝在70%-120%之间，即250V电机车为175V-300V；550V电机车为375V660V。(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。3)环境条件(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)(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。4)限界条件(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。5)运行条件(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。6)坡道条件(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。7)安全条件(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：沿煤层或穿过煤层的巷道必须砌碹或锚喷支护；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；采用炭素滑板或其他能减小火花的集电器。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。2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±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 lx。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)1.5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2550t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 2.1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。2.1.1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。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v2m/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台，而螺栓头和螺母支承面加工时应锪出鱼眼坑。同一轴线上两轴承孔的直径、精度和表面粗糙度应尽量一致，以便于一次走刀加工。同一侧的各轴承座端面最好位于同一平面内，两侧轴承座端面应相对于箱体中心平面对称，以便于加工和检验。减速器箱体兼作油池。减速器传动零件一般采用浸油润滑方式进行润滑，对于两级圆锥圆柱齿轮减速器，一般按大锥齿轮有足够的浸油深度来确定油面位置，然后检验低速级大齿轮浸油深度不应超过1/61/3的齿轮分度圆半径。通常以大锥齿轮整个齿宽或至少0.7倍齿宽测浸入油中为宜，齿顶圆与油池底面的距离应不大于3050mm。3、减速器附件 为了保证减速器的正常使用和维护，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。对所需的减速器附件可依据其不同的工作要求和结构特点，将其设置于减速器的不同部位。减速器附件包括：窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞和起吊装置等。（1）检查孔（或称窥视孔）及窥视孔盖 为检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速箱体内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔，且应有足够的尺寸，以便直接进行观察和手能伸入箱体内进行。平时，检查孔用窥视孔盖盖住，窥视孔盖常用螺钉固定在箱盖上。（2）通气器 减速器工作时，由于箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，使得箱体内外压力不等。为使箱内热膨胀的气体能自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部或直接在窥视孔盖板上装设通气器。（3）轴承盖 轴承盖是用来封闭减速器箱体上的轴承座孔，以及固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种类型，凸缘式轴承盖利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置，它的结构尺寸大，零件数目较多，但加工、装拆和用于调整轴承游隙比较方便，较为常用；嵌入式轴承盖结构紧凑、重量轻，但加工、装拆和调整轴承游隙比较复杂，且只能用于沿轴承轴线剖分的箱体中。（4）定位销 对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔制造加工精度及安装精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱痤的联接凸缘上配装定位销。两个定位圆锥销相距应尽量远些，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈非对称布置，以免错装。（5）油标（或油标尺） 油标的作用在于指示减速器内油池面的高度，使其经常保持适量的油量。油标一般设置在箱体便于观察、油面较稳定的部位。油标有多种类型及规格，常用的油标类型有压配圆形油标、长形油标、管状油标、有杆式油标等。（6）放油孔或放油螺塞 为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜1°2°,使油易于流出。平时用放油螺塞将放油孔堵住，放油螺塞采用细牙螺纹。在放油螺塞头和箱体凸台端面间应加防漏用的封油垫圈，以保证良好的密封。（7）启箱螺钉 （或称启盖螺钉） 为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出1-2个螺孔，旋入启箱螺钉便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉，启盖时用起子直接撬开箱盖。启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓。（8）起吊装置 当减速器重量超过25KG时，为了便于搬运，在箱体设置起吊装置。起吊装置可采用吊环螺钉，也可直接在箱体上铸出吊耳或吊钩等。箱盖上装有两个吊环螺钉，下箱座铸出四个吊钩。箱盖上的起吊装置用于起吊箱盖，箱座上的起吊装置用于起吊箱座或整个减速器。2.1.2轮对（如图21所示）图21矿用电机车轮对1轮圈 2轮心 3轴瓦 4车轴 1)组成 (1)轮对是由两个压装在轴上的车轮和一根车轴组成的。每一轮对由2个轮心，2个轮箍和l根车轴组成。在车轴一侧装有一从动齿轮，在中部用轴瓦同电动机相连接，使电动机的一端固定在车轴上；(2)每台电机车由两个轮对组成。 2)作用 (1)轮对以轴承箱和弹簧托架与电机车的车架相联系承载电机车的全部载荷；(2)刚性地承受电机车远行时的全部垂直和水平方向的冲击，振动及其附加载荷，过弯道时还要承受一车轮对另一车轮滑动所产生的扭力； (3)与钢轨粘着，使电机车运行和停止； (4)由于轮缘的作用，使电机车沿轨道运行。 3)技术要求 (1)因车轴的工作条件极其恶劣，故采用50 优质车轴钢锻造而成。最大直径为90mm，长为942mm； (2)车轮是由轮心2和轮圈1热压装配而成的。轮心用铸铁或铸钢制成，是具有眼孔的圆盘，其横截面设特殊的形状，使轮心略有弹性，防止电机车因运行中的冲击而破坏； (3)轮箍用优质钢轧制而成。轮箍内径比轮心外径小0.7mm-0.8mm，轮箍加热到300-320。压装在轮心上，大约用30t45t的压力。冷拔时约为90t的压力。轮箍的材料除应具有足够的韧性外，还应有足够的耐磨性。其化学成分为含碳0.5%0.65%，锰0.69%-0.99%硅0.15%-0.35%，磷，硫不大干0.05%。机械特征为：抗拉强度极限为70kg/m延伸率12%，断面收缩率15%,轮箍的踏面磨损后可以更换，以减少电机车的维修费用。(4)按滚动圆周计算，车轮直径为680mm(不包括轮缘)，车轮厚100mm。 4)车轮与钢轨的关系 车轮与钢轨接触的表面叫踏面，呈圆锥形，直径差为2mm。这是因为电机车通过曲线时，沿外轨行使的车轮，比沿内轨行使的车轮要走稍长距离，如果车轮踏面是没有斜度的圆柱形，势必沿着钢轨要发生滑动，从而加速踏面的磨损。因此车轮踏面要有一定的斜度。为了使轮对无沦在曲线或直线上，都能沿轨道作自由滚动，车轮内侧的轮缘和钢轨间必须有一缝隙(游间)，以便轮肘在两轨间能自由串动，因此在轮对上有轨颐和轮缘距的区别，它们并不相等。如图2-2所示，轨距是两钢轨内侧之间的垂直距离，轮缘距是两轮缘外侧的距离，它们的差是4mm，因此车轮每侧与钢轨间有2mm的间隙，即轮对对轨道有4mm的串动量。实际上轨距有+5mm和-2mm的公差。在曲线上还要加大，因此轮对在轨道上串劫量是变化的，最大为25mm。 图22 电机车车轮与钢轨关系图 1车轮 2钢轨2.1.3联轴器联轴器用来联接两轴，使之一同回转并传递运动与转矩，有时也用作安全装置。联轴器在机器停车后用拆装方法才能把两轴分离或联接。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，致使不能保证严格的对中，如图23所示： 图23 联轴器联接两轴的相对位移联轴器分类如下：机械式：刚性（无补偿轴间相对位移能力）： 如套筒、凸缘、夹壳联轴器等;挠性：无弹性元件 如十字滑块、齿式、滚子链、万向联轴器等 金属弹性元件 如蛇形弹簧、簧片、膜片、波形管联轴器等 非金属弹性元件 如弹性套注销、轮胎式、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等液力式：液力联轴器电磁式：电磁联轴器 弹性联轴器利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴相对位移，因而可动元件之间的间隙小，特别适宜于需要经常起动或逆转的传动。 对弹性联轴器的要求有：（1） 弹度高，承载能力大，在有可能发一扭振或存在瞬时尖峰载荷的场合，要求联轴器的许用瞬时最大转矩为许用长期转矩的3倍以上。（2） 弹性高，阻尼大，具有足够的减振能力，把冲击和振动产生的振幅降低到允许的范围以内。（3） 具有足够的补偿能力，满足安装和工作时两轴发生相对位移的需要。（4） 工作可靠，性能稳定，对橡胶弹性元件联轴器，还应具有耐热性，不易老化等特性。（5） 结构简单，体积小，重量经，装拆方便，维护容易，价格低廉。常用的联轴器及其优缺点、适用场合如下：1、 凸缘联轴器优缺点：构造简单、成本低、可传递较大的转矩，缺乏补偿相对位移能力。装拆时须将轴作轴向移动。适用场合：适用转速低、无冲击、刚性大的轴。2、 套筒联轴器优缺点：结构简单，制造方便，径向尺寸较小，成本较低，装拆时须将轴作轴向移动。缺乏补偿相对位移能力。适用场合：适用两轴同心度高、工作平稳处、无冲击载茶的条件下工作。3、齿式联轴器 优缺点：承载能力高，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高，但结构较复杂，质量较大，成本较高。不宜用于立轴联接。 适用场合：适用于高速、正反转多变、频繁起动场合，在重型机器和起重设备中应用较广。用于高速传动，需进行动平衡处理，需良好的润滑和密封。4、十字滑块联轴器优缺点：结构简单，径向尺寸较小，工作面易磨损。适用场合：用于两轴间相对径向位移较大、轴的刚度较大、无剧烈冲击、传递转矩大而转速不高的两轴联接，工作时应注意润滑。5、十字轴式万向联轴器优缺点：传递转矩范围较大，结构紧凑，维护方便适用场合：允许两轴间有较大角位移或工作中有较大角位移的场合、广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动系统中。6、弹性套柱销联轴器优缺点：结构比较简单，制造容易，更换方便，不用润滑。具有一定的补偿两轴线相对偏移和减振、缓冲性能。但弹性套易磨损，寿命较短。适用场合：适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中小转矩的场合。7、弹性柱销联轴器优缺点：传递很大转矩，结构简单，安装、制造方便，耐久性好，有一定的缓冲和减振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移。适用场合：适用于轴向窜动较大、正反转变化较多或起动频繁的场合。8、梅花形弹性联轴器 特点：具有补偿两轴相对偏移、减振、缓冲、径向尺寸小，结构简单，不用润滑，承载能力较高，维护方便等特点。 适用于联接两同轴线，起动频繁，正反转变化，中速，中小功率传动轴承和要求工作可靠性高的工作部位，不适用于重载及轴向尺寸受到限制，更换弹性元件后两轴线对中困难的部位。选择联轴器类型时，应考虑以下因素：原动机的机械特性和负载性质，对缓冲、减振性能的要求以及是否可能发生共振等；能否补偿由制造和装配误差、轴受载和热膨胀变形以及部件之间的相对运动等引起联轴器所联两轴轴线的相对位移；外形尺寸和安装方法应便于装配、调整和维护，应考虑必需的操作空间；高速场合工作的联轴器应考虑联轴器外缘的离心应力和习性元件的变形等因素，并应进行平衡试验等。综合以上各联轴器的特点及适用场合，本电机车选用梅花形弹性联轴器。2.1.4轴承箱 如图24所示。 图24 电机车轴箱示意图 1轴箱体 2毡垫 3止推环 4滚柱轴承 5止推盖 6轴箱端盖 7轴端盖 8座孔 9滑槽 1)组成 (1) 轴承箱由轴箱体、毡垫、止推环、滚杠轴承、止推盖、轴箱端盖和轴端盖组成。(2)轴箱的两端各有一滑槽和车架上的导向板相契合，承受电机车的牵引力和制动力，这一滑槽叫导向槽。车架由板弹簧支撑在轴箱上，并能沿着轴箱两侧的导向槽在弹簧托 架变形极限内上下移动。 (3)轴箱上部有一座孔，它与板弹簧锁箍下端的带球状的表面支柱相契合，以固定弹簧托架与袖箱结合的位置，承受电机车的垂直载菏和各种附加垂直载荷。2)作用(1)电机车每个车轴两端的轴颈装在轴箱中，它是车架与轮对的连接点；(2)将车体的总重量经板弹簧、轴箱传递到车轴上，进而再传递到轮对和轨道上；(3)将来自轮刘的牵引力和制动力传递绐车体；(4)将电机车在远行中通过轨道接头、道岔、不平整轨面和弯道时受到的垂直和水平方面的冲击和振动传递给板弹簧缓以至吸收。3)技术要求(1)用铸钢制作；(2)每台电机车上安装4个，其导向槽与导向板之间的间隙：沿行车方向不大于3mm，沿车轴方向不大干7mm。2.2车体的设计 电机车的车体主要由车架、集电器架、弹簧的悬挂装置、司机室、缓冲装置、连接装置等部分组成。 2.2.1车架结构： 在老式矿山电机车的车架是用轧制钢或铸钢制造。侧板和端板做成分开的构件，用螺栓和平头铆钉将两者紧固成一刚性的矩形车架。见图25。此种紧固方式的缺点在于固定螺栓或铆钉经常受到各种载荷的冲击及腐蚀磨损作用导致隐患的出现或造成松动甚至断裂。在一些现代的结构中，车架是焊接的，其主要结构与紧固式并无多大差异。但其稳定性和强度较高。考虑其安全性可靠性，本机车采用焊接式车架。图25主车架端板和侧板的连接 1)组成车架有板式、梁式和整体式三种。板式由铸铁和压延钢制造，由若干块侧向和横面钢板组成，各钢板间焊矿或螺栓连接。为了获得电机车所需的粘重车架上还要增加压车铁，以使电机车获得额定粘重。2)车架的作用(1)车架是电机车的主要承重部分。电机车的机械设备、电动机及其控制设备都是安装在车架上，车架经吊挂弹簧在轮铀之间分已载荷。(2)车架除承受垂直静载荷外，还要承受其他的附加力，如因震动所引起的附加载荷；因牵引力和制动力引起的纵向水平力；通过弯道寸的离心力；由轨道与轮缘间的涝间引起的车轮滑动力；还有机车运行中的空气阻力等动力载荷。(3)承受意外的恶性事故引起的震动和冲击破坏性动力载荷。3)车架的技术要求(1)车架的强度，通常应能承受22.5倍的电机车重量的纵向水平力；(2)构造上重心越低越好，以增加其运行的稳定性；(3)般用25mm-50mm厚的钢板制作。4)车架与其他部件的配置(1)车架与轮对的配置采用外车架式，其优点是：车架外无转动和突出的构件，提高电机车运行的安全性； 利用轮心内侧平面间的全部间隔，将牵引电动机配置在车轴上： 保护内部设备免受不相干的构件和脏物污损。(2)车架内部设置中间隔板，一方面提高车架整体的结构性，另一方面将车架分隔为司机室，机械室和电阻室。(3)车架在轮对前下部装有刮泥板，司机室相电阻室有铸铁构成的底板。(4)车架的侧板开有两个轴箱侧孔和一个调整闸瓦用的侧孔，有的还开有两个起重用的圆型侧孔。在每个轴箱侧孔上安装两块导向板，与轴箱导向槽相楔合。牵引底卸式矿车的电机车两侧板上，都装有翼板，当电机车通过底卸仓时能在托轮上滑行通过。2.2.2集电器架1)组成集电器架由钢板架，管式框架和拉力弹簧，调节弹簧组成，安装在电机车机械室的中部。2)作用(1)支承集电器，靠弹簧作用使集电器在不同高度的架线下保持良好的接触。(2)安设后照明灯警铃或喇叭。2.2.3弹簧悬挂装置弹簧悬挂装置如图2-6所示 图26 弹簧托架示意图 1均衡梁固定件 2均衡梁 3轮对 4轴箱 5板弹簧 6车轴悬挂装置设计可以把轮对置于车架内侧或外侧，当轮对装于车架内侧时，可利用轨道的全部宽度来放宽车架，这样即使在窄轨上也有空间容纳较大功率的电动机。另一方面，轮对装于车架外侧的机车，经验证明稳定性较好。为考虑到司机室及撒砂装置的布置，本机车将轮对置于车架内侧以加宽车架。1)组成弹簧悬挂装置由缓冲元件(即板弹簧),均衡梁和连接零件组成。(1)缓冲元件 由7块或8块板型弹簧和连接件组成板弹簧用锁箍锁在一起。为使缓冲元件有较大的柔性和应力板弹簧应有一定的正向挠度。(2)均衡梁。 在实际运转中，由于轨道不平或局部凹陷就可能使三个车轮支撑在钢轨上而另一个轮悬空，电机车一侧的载荷小于另一侧，使整个机车处于极不稳定的状态，不仅电机车重量在各个车轮上分配不均匀，而且会发生很大的冲击，这对弹簧托架的寿命影响很大。所以必须将均衡梁两侧的弹簧托架连接在-起。受力不等时，均衡粱将以铰接点而转动，直到车轮的载荷分配均匀为止，以平衡戴荷，保证电机车运行的平稳性。 2)作用(1)缓和与吸收电机车通过钢轨接头，道岔和不平整的轨道时产生的冲击和震动。(2)把电机车的质量通过轮对均匀地分配、传递在钢轨上。(3)保证电机车运行平稳，延长电机车和轨道的使用寿命。将电机车同一轮对的两端车轮联成一个支点的均衡梁称为横均衡梁。将电机车同一侧的前后两个车轮联成一个支点的均衡梁称为纵均衡梁。现在使用的10t架线电机车的第一轮对前端设横均衡梁，后轮对不设纵均衡梁。同均衡梁连接的板弹簧，一端用其本身的链环同电机车车架铰接，只一端做出特殊的槽座。横均衡梁两端带球状表面的支柱支撑在板弹簧的槽座上，横均衡梁用固定件固定铰接在车架上。3)技术要求(1)板弹簧有一定的正向挠度；(2)板弹簧用55以上的硅铁合会钢制作；(3)板弹簧共四组，前后两组不能互换使用，锁箍下端都有一带球状表面的支柱。2.2.4司机室 司机室有各种各样的设计，有单司机室和双司机室。结合我矿的井下情况且为了运行的安全性，本电机车设计成有两个司机室的形式。司机室设计成可拆卸式，下部通过螺栓与车体连接。它是司机操作电机车的工作室，材料为铸铁或铸钢做成，以增加电机车的柘重和粘重合理分配。司机室内设有司机座、控制器、制动手轮、自动开关、通讯装置、操作把(按钮)，照明开关，撒砂手把(踏板)和砂箱操纵装置等。 司机室的一侧开一门，供司机进出。司机室的前后方设有观望窗，以便司机瞭望。司机座位偏向电机车右侧便于司机操作了望。司机右手操作制动手轮，左手操作控制器便可使电机车起动，调速运行或制动。2.2.5缓冲装置为避免机车和所牵引矿车之间的刚性冲击，需对机车加装碰头，又称缓冲器，装于前后车架端板上，实践证明弹簧缓冲器最为方便，矿山机车用的车钩最为简单，它是由一个普通钢环和挂钩组成，挂钩只装备在矿车上，如今已有了较现代化的自动车钩，但是这类车钩的设计相当复杂，它只是用于重型车较为合理。1)组成(1)电机车的两端各装一个缓冲器。电机车的缓冲器按其结构形式分为刚性、半刚性和弹性三种。 刚性缓冲器是一个铸铁或铸钢件，它既是电机车的缓冲器，又是电机车的端板。由于本身质量很大，能吸收，减弱电机车的一部分冲击力。部分ZK10型电机车就使用这种缓冲器。 半刚性缓冲器是用螺栓将木块固定在金属壳内制成的它只适用于小型电机车。弹性缓冲器是装有缓冲器弹簧或装有缓冲橡胶垫。弹性缓冲器的双向作用好它即可减小矿车与电机车