Кузьменко В.И. Горные транспортные машины (теория и расчеты)

Подождите немного. Документ загружается.

121

где

= 1,1-1,2

– запас мощности;

= 0,8- 0,7 – коэффициент полезного действия приводов.

При использовании промежуточных приводов длина межрамного участка

[]

пр

10zF

′

, м, (6.13)

где [n] – нормативный запас прочности цепи;

′

– суммарное сопротивление движению на 1 м несущего полотна, Н/м.

Число промежуточных приводов

пр

−=

, (6.14)

где L

– общая длина конвейера, м.

122

7 ЛОКОМОТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

7.1 Общие сведения

7.1.1 Рельсовая колея

Рельсовая колея состоит из верхнего и нижнего строений. К верхнему

строению относят рельсы и элементы их скреплений, шпалы, балластный

слой. Нижним строением является почва с водосточной канавкой.

Рельсы принимают нагрузку подвижного состава и передают ее шпалам.

Тип рельса характеризуется массой одного погонного метра в кг. В настоя-

щее время рекомендовано применять рельсы на главных магистральных

выработках Р-33, Р-38 (33 кг/м, 38 кг/м), на участковых и вентиляционных

выработках Р-24, Р-18.

Ширина рельсовой колеи (S

) – расстояние между внутренними гранями

головок рельсов. В угольной промышленности S

=600 мм, 900 мм; в рудной

– S

=750 мм.

Локомотивный транспорт применяется в горизонтальных выработках,

при этом рельсовую колею настилают с уклоном.

Уклон (i) – отношение разницы по вертикали между отметками двух то-

чек, произвольно взятых на продольной стороне одного рельса, к расстоя-

нию вдоль горизонтали между этими точками, которое обычно принимают

равным 1000 м.

Единица измерения уклона в тысячных долях или промилле (‰). Напри-

мер, i=0,003 или i=3‰.

При проектировании новых шахт или горизонтов рельсовым колеям ста-

123

движении с грузом и порожняком будет одинакова. Значение этого уклона

составляет около 0,002. Однако это немного меньше минимального уклона,

допустимого при условии удовлетворительного стока воды, поэтому для

новых шахт и горизонтов средний уклон (і

) откаточной рельсовой колеи

принимают, обычно, равным 0,003-0,005 или (3‰ -5 ‰).

Преобладающий (руководящий) уклон (і

) – максимальный уклон, протя-

женностью не менее длины состава плюс длина тормозного пути.

Уклон равновесия – уклон, при котором сила тяги равняется нулю. Пути с

таким уклоном настилают в выработках или на приемных площадках, где

вагонетки должны перемещаться самокатом.

На разветвлениях рельсовые пути соединяются друг с другом с помо-

щью стрелочных переводов, которые обеспечивают переход составов или

одиночных вагонов с одного рельсового пути на другой.

Стрелочный перевод состоит из стрелки с переводным механизмом, кре-

стовины с контррельсом и соединительной части.

Стрелочные переводы имеют такие обозначения:

ПО 933 – 1/5 – 20п – перевод односторонний; 9 – ширина колеи 900 мм; 33

– тип рельса Р33; 1/5 – марка крестовины; 20 – радиус закругления, м; п –

правый.

ПС – 624 – 1/4 – 12 – перевод симметричный.

С – 924 – 1/4 – 1216 – съезд; 12 – радиус закругления, м; 16 – расстояние

между осями рельсовых путей, дм.

Основным параметром стрелочного перевода является марка крестови-

ны М, которая характеризуется величиной центрального угла сердечника

крестовины, которым определяется радиус кривизны на переходных участ-

ках и длина стрелочного перевода.

На угольных шахтах применяют крестовины с М= 1/4; 1/5; 1/7, иногда

М = 1/2, 1/3.

124

В зависимости от назначения грузов, которые перевозятся, шахтные ва-

гонетки подразделяют на грузовые, которые предназначены для транспор-

тирования полезных ископаемых, породы и других насыпных грузов; пасса-

жирские, которые предназначены для перевозки людей; вспомогательные –

для доставки леса, оборудования, строительных материалов и прочее.

Грузовые вагонетки, которые используются на угольных шахтах, отли-

чаются и конструкцией кузова, и способом разгрузки:

– с глухим жестко закрепленным на раме вагонетки кузовом (ВГ) (раз-

грузка таких вагонеток осуществляется в круговых опрокидывателях);

– с кузовом, снабженным откидными днищами (ВД, ВДК– разгрузка та-

ких вагонеток производится через днище с автоматическим открыванием и

закрыванием днищ).

В наше время в угольной промышленности широко применяются секци-

онные поезда (ПС). Секционный поезд состоит из секций, которые снабже-

ны откидными днищами, как у вагонетки ВДК. Промежуточная секция пред-

ставляет собой кузов, у которого, вместо торцовых стенок, закреплены ре-

зиновые фартуки (межсекционные перегружатели). Каждая промежуточная

секция имеет один полускат. Передняя секция снабжена двухосной тележ-

кой. Конечная секция такая же, как и промежуточная, но дополнительно

снабжена торцовой стенкой и автосцепкой.

Для перевозки людей используют вагонетки типа ВП.

7.1.3 Локомотивы

На угольных шахтах для транспортирования угля, породы и вспомога-

тельных грузов, а также для перевозки людей следует использовать такие

виды локомотивов:

– электровозы аккумуляторные, контактные, высокочастотные;

– гировозы;

– дизелевозы.

Контактные электровозы изготовляют в рудничном нормальном испол-

125

сцепная масса электровоза.

Аккумуляторные электровозы имеют такие обозначения, например АРП10

– электровоз аккумуляторный, исполнения рудничного повышенной надеж-

ности, сцепной массой 10 т или АРВ7 – электровоз аккумуляторный, испол-

нения рудничного взрывобезопасного, сцепной массой 7 т.

Высокочастотные электровозы (более точное название – бесконтактный

электровоз переменного тока повышенной частоты) используют там, где

разрешена эксплуатация локомотивов исполнения рудничного повышенной

надежности и обозначаются, например В-14.

Рудничные гировозы представляют собой инерционные локомотивы, дви-

жение которых осуществляется за счет энергии, аккумулируемой в махови-

ке, который вращается. Раскручивание маховика производится пневмати-

ческим двигателем, а передача движения от маховика к ведущим колесам

осуществляется через редуктор и цепную передачу. Обозначается гировоз,

например Г6.

Дизелевоз, например Д7– двухосная машина с рамой внешнего типа. В

передней части рамы расположена кабина машиниста, в средней части – обо-

рудование дизелевоза. Передача вращающего момента от дизеля к колес-

ным парам производится с помощью гидростатической трансмиссии, вклю-

чающей в себя реверсивный гидронасос переменной подачи, гидромотор,

осевой редуктор, карданный вал.

7.2 Теория движения поезда

7.2.1 Основное уравнение движения поезда

Все вагоны и электровоз связаны друг с другом при помощи сцепных

устройств и поэтому в кинематическом отношении составляют единое це-

лое – поезд. Кинематическое единство следует здесь понимать таким обра-

зом, что все вагоны в каждый момент времени имеют одинаковые скорости

и ускорение и поэтому в каждый отрезок времени пробегают одинаковый

путь. Реальный поезд не совсем удовлетворяет этому условию. В действи-

126

тельности, кроме основного движения, имеет место ряд дополнительных,

как говорят, паразитных движений, которые не принимают участия в полез-

ном перемещении поезда и проявляются большей частью в виде дополни-

тельных колебательных процессов. Однако вытекающей из этого ошибкой

при исследовании движения поезда можно пренебречь.

Скорость движения поезда вдоль рельсового пути может изменяться от

нуля к некоторой наибольшей величине. Изменения скорости по времени

соответствуют ускорениям поезда, которые могут иметь разные значения:

положительное, если скорость возрастает, и отрицательное, если она умень-

шается. Наличие ускорений в движении поезда предполагает и наличие сил,

которые действуют на него вдоль направления движения. Силы эти могут

быть двух видов. Одни из них стараются привести поезд в движение – это

силы подвижные, или активные, которые действуют всегда в сторону дви-

жения поезда. Чаще всего движущие силы возникают в результате действия

двигателей, установленных в поезде (на электровозе), но могут быть прило-

жены и извне, например, при тяге канатами. Все эти силы могут быть приве-

дены к одной результирующей силе тяги поезда, которую мы в дальнейшем

будем обозначать через F.

Силы второго вида имеют реактивный характер: они возникают только

при движении поезда и пытаются мешать этому движению. Сумма этих сил

может быть сведена к некоторой результирующей силе, которая называется

сопротивлением движению и обозначается через

∑

. Сопротивление дви-

жению – величина непостоянная, которая зависит от величины состава и

массы поезда, его скорости, состояния и профиля рельсового пути.

При нахождении поезда на уклоне, независимо от направления поезда

или даже при его неподвижном состоянии, на поезд всегда будет действо-

вать составляющая сила собственного веса, которая пытается заставить его

двигаться вниз вдоль наклонной плоскости. Таким образом, эта сила носит

активный характер, однако ее обычно также причисляют к силам сопротив-

ления, отмечая только знаком плюс при подъеме и знаком минус при спуске.

Дифференциальное уравнение движения поезда должно дать аналитичес-

127

поезда при его поступательном движении. На основании этого уравнения

путем его интегрирования могут быть установлены зависимости: скорости

движения от пройденного пути, то есть V=f(l), и скорости движения от вре-

мени, то есть V=f(t).

Для упорядочения уравнения движения поезда используем известную из

механики теорему о том, что изменение кинетической энергии системы при

некотором ее перемещении равняется сумме работ всех внутренних и вне-

шних сил на этом перемещении.

Очевидно, что равнодействующая всех сил, которые действуют на поезд,

равняется алгебраической сумме силы тяги F(H) и сил сопротивления дви-

жению

∑

(Н), а элементарная работа dА ( Дж) этой равнодействующей

на некотором перемещении dl (м) составит

(

)

ldWF

∑

−

, то есть

(

)

ld·WFdA

∑

−=

. (7.1)

Кинетическая энергия системы равняется кинетической энергии всей

массы поезда

, который движется со скоростью V (м/с) его центра инер-

ции и сумме кинетических энергий (

∑

), тел, которые вращаются – ко-

лесных пар, якорей двигателей, зубчатых передач. Здесь m – масса поез-

да (кг); I – полярный момент инерции одной колесной пары (кг·м

);

– мгно-

венная угловая скорость колесной пары(с

-1

Кинетическая энергия поезда Т (Дж) в фиксированный момент времени

∑

. (7.2)

Масса поезда определяется выражением:

∑

пк

mmm

, (7.3)

где

∑

– сумма масс соответственно отдельно кузовов и колес-

ных пар.

128

Для упрощения вывода при составлении уравнения (7.2) мы пренебрегли

вращательным движением зубчатых колес и якорей тяговых двигателей, а

колесные пары электровоза приравняли к колесным парам вагонеток поезд-

ного состава.

Пользуясь известной зависимостью , превращаем приведенное выше вы-

ражение для кинетической энергии поезда:













∑

m·

, (7.4)

где R – радиус круга катания колес, м.

Из-за того, что величина

∑

имеет размерность массы, то ее можно

представить как некоторую часть массы всего поезда, считая

γ=

∑

. (7.5)

Коэффициент

, называемый коэффициентом инерции масс, учитыва-

ет влияние вращающихся масс на повышение инерции поезда. Значение это-

го коэффициента будет установлено нами при анализе динамических сопро-

тивлений движению поезда.

Обозначим сумму

(

)

γ+

через m

пр

и назовем ее приведенной массой

поезда, тогда

(

)

мпр

. Таким образом, уравнение кинетической энер-

гии поезда примет вид:

V·m

пр

. (7.6)

Приращение кинетической энергии поезда будет равняться

VdV·mdT

пр

. (7.7)

Приравняв выражение (7.1) и (7.7), получим

(

)

VdV·md·WF

пр

=−

∑

. (7.8)

Разделив обе части этого уравнения на величину dl, получим

V·mWF

пр

=−

∑

; (7.9)

129

V =

, (7.10)

то окончательно дифференциальное уравнение движения поезда принимает вид:

mWF

пр

=−

∑

. (7.11)

Это выражение дает аналитическую зависимость между всеми силами,

которые влияют на поезд, и изменением скорости движения или, другими

словами, между силой тяги, с одной стороны, и силами сопротивления дви-

жению как статическими, также и динамическими – с другой.

Процесс движения поезда характеризуется тремя основными режимами:

тягой, выбегом и торможением.

В период тяги двигатели электровоза превращают электрическую энер-

гию в механическую работу. Эта механическая работа расходуется на повы-

шение скорости, то есть на предоставление поезду кинетической энергии и

на преодоление сопротивлений движению, то есть на преодоление подъемов

и на покрытие работы сил трения (трение колес об рельсы, трение в под-

шипниках и прочее).

При выбеге двигатели электровоза отключены, и скорость электровоза

уменьшается, потому что кинетическая энергия поезда расходуется на пре-

одоление сопротивлений движению. На крутых спусках скорость при выбе-

ге может повышаться, при этом работа сопротивлений движению, направ-

ление которых в данном случае совпадает с направлением движения, пере-

ходит в кинетическую энергию поезда.

Торможение состоит в искусственном повышении сил, противодейству-

ющих движению поезда, и применяется для понижения скорости до задан-

ного предела и до нуля при остановках.

7.2.2 Сила тяги

Для приведения поезда в движение и поддержания движения к поезду

должна быть приложена определенная движущая сила, внешняя по отноше-

130

нию к нему. Единственными точками соприкосновения поезда с неподвиж-

ным рельсовым путем, естественно, являются точки касания ободов колес с

рельсами; следовательно, силу тяги можно считать приложенной именно в

этих точках. Отсюда и происхождение часто употребляемого термина – “сила

тяги на ободе колеса”.

Источником силы тяги, естественно, являются тяговые двигатели, кото-

рые расположены в рудничных поездах только на электровозе. При помощи

механической передачи двигатели связываются с осями электровоза, благо-

даря чему тяговое усилие может быть передано его колесам.

Колесные пары, каким тяговые двигатели передают тяговое усилие, на-

зываются ведущими. Вместо термина “ведущая колесная пара”, чаще упот-

ребляют выражение “ведущая ось” и “сцепная ось”.

Рассмотрим вкратце механизм передачи тягового усилия осям. Предпо-

ложим, что колесная пара (рис. 7.1) связана с двигателем с помощью зубча-

той передачи. При этом меньшее зубчатое колесо диаметром D

(м) насаже-

но на вал двигателя и воспринимает развиваемый им вращающий момент

(Нм). Большое зубчатое колесо диаметром D

(м) укреплено на оси ко-

лесной пары и сцеплено с меньшим. Благодаря наличию момента М

, мень-

шее зубчатое колесо создает касательное давление на зубья большого. Мо-

мент М

мы можем представить парою сил, плечо которой равняется ради-

Рисунок 7.1 – Схема действия сил, приложенных к колесной паре