Тарасов Ю.Д. Горно-транспортные машины периодического действия

Подождите немного. Документ загружается.

5. Коэффициент использования габаритных размеров

г 0

/ ,

K V V



где V

– габаритный объем (прямоугольная призма, в которую вписана

вся вагонетка), м

6. Удельная вместимость (в кубических метрах на тонну)

GVq



7. Линейная вместимость (в кубических метрах на метр)

lVq



где l

– длина вагонетки по сцепкам, м.

8. Коэффициент поперечной (боковой) устойчивости (рис.15)

1,2,

 

где М

, М

– моменты восстанавливающий и опрокидывающий вагонетку в поперечном направле-

нии относительно ее продольной оси, кНм,

в o 0

;

М gG M h

 

;

v – скорость движения ваго-

нетки, м/с; R – радиус закруг-

ления рельсового пути, м; h

–

превышение центра массы ва-

гонетки над головками рель-

сов, м.

Поперечная устойчи-

вость рудничных вагонеток

обычно обеспечивается при

угле устойчивости (рис.15)

  22.

Рис.15. Расчетная схема

к определению коэффициента

боковой устойчивости



и.г

ц.в

Рис.16. Расчетная схема к определению продольной устойчивости

9. Коэффициент продольной устойчивости (рис.16)

пр

1,2

  ;

в 0 o и.в 0 г н.г г

;

М gG M P h gG l P h

    ,

где Р

и.в

, Р

и.г

– силы инерции порожней вагонетки и находящегося в конце кузова груза массой G

; l –

удаление центра массы груза от ближайшей оси колесной пары, м; h

– превышение центра массы

груза над головками рельсов, м.

3.3.3. Мероприятия по повышению

долговечности вагонеток

Вагонетки являются массовым транспортным оборудованием на горном предприятии, поэто-

му весьма актуальны способы повышения долговечности вагонеток, что позволяет существенно сни-

зить эксплуатационные расходы на рудничном транспорте и снизить себестоимость добычи полезно-

го ископаемого.

К мероприятиям по повышению долговечности рудничных вагонеток, реализуемым при их

проектировании, изготовлении и эксплуатации, можно отнести:

 прогнозирование и учет всех возможных нормальных эксплуатационных нагрузок на конст-

руктивные элементы вагонетки;

 изготовление кузова из низколегированных сталей (лигатура: медь, хром, марганец, никель);

 горячее оцинкование кузовов;

 окрашивание, лаковое покрытие;

 изготовление кузова из стеклопластика;

 изготовление кузова из алюминиевых сплавов (удается снизить коэффициент тары до 0,17).

На предприятиях долговечность вагонеток и их эксплуатация при нормативных значениях ко-

эффициентов сопротивления движению обеспечивается при регулярной ревизии состояния ходовой

части (на испытательных горках), смазке подшипников колесных пар и полускатов, очистке внутрен-

ней поверхности кузовов от налипшего груза, неуклонном соблюдении правил эксплуатации.

3.4. РУДНИЧНЫЕ ЛОКОМОТИВЫ

3.4.1. Виды локомотивов и их основной показатель

Применяемые на горных предприятиях локомотивы в зависимости от способа питания двигате-

лей энергией делятся на две группы:

1) с источником энергии на самом локомотиве (дизелевозы, воздуховозы, аккумуляторные

электровозы, инерционные локомотивы – гировозы);

2) с источником энергии вне локомотива (контактные, контактно-кабельные, высокочастот-

ные, конденсаторные).

В ряде случаев применяются локомотивы смешанного типа (например, контактно-

аккумуляторные).

Локомотивы первой группы работают с уменьшающимся запасом энергии, поэтому периоди-

чески на специальных станциях необходимо производить пополнение энергии.

Локомотивы второй группы не связаны со станцией, но требуют специального оборудования

пути для непрерывного питания энергией во время движения. Для электровозов различных типов –

это тяговая питающая сеть.

Наибольшее распространение получили контактные и аккумуляторные электровозы, работающие

на постоянном токе с применением в качестве тяговых двигателей с последовательным возбуждением.

Основной характеристикой локомотива любого типа является его сцепной вес Р, т.е. вес, при-

ходящийся на его ведущие оси. Для рудничных локомотивов сцепной вес равен полному весу, так как

все оси – ведущие.

3.4.2. Классификация электровозов

Используемые на горных предприятиях электровозы можно классифицировать по следующим

признакам.

1. По способу питания – контактные, индукционно-высокочастотные, аккумуляторные, акку-

муляторно-контактные, контактно-кабельные.

2. По роду тока – постоянного и переменного тока.

3. По сцепному весу – легкие (до 5g кН), средние (от 5 до 10g кН), тяжелые (больше 10g кН).

4. По назначению – магистральные, маневровосборочные.

5. По ширине колеи.

6. По конструктивному исполнению кузова – рамные (колесные пары установлены на раме) и

тележечные.

7. По конструктивному исполнению ходовой части – с индивидуальным приводом на каждую

колесную пару (основной тип локомотивов) и с групповым приводом (от одного тягового двигателя

через коробку передач).

8. По способу управле-

ния – с непосредственной

(контроллерной) и косвенной

(контакторной) системами

управления тяговыми двигате-

лями.

9. По способу тормо-

жения – с механическим; с ме-

ханическим и электрическим

реостатным; механическим,

электрическим реостатным и

электромагнитным торможе-

нием.

10. По типу привода

механических тормозов – с

ручным, пневматическим и

гидравлическим приводами.

3.4.3. Конструкция электровоза, его основное

оборудование и параметры

Простейший электровоз рамной конструкции (рис.17) состоит из следующих элементов:

рамы с кабиной; двух колесных пар с их рессорным подвешиванием к раме; тяговых передач; ко-

лодочных тормозов с системой привода из кабины машиниста (может быть две кабины с разных

сторон электровоза); буферов со сцепными устройствами; песочниц для подсыпки песка на рель-

сы при трогании локомотива с места (под каждое колесо); токосъемника (пантографа) для кон-

тактного электровоза и съемной аккумуляторной батареи для аккумуляторного электровоза; уста-

навливаемой на роликах рамы электровоза; пускорегулирующей аппаратуры и осветительной ар-

матуры во взрывобезопасном исполнении.

Рама электровоза изготавливается в двух исполнениях, в зависимости от этого может быть на-

ружной и внутренней (по отношению к колесам). Толщина боковых и торцевых стенок рамы выбира-

ется из условия обеспечения заданного сцепного веса – для контактных электровозов и из условия

обеспечения прочности – для аккумуляторных.

Буфера могут быть жесткие, полужесткие и эластичные.

Рис.17. Конструктивная схема шахтного (рудничного) электровоза

1 – буфер; 2 – батарейный ящик (для аккумуляторного электровоза); 3,4 – контактный

провод и токосъемник (для контактного электровоза); 5 – кабина машиниста; 6 – кон-

троллер или контактор; 7 – рама; 8 – кузов; 9 – букса; 10 – механическая тормозная

система; 11 – колесная пара; 12 – рессорное подвешивание кузова

Каждая колесная пара

состоит из оси, двух колесных

центров и надетых на них (при

горячей посадке) стальных

бандажей наружным диамет-

ром 680 или 760 мм.

Подшипники колесных

пар размещены в буксах, кото-

рые упруго связаны с рамой че-

рез систему рессорного подве-

шивания (рис.18).

Рессорная подвеска

рамы (рис.19) может быть ин-

дивидуальная, балансирная – с

продольными и поперечными

балансирами. Рессоры выпол-

няют из спиральных или лис-

товых пружин.

Наиболее распростра-

ненный тип тяговой передачи с

индивидуальным приводом

выполняется по схеме так на-

зываемой трамвайной подвес-

ки двигателя. В этом случае

двигатель, жестко соединен-

ный с редуктором, со стороны

двигателя с помощью спи-

ральных пружин, опирается

на кронштейны рамы, а тихоходный вал редуктора является одновременно осью колесной пары.

При этом в качестве тяговых используют тихоходные (рис.20) или быстроходные (рис.21) двига-

тели.

Расположение тяговых двигателей относительно осей колесных пар (расстояние между

ними – жесткая база В электровоза) может быть наружное, последовательное и внутреннее

(рис.22).

Рис.19. Схема рессорного подвешивания кузова (рамы)

1 – букса; 2 – кузов (рама); 3 – рессора (пластинчатая); 4 – серьга;

5 – хомут; 6 – упор

Рис.18. Варианты подвески кузова с помощью одиночных рессор (

продольных (б) и поперечных (в) балансиров

Минимальная жесткая

база В

соответствует наруж-

ному расположению тяговых

двигателей, максимальная В

–

внутреннему. В этом случае

маневренность электровоза с

увеличением жесткой базы

уменьшается, а устойчивость –

увеличивается. Поэтому рас-

положение тяговых двигателей

определяет важные эксплуата-

ционные возможности и не-

достатки электровозов, что

должно учитываться при вы-

боре конструкции локомотива

в соответствии с условиями

его эксплуатации (состоянием

путевого хозяйства, радиусами

рельсовых путей, горно-

техническими и другими усло-

виями).

В настоящее время ма-

гистральные контактные элек-

тровозы выпускаются со сцеп-

ными весами 7, 10, 14, 28g кН,

а аккумуляторные – 10, 14,

20g кН. Скорость движения

Рис.22. Схема расположения тяговых передач электровоза:

– внешнее;

б – последовательное; в – внутреннее

Рис.20. Тяговые передачи электровоза с тихоходным двигателем

1 – двигатель; 2 – шестерня; 3 – зубчатое колесо; 4 – колесная пара; 5 –

моторно-осевой подшипник; 6 – пружинная подвеска двигателя; 7 – рама;

8 – носовой прилив двигателя

Рис.21. Тяговая передача с быстроходным электродвигателем

1 – двигатель; 2 – пружинная подвеска; 3 – двухступенчатый редуктор;

4 – букса; 5 – колесная пара; 6 – рельсовый путь; 7 – осевой подшипник

обычно не более 20 км/ч. На-

пряжение контактной сети 250

и 500 В, а на выходе аккумуля-

торной батареи от 40 до 160 В.

Аккумуляторные батареи ще-

лочные, железоникелевые типа

ТЖН, реже – свинцовые.

Частота вращения яко-

ря тяговых быстроходных

электродвигателей от 900 до

1100 об/мин.

3.4.4. Пневмовозы, гировозы

и специальные типы

электровозов

Пневмовозы (воздухо-

возы) и гировозы относятся к

локомотивам с убывающим

запасом энергии. В первом

случае необходимо периодически менять баллоны со сжатым воздухом, а во втором – на специальной

станции производить раскрутку маховика для сообщения ему дополнительной кинетической энергии.

Колесные пары пневмовоза (рис.23) приводятся во вращение с помощью кривошипно-

шатунных механизмов с взаимным угловым смещением кривошипов с правой и левой стороны локо-

мотива. Привод каждого кривошипно-шатунного механизма осуществляется от силовых цилиндров

высокого и низкого давления. Площади поршней цилиндров обратно пропорциональны давлению

воздуха в них: диаметр цилиндра высокого давления меньше диаметра цилиндра низкого давления.

Цилиндр высокого давления питается от съемных баллонов сжатого воздуха через редукци-

онный клапан, понижающий давление с (175-225)10

до 16



Па. Воздух проходит через воздухо-

подогреватель (расширяющийся воздух подогревается при движении локомотива встречным потоком

рудничного воздуха). Выхлоп цилиндра высокого давления (давление воздуха около 6



Па) через

воздухоподогреватель низкого давления направляется в цилиндр низкого давления, из которого, по-

сле совершения работы, выбрасывается в атмосферу.

Сцепные веса пневмовозов от 8 до 10g кН, скорость их движения 3-4 км/ч, развиваемая ими

сила тяги около 7,5 кН, а суммарная мощность, развиваемая двумя пневмоцилиндрами, 30-40 л.с.

Рис.23. Принципиальная схема воздуховоза

1 – устройство для снижения давления сжатого воздуха, поступающего из сменных

баллонов 10; 2, 5 – воздухонагреватели высокого и низкого давления; 3, 9 – колесные

пары; 4 – шатун; 6, 8 – цилиндры высокого и низкого давления с золотниковыми

устройствами; 7 – выхлоп пневмосистемы локомотива

3 4

Источником энергии гировоза является размещенный на вертикальной оси маховик, который

через коробку передач связан с колесными парами локомотива. Параметры испытанного гировоза:

диаметр маховика 940 мм, начальная частота его вращения после раскручивания 3000 об/мин, разви-

ваемая мощность 30 л.с. при скорости движения локомотива от 3 до 12 км/ч. Сцепной вес гировоза

около 57 кН. Время зарядки (раскручивания маховика) 12 мин при давлении сжатого воздуха в сети

(4,9-5,9)10

Па (5-6 атм).

Кроме рассмотренных типов локомотивов, существуют разработки в области создания альтерна-

тивных локомотивов на электрической тяге. К ним можно отнести рудничные электровозы с гидроприво-

дом – сочетание нерегулируемого электродвигателя и регулируемой гидропередачи объемного типа с

гидродвигателями. По такой схеме выполняются как контактные, так и аккумуляторные электровозы.

Известны результаты испытания конденсаторного электровоза. Тяговый двигатель – однофаз-

ная электрическая машина с двумя обмотками статора и короткозамкнутым ротором. Одна из обмо-

ток присоединяется к сети непосредственно, а другая – через конденсатор, обеспечивающий необхо-

димый сдвиг фаз для реализации крутящего момента на валу тягового двигателя.

Известно также техническое решение, обеспечивающее бесконтактную передачу энергии от

питающего кабеля к электродвигателю (бесконтактный высокочастотный электровоз). Частота тока

3000 Гц. На электровозе имеются выпрямители, питающие двигатели постоянного тока.

3.5. ОСНОВЫ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА

3.5.1. Уравнение движения поезда

Движение поезда (локомотива с прицепленным к нему составом), как и всякого материально-

го тела, может быть описано дифференциальным уравнением

0 и

10 ,

P Q d

F W K

g dt



   

где F – сила тяги, развиваемая локомотивом, Н; W

– суммарные статические сопротивления движе-

нию поезда, Н; Р – вес (сцепной вес) локомотива, кН; Q – вес прицепной части поезда (состава), кН;

– коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс поезда; dv/dt – ускорение движения

поезда, м/с

Коэффициент инерции

QР

QKРK





вэ

где K

, K

– коэффициенты, учитывающие инерцию вращающихся масс локомотива и вагонеток; обыч-

но K

= 0,036÷0,04; K

= 0,03÷0,04.

Для поезда K

= 1,06÷1,08.

Дифференциальное уравнение называется основным уравнением движения поезда, оно позво-

ляет найти необходимую величину силы тяги при различных режимах работы локомотива как тягово-

го агрегата.

Сила тяги при неустановившемся режиме работы в период пуска (трогания поезда с места)

10 ,

P Q d

F W K

g dt



   

где W – статические сопротивления движению, W

= W; в этом режиме dv/dt > 0.

При равномерном движении dv/dt = 0, а уравнение движения поезда

,WF





т.е. потребная сила тяги численно равна суммарным статическим сопротивлениям движению.

При торможении поезда, когда тяговые двигатели выключены и F = 0, к силам естественного со-

противления движению W добавляется искусственное сопротивление – тормозная сила В. Тогда W

= W + B. В этом случае уравнение движения поезда примет вид

 

10 ,

P Q d

W B K

g dt



    

в котором dv/dt < 0.

При свободном выбеге,

когда торможение поезда осу-

ществляется только за счет

естественных сопротивлений

движению W, т.е. В = 0

(W

= W), уравнение движе-

ния поезда

P Q d

W K

g dt



  

Режим свободного выбега может быть реализован, когда W > 0, так как только в этом случае

dv/dt < 0, т.е. поезд будет двигаться с замедлением и рано или поздно остановится без искусственного его

подтормаживания. Если же W < 0, то после выключения двигателей локомотива (F = 0) поезд начнет

двигаться с ускорением, что совершенно недопустимо. В этом случае должно быть применено искусст-

венное торможение (3-й режим).

Для того, чтобы использовать полученные уравнения при практических расчетах локомотив-

ной откатки, должны быть выявлены механизмы реализации силы тяги F и тормозной силы В, а также

найдена зависимость, определяющая величину статических сопротивлений движению поезда W.

3.5.2. Механизмы реализации силы тяги и тормозной силы

При движении поезда с включенными двигателями локомотива сила тяги F может быть полу-

чена только за счет работы тяговых двигателей. При этом внутренние силы тяги реализуются во

внешнюю (по отношению к поезду) силу тяги F через взаимодействие с рельсами колесных пар локо-

мотива.

Внутренней по отношению к поезду силой тяги является крутящий момент М (в ньютон-

метрах), развиваемый двигателем (через редуктор) на ведущих колесных парах, и который может

быть реализован (рис.24) только в виде пары сил (в ньютонах)

2 /

F M D



где D

– диаметр колеса, м.

сц

сц max

Рис.24. Расчетная схема к определению тягового усилия,

развиваемого локомотивом