Будішевський В.О. Проектування транспортних систем енергоємних виробництв

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 6

6.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Основними транспортними засобами для допоміжних ма-

теріалів і людей на горизонтальних відкаточних виробках вугі-

льних шахт є електровози. Вони перевозять 94% усього ванта-

жообігу.

На шахтах найбільше поширення одержали акумуляторні і

контактні електровози постійного струму.

Відстані, на які перевозяться будь-які вантажі і люди, до-

сягають 5-10 км. Радіуси кривих 10...20 м. Профіль шляхів ви-

тримується з ухилом 0,003...0,005(3...5‰). Продуктивність прак-

тично не обмежена і регулюється числом працюючих електро-

возів.

На вугільних шахтах близько 80% парку становлять аку-

муляторні і 20% контактні електровози.

Відповідно до вимог ПБ, відкочування контактними елект-

ровозами дозволяється виробками шахт, безпечних з газу або

пилу, а при наявності спеціального дозволу також у шахтах I і II

категорій з газу і небезпечних з пилу − головними відкаточними

виробками, омиваних свіжим струменем повітря. У шахтах III

категорії і більш категорійних дозволяється застосовувати аку-

муляторні електровози у виконанні РП , а під час відпрацьову-

вання пластів небезпечних щодо раптових викидів вугілля (по-

роди) і газу − тільки РВ виконання.

Електровозний транспорт шахт у цей час залишається го-

ловним видом транспорту горизонтальними відкаточними виро-

бками. У випадках, коли головний вантажопотік забезпечується

конвеєрами, електровозний транспорт необхідний для переве-

зення людей, матеріалів і обладнання.

Вибір локомотива проводиться на підставі техніко-

економічного розрахунку за умовою мінімуму наведених витрат

на відкочування. Виробнича потужність шахти і відстань транс-

портування є основними факторами, що впливають на вибір ма-

171

си локомотива, а також типу і вантажопідйомності відкаточної

посудини.

Основними типами відкаточних посудин для транспорту-

вання основного вантажопотоку підземними гірничими вироб-

ками на найближчу перспективу розвитку гірничодобувної про-

мисловості варто вважати:

− для відкочування вугілля головними горизонтальними

виробками - секційні поїзди з донним завантаженням;

− породи з підготовчих вибоїв − вагонетки з донним роз-

вантаженням типу ВДК, які можуть застосовуватися та-

кож для транспортування основного вантажопотоку ма-

гістральними виробками при малих навантаженнях на

навантажувальні пункти, і для перевезення закладних і

баластових матеріалів;

− при малих вантажопотоках − вагонетки із глухим кузо-

вом типу ВГ.

Для перевезення людей горизонтальними виробками вико-

ристовуються вагонетки типу ВПГ. Для перевезення вибухових

матеріалів використовують вагонетки виготовлені на базі стан-

дартних. Технічна характеристика вагонеток ВВ для перевезен-

ня вибухових матеріалів, а також вагонеток ВЛ для доставки лі-

су наведена в додатку 4. Для доставки в шахту мастильних ма-

теріалів і робочої рідини механічних кріплень використовують-

ся вагонетки ВСМ 1,4.

У загальному вігляді розрахунок параметрів електровозно-

го відкочування залежно від розміру вантажопотоку, довжини і

призначення гірничої виробки зводиться до визначення:

- типу і зчіпної ваги локомотива;

- типу і місткості вагонетки або секції;

- величини состава поїзда і числа вагонеток у складі;

- числа і продуктивності електровозів;

- числа акумуляторних батарей і зарядних столів (при

відкочуванні акумуляторними електровозами);

- параметрів зарядної і тягової підстанцій (обирається

тип устаткування і його потужність);

172

- параметрів контактної мережі (для контактних електро-

возів);

- витрати електроенергії на електровозне відкочування.

Під час проектування нових шахт або горизонтів рейковим

шляхам прагнуть додати ухил рівного опору, при якому сила

тяги під час руху поїздів з вантажем і з порожняком буде одна-

кова. Значення цього ухилу становить близько 0,002 (2‰). Це

трохи менше ухилу, необхідного для стоку води, тому для нових

шахт і горизонтів середній ухил шляхів приймають звичайно

рівним 0,003...0,005.

Локомотивний транспорт здійснює перевезення як основ-

ного, так і допоміжного вантажопотоку, тому рух завантаженого

локомотива буде здійснюватися як убік пристовбурного двору,

так і від нього.

Звідси випливає, що транспортування вантажопотоку буде

проводитися у напрямку руху як на ухил, так і під ухил, що не-

обхідно враховувати під час розрахунку локомотивного відко-

чування.

6.2. П

ОРЯДОК РОЗРАХУНКУ ЕЛЕКТРОВОЗНОГО ВІДКОЧУВАННЯ

Для проведення розрахунку необхідно мати наступні вихі-

дні дані:

1. Категорійність шахти щодо газу і пилу.

2. Проектну потужність шахти.

3. План і профіль колії усіх відкаточних виробок.

4. Число, продуктивність і місця розташування наван-

тажувальних пунктів.

5. Змінний вантажопотік породи з видобувних і підго-

товчих вибоїв.

6. Спосіб організації відкочування (одноланкова, дво-

ланкова із закріпленням або без закріплення елект-

ровозів за поїздами і електровозів за маршрутами).

Відповідно до пунктів 1 і 2 виконується вибір типу елект-

ровоза (Додаток 4).

173

Середньозважена довжина відкочування (якщо локомотиви

не закріплені за маршрутами або поїздами)

∑

сз

QlQlQl

2211

...

де

; l

– довжини маршрутів, м;

; Q

– продуктивність навантажувальних пунктів,

т/година.

Величина середнього ухилу визначається за формулою:

−

= ,

де

L – довжина відкочування, м;

і H

− початкова і кінцева відмітка шляху, м.

Середній ухил приймається як розрахунковий. Якщо відо-

мо середній ухил на кожній ділянці, то можна знайти середньо-

зважений ухил на горизонті

∑

nccc

сз

lilili

...

де

– довжини ділянок переміщення вантажів, м;

ccc

iii ;;

– середній ухил на ділянці.

У деяких випадках необхідно враховувати переважний

(керівний) ухил. Переважним вважається найбільший ухил дов-

жиною не менш довжини поїзда і довжини гальмового шляху,

установленої ПБ.

Визначивши ці значення переходять безпосередньо до роз-

рахунку локомотивного відкочування.

Визначення величини поїзда.

Завдання визначення припустимої маси поїзда зводиться

до аналізу розв’язання рівняння руху поїзда, а саме:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

+±ω

≤ 1

100

1000

PQ .

174

Для вугільних шахт характерним є рух навантаженого по-

їзда

під ухил, а порожнього поїзда на підйом. Крім того, в умо-

вах підземного відкочування бувають випадки, коли відбуваєть-

ся рух навантаженого поїзда на підйом (наприклад, підвіз мате-

ріалів і допоміжного устаткування до вантажних ходок ухилу

або бремсберга або доставка людей).

У зв'язку із цим установлено, що існує

3 найбільш важкі

моменти роботи електровоза, для яких варто розглянути розв’-

язання зазначеного рівняння.

−

максимально припустима вага поїзда за умовою зчеп-

лення коліс із рейками при зрушуванні навантаженого

поїзда на мінімальному ухилі

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

+−ω

≤ 1

100'

1000

min

, кН,

де Р – зчіпна вага електровоза, кН;

'ω – пусковий опір руху навантаженої вагонетки (при зрушу-

ванні з місця),

нн

4,1';

min

– мінімальний ухил, у розрахунках приймається

min

=2‰;

а – прискорення пускове, орієнтовно можна прийняти

а=0,03... 0,05м/с

;

– коефіцієнт зчеплення коліс електровоза з рейками при

пуску.

−

максимально припустима вага поїзда при зрушуванні

порожнього поїзда на переважний підйом

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

+−ω

′

≤ 1

100

1000

рпор

пор

, кН,

де i

– переважний ухил, ‰;

пор

′

– пусковий опір руху порожньої вагонетки (при рушанні

з місця), ;

порпор

ω=ω

′

4,1

– опір руху навантажених вагонеток;

175

пор

– опір руху порожніх вагонеток.

Примітка. Якщо на шахті відкочування електровозами

застосовується тільки для транспортування допоміжних ма-

теріалів і людей, то необхідно визначити максимально припус-

тиму вагу поїзда за умовою зчеплення при зрушуванні наванта-

женого поїзда на переважний підйом.

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

++ω

≤ 1

100'

1000

рн

кН.

Перевірка величини максимально припустимого поїзда за

умовою гальмування.

Рудничні електровози контактного типу мають високі

швидкості руху тривалого режиму, що перевищують 4 м/с. Тому

для них великого значення набуває виконання умови: гальмовий

шлях поїзда на переважному ухилі не повинен перевищувати 40

м. Дійсно, у ряді випадків поїзди, обрані за силою тяги і зчіпною

масою електровоза виявляються за умовами гальмування надмі-

рно більшими. Тому необхідно визначати величину максималь-

но припустимої ваги поїзда за умовою гальмування навантаже-

ного поїзда під час руху на переважному ухилі.

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

+ω−

≤ 1

110

1000

срнт

PQ , кН,

де а

– прискорення гальмування, м/с

= ;

– швидкість початку гальмування, м/с; можна приймати

рівною тривалій швидкості руху електровоза v

дл

(виби-

рається з характеристики електровоза);

– гальмовий шлях; відповідно до правил техніки безпеки

=40м для вантажних перевезень і l

=20м для пасажир-

ських перевезень.

Визначення величини максимально припустимого поїзда

за умовами нагрівання тягових двигунів.

176

Примітка. Цей пункт виконується тільки за умов деталь-

ного розрахунку у випадку транспортування електровозами ос-

новного вантажопотоку.

Величина поїзда обмежується, з одного боку, потужністю

тягових двигунів, а з іншого, − зчіпною масою електровоза.

Для визначення величини максимально припустимого по-

їзда за умовами нагрівання тягових двигунів можна скористати-

ся методом середньоквадратичної сили тяги. Сутність його по-

лягає в тому, що припустимий поїзд визначається за силою тяги

електровоза, що, у свою чергу, приймається прямо пропорцій-

ною току тягових двигунів. Такий підхід до вирішення зазначе-

ного питання є цілком припустимим, тому що сталь сучасних

тягових двигунів береться з більшим магнітним насиченням, а

звичайно тягові двигуни працюють у прямолінійній частині ха-

рактеристики сили тяги.

Відповідно до викладеного за основу розрахунку поїзда за

силою тяги приймається положення, що середньоквадратичне

(еквівалентне) значення сили тяги на ободі коліс електровоза не

повинне перевищувати тривалої сили тяги електровоза:

ек

≤ F

тр

Розрахунок виконується для нормальних умов рудничного

електровозного відкочування в припущенні ухилу рівного опо-

ру. На практиці дійсні ухили відкаточних шляхів значно відріз-

няються від ухилу рівного опору, однак, як показали досліджен-

ня і розрахунок, величина поїзда, припустимого за нагріванням

тягових двигунів, піддається незначним коливанням при зміні

ухилу від 0 до величини ухилу рівноваги. Цими коливаннями

при виборі поїзда можна зневажити і приймати як шуканий той

поїзд, що виходить при ухилі рівного опору (i

≈ 2‰).

Сила тяги (Н), що встановлена, при ухилі рівного опору

може бути визначена за кожною з наступних формул:

уст

= (Р + Q

)(ω

- i

рс

); (6.1)

уст

= (Р + Q

пор

)(ω

пор

+ i

рс

177

Для уніфікації розрахункових операцій за вибору поїзда

скористаємося формулою (6.1) для навантаженого поїзда.

Тривала сила тяги F

тр

(Н) не повинна бути менше серед-

ньоквадратичного значення сили тяги, отже, можна написати:

ек

≤ F

тр

θ+

⋅

α=

руст

дл

ТF

Позначимо величину

θ+

через

і назвемо її віднос-

ною тривалістю руху, тоді:

устуст

тр

F ςα=

θ+

α=

, або

ςα

тр

уст

Відносна тривалість руху

для заданих умов відкочуван-

ня визначиться в такий спосіб.

Приймаємо середню ходову швидкість руху поїздів на від-

каточних шляхах

(м/с) трохи меншою, чим тривала швидкість

електровоза

дл

(вказується в характеристиці локомотива), а са-

ме:

= 0,75v

дл

Коефіцієнт 0,75 ураховує зниження ходової швидкості

пуску і зупинок під час проходу закруглень і стрілок, під час ру-

ху на підйомах і т.п.

Тривалість руху електровоза протягом одного рейсу

бу-

де дорівнювати:

10002

⋅

= хв,

де

L - довжина відкочування, км;

178

- ходова швидкість руху, м/с.

Знаючи тривалість

θ (хв) маневрових операцій протягом

одного рейса, ми можемо знайти:

θ+

=ς

Для визначення состава поїзда одержимо вираження:

()

рсн

тр

−ωςα

≤+

; (6.2)

()

рспор

тр

пор

+ω⋅ςα

≤+

де

Р + Q

– маса навантаженого поїзда, кН;

Р + Q

пор

- маса порожнього поїзда, кН.

Знаючи масу електровоза

Р, легко можна знайти масу по-

їзда

а тим самим і число вагонеток. Величину ухилу рівного

опору

рс

можна приймати рівною 2‰ при відкочуванні вагонет-

ками з роликовими підшипниками.

Тому що в остаточному підсумку

залежить від довжини

відкочування

L і тривалості маневрів θ, то наведена формула

(6.2) дає можливість знайти для кожного значення

L і θ один

певний поїзд, максимально припустимий за нагріванням двигу-

нів.

Для орієнтовного вибору поїзда може бути запропонована

більш проста формула, чим формула (6.2). Дійсно, величина

ςα в більшості випадків близька до одиниці, отже, з достат-

ньою для практичних цілей точністю для практичних розрахун-

ків можна вважати, що

ςα = 1, тоді:

()

рсн

тр

−ω⋅

≤+

−3

;

()

рспор

тр

пор

+ω⋅

≤+

−3

179

Примітка: цими формулами користуватися, якщо

‰. 2≈≤

рсср

іі

Якщо середня величина ухилу відкаточного шляху дорів-

нює або більше ухилу рівноваги i

ср

≥ i

рс

, то максимально припу-

стимий поїзд для цих умов може бути визначений трохи іншим

шляхом.

Швидкість руху порожнякового поїзда буде становити

приблизно 60% швидкості тривалого режиму, а швидкість руху

навантаженого поїзда буде на 10% більше тривалої швидкості.

Тривалість руху протягом одного рейса буде визначатися насту-

пним вираженням:

тр

6075,0

10006,2

⋅

Як показують підрахунки, час руху з навантаженим поїз-

дом буде становити 1/3, а час руху з порожняком 2/3 загальної

тривалості руху протягом одного рейса. Тому що при ухилі, рів-

ному або більшому ухилу рівноваги, споживання струму двигу-

нами електровоза можливо лише під час руху з порожняковим

поїздом, то формула для визначення состава в цьому випадку

прийме вид:

()

106,0

−

⋅+ω⋅ςα⋅

≤+

српор

тр

пор

де i

– середній ухил відкаточного шляху.

Або, якщо прийняти

ςα = 1, то остаточно для випадку

ср

≥ i

рс

одержимо

()

српор

тр

пор

−

⋅+ωςα

≤

−3

106,0

, кН.

Визначення числа вагонеток у складі.

Із всіх отриманих значень Q береться найменше, причому

число вагонеток для навантаженого і порожнього поїздів при-

ймається однаковим.

180