Плютов Ю.А. Транспортные машины

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 7. Железнодорожные вагоны



Транспортные машины. Конспект лекций -41-

бортом ВС-50 для легких условий эксплуатации (рис. 7.4). Механизм наклона

кузова состоит из четырех пневматических цилиндров (по два с каждой сто-

роны). Вместимость кузова составляет 22,6 м

, собственная масса – 31,5 т,

коэффициент тары – 0,63. Ходовая часть представлена двумя двухосными те-

лежками.

Рис. 7.4. Думпкар с подъемным бортом ВС-50: 1 – тележка; 2 – механизм опроки-

дывания; 3 – тормозной цилиндр; 4 – воздушный резервуар; 5 –нижняя рама; 6 –

автосцепка; 7 – тормозная площадка; 8 – торцевая стенка; 9 – настил пола кузова;

10 – верхняя рама кузова; 11 – трансмиссия; 12 – опоры; 13 – продольные борта;

14 – механизм запора; 15 – механизм открывания борта

Думпкары с комбинированным бортом обладают теми же эксплуа-

тационными преимуществами, что и думпкары с откидывающимся бортом,

но имеют большую устойчивость, благодаря чему допускаются повышенные

значения удельного объема кузова.

Саморазгружающиеся вагоны типа тальбот имеют седлообразное дно и

крышки в боковых бортах, закрывающие разгрузочные люки (рис. 7.5). При от-

крывании люков транспортируемый материал разгружается под действием

собственного веса. Разгрузка осуществляется одновременно по обе стороны

железнодорожного полотна в разгрузочные бункеры (ямы). Открывание лю-

ков может производиться дистанционно.

Хоппер – это вагон с кузовом в форме бункера с наклонными торцовы-

ми стенками, по которым груз ссыпается через разгрузочные люки. На от-

крытых разработках хоппер используют для транспортирования угля и в ка-

честве дозаторов балласта для путевых работ (рис. 7.6). Днепродзержинский

вагоностроительный завод выпустил хоппер для угля грузоподъемностью 90

т (модель 22-4003).

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 7. Железнодорожные вагоны



Транспортные машины. Конспект лекций -42-

Рис. 7.5. Полувагон тальбот

Рис. 7.6. Хоппер грузоподъемностью 65 т

Для хозяйственных грузов используются хопперы этого же завода гру-

зоподъемностью 35 и 65 т.

Платформы (грузоподъемностью 63 и 90 т) используются на карьерах

для доставки материалов, оборудования, при укладке звеньев пути кранами.

Для перевозки тяжелого оборудования (экскаваторов и др.) применяются

специальные многоосные платформы-транспортеры, грузоподъемность кото-

рых достигает 300 т.

Находят применение на карьерах и четырехосные полувагон ТСВ-6 и

вагон-самосвал УВС-22 (модель 47-641) для узкой колеи.

Полувагон ТСВ-6 имеет грузоподъемность 12,5 т (масса тары 5,3 т),

геометрическую вместимость кузова 25 м

. Разгрузка его осуществляется че-

рез четыре разгрузочных люка. Длина по осям автосцепок равна 8260 мм.

Вагон-самосвал УВС-22 имеет грузоподъемность 22 т (масса тары 11 т)

при геометрической вместимости кузова 10 м

. Длина по осям автосцепок со-

ставляет 6000 мм.

Основные параметры вагонов

Главными параметрами, характеризующими технические и эксплуата-

ционные свойства вагонов, являются грузоподъемность, масса тары, ко-

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 7. Железнодорожные вагоны



Транспортные машины. Конспект лекций -43-

эффициент тары, вместимость (геометрическая) кузова, число осей, нагрузка

на ось, коэффициент сопротивления движению и линейные размеры.

Грузоподъемность вагона q, т, – это наибольшая, допустимая к пере-

возке масса груза. Эта величина определяет рациональные параметры состава

(число вагонов, длину, массу). С увеличением грузоподъемности вагонов, как

правило, уменьшаются затраты на транспортирование, повышается произво-

дительность погрузочных устройств (экскаваторов, погрузчиков и др.),

уменьшается число вагонов в составе, а также длина состава в целом.

В настоящее время максимальная грузоподъемность думпкара состав-

ляет 180 т и эта величина имеет тенденцию к увеличению. Факторами, огра-

ничивающими увеличение грузоподъемности вагона, являются габарит под-

вижного состава, нагрузка на рельсы, обусловленная состоянием верхнего

строения пути, длина вагона, лимитируемая условиями вписывания в криво-

линейные участки пути.

Масса тары q

, т, – это собственная масса вагона. Одной из главных

тенденций в области вагоностроения является снижение массы тары при всех

прочих равных условиях и особенно сохранении прочности, что возможно

при использовании специальных материалов, легированных сталей, рацио-

нальной конструкции узлов.

Основным параметром, характеризующим техническое совершенство

вагона, является технический коэффициент тары – отношение массы тары

к грузоподъемности вагона:

= q

/q . (7.1)

С уменьшением этого коэффициента повышается экономичность пере-

возок, так как снижается доля бесполезной (относительно перевозимого гру-

за) массы поезда.

Однако технический коэффициент тары не всегда отражает эксплуата-

ционные качества вагона, так как не учитывает фактическое использование

его грузоподъемности. Поэтому применяют погрузочный коэффициент тары

ПТ

, учитывающий фактический объем груза в вагоне V

, м

, и насыпную

плотность транспортируемого материала γ

, т/м

ПТ

= q

/(V

). (7.2)

Так как насыпная плотность горных пород в карьерах колеблется в диа-

пазоне 1-2,5 т/м, то для различных пород необходимо использование разных

вагонов. Наибольший эффект дает применение вагона с техническим коэф-

фициентом тары, близким к значению погрузочного коэффициента тары.

Число осей вагона обусловливается нагрузкой на ось, которая ограни-

чивается несущей способностью железнодорожных путей. В карьерах, где

земляным полотном служат различные горные породы и движение происхо-

дит по балластированным и небалластированным путям, допустимое давле-

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 7. Железнодорожные вагоны



Транспортные машины. Конспект лекций -44-

ние на грунт составляет 0,25-0,3 МПа, что соответствует допустимым на-

грузкам на ось [Р] = 250–320 кН.

Тогда число осей вагона п = (q + q

)g/[P].

Для уменьшения жесткой базы вагона и улучшения вписывания в кри-

вые малого радиуса при числе осей вагона более двух их объединяют (по две-

три оси) в ходовые тележки.

Размеры вагона определяются принятым габаритом подвижного соста-

ва. Устойчивость вагона ограничивает высоту бортов, так как с их увеличе-

нием повышается положение центра тяжести.

Длина вагона определяется по заданной грузоподъемности, насыпной

плотности, для которой рекомендуется вагон, и поперечному сечению кузова.

Геометрическая вместимость кузова вагона выбирается с таким рас-

четом, чтобы при нормальной загрузке кузова грузоподъемность использова-

лась полностью.

Фактический объем перевозимого груза складывается из двух частей:

первая размещается в пределах геометрической вместимости, вторая пред-

ставляет собой призму («шапку»), расположенную выше уровня бортов. Да-

же при тщательной загрузке вагона использовать геометрическую вмести-

мость можно только на 90–95 % из-за неполной загрузки торцовых частей

кузова и неполного использования высоты бортов во избежание просыпания

груза при движении поезда. Объем шапки составляет 20–25 % геометриче-

ской вместимости кузова. Поэтому коэффициент использования геометриче-

ской вместимости кузова К"

≈ 1,1-1,2.

Таким образом, требуемая геометрическая вместимость кузова для гру-

зов с насыпной плотностью γ

при грузоподъемности q определяется по фор-

муле

= q/(К"

). (7.3)

Для производительного использования экскаватора линейная вмести-

мость ковша должна быть меньше или равна удельной вместимости кузова

(отношение вместимости вагона с «шапкой» к внутренней длине кузова).

Карьерные экскаваторы ЭКГ-5, ЭКГ-8, ЭКГ-12,5, ЭКГ-20 имеют ли-

нейную вместимость ковшей, соответственно, 2, 3, 4, 6 м

/м.

Удельная вместимость думпкаров грузоподъемностью 60, 85, 105, 145

и 180 т составляет 3,0; 4,1; 4,2; 4,8; 4,1 м

/м.

Контрольные вопросы

1. Какие типы вагонов применяются в горной промышленности?

2. Каковы основные параметры вагонов?

3. Что такое коэффициент тары вагона и как он определяется?

4. Из каких основных элементов состоит думпкар?

5. Каков принцип действия автосцепки?

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ



Транспортные машины. Конспект лекций -45-

План лекции

1. Общее устройство локомотивов.

2. Схемы питания электроэнергией электроподвижного состава желез-

нодорожного транспорта.

Общие сведения о локомотивном транспорте

На открытых разработках получили распространение локомотивы на

электрической и тепловозной тяге, а также их комбинация, использующая

преимущество обоих видов.

Электрическая тяга на карьерах имеет ряд преимуществ, основными из

которых являются возможность преодоления значительных подъемов без

существенного снижения скоростей движения (до 45 ‰, а при тяговых агре-

гатах – до 60 ‰), высокая удельная мощность (10–18 кВт) и способность вы-

держивать значительные кратковременные перегрузки, возможность увели-

чения сцепной массы объединением нескольких секций, высокая экономич-

ность (коэффициент полезного действия электрического локомотива состав-

ляет 0,86–0,88), незначительная зависимость от климатических условий и

свойств транспортируемого груза.

Электрическая тяга осуществляется при различных системах тока и на-

пряжениях. При постоянном токе используется напряжение 1500 и 3000 В на

токоприемнике электровоза, при переменном токе получила распространение

система однофазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц на-

пряжением 10 и 25 кВ. С ростом глубины и грузооборотов карьеров и, следо-

вательно, увеличением сцепной массы и мощности локомотивов для умень-

шения потерь энергии в контактной сети потребовалось увеличение напря-

жения в ней.

Переход на напряжение 3000 В при постоянном токе обусловливает

последовательное соединение тяговых двигателей (так как они рассчитаны на

напряжение 1500 В), что приводит к снижению реализуемого коэффициента

сцепления колес локомотива с рельсами. Применение тиристорных преобра-

зователей напряжения позволяет существенно увеличить коэффициент сцеп-

ления.

При системе однофазного переменного тока по контактному проводу

подается напряжение в 10–25 кВ с понижением и выпрямлением его на ло-

комотиве, что несколько усложняет конструкцию локомотива, но значитель-

но упрощает систему электроснабжения.

Если при питании локомотивов постоянным током на тяговой под-

станции производится понижение напряжения и преобразование переменно-

го тока в постоянный, то при переменном токе на тяговой подстанции произ-

водится только понижение напряжения до 10–25 кВ.

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 8. Устройство локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -46-

Расположение и число тяговых подстанций определяются длиной, раз-

ветвленностью и характером трассы, а также величиной грузопотока.

Тяговые подстанции могут быть стационарными (расположенными на

одном из бортов карьера) и передвижными (передвигающимися вслед за раз-

витием горных работ).

Контактная сеть в карьерах также подразделяется на стационарную (на

стационарных участках пути) и передвижную (на передвижных участках, за-

бойных или отвальных).

Основными элементами контактной сети являются опоры и медный

контактный провод.

Стационарная контактная сеть подвешивается над осью пути на высоте

5,75–6,25 м от головки рельса на металлических или железобетонных опорах,

устанавливаемых с шагом 35–50 м. Передвижная контактная сеть, переме-

щаемая вслед за продвиганием фронта работ, располагается сбоку от желез-

нодорожного полотна на расстоянии 2,7–4,6 м от оси пути (в зависимости от

типа экскаватора), чтобы не мешать экскаваторной загрузке вагонов, на вы-

соте 4,4–5,3 м с шагом установки опор не более 18 м (на криволинейных уча-

стках пути шаг сокращается до 7–10 м).

Локомотивы на электрической тяге представляют собой одно-

или многосекционные локомотивы – электровозы, а на тепловой тяге – теп-

ловозы.

На карьерах применяются одиночные электровозы постоянного тока

EL1 и EL2 германского и 26Е чешского производства, а также электровоз пе-

ременного тока Д94 Днепропетровского электровозостроительного завода

(НПО «ДЭВЗ»).

Большое распространение получила комбинация этих двух видов тяги,

реализованная в тяговых агрегатах – многосекционных локомотивах, каж-

дая из секций которых развивает соответствующую часть тягового усилия и

имеет определенное функциональное назначение. В состав тягового агрегата

могут входить следующие секции: электровоз управления (ЭУ), секция авто-

номного питания (дизельная секция – ДС) и моторный думпкар (МД)

(рис 8.1).

Электровоз управления тягового агрегата так же, как и электровоз,

содержит аппаратуру для управления и питания всех двигателей тягового аг-

регата.

На электровозе управления тягового агрегата переменного тока

(рис. 8.2) расположены пульт управления (кабина машиниста 1 и его помощ-

ника 2 с измерительными приборами 3 и механизмами управления), тяговый

трансформатор 4, выпрямительные установки 5 со сглаживающим реактором

6, пуско-тормозные сопротивления 7, мотор-компрессор 8 (для снабжения

поезда сжатым воздухом) и блок мотор-вентилятора 9.

На электровозе управления тягового агрегата постоянного тока также

имеется пост управления, пуско-тормозные сопротивления, компрессорная и

вентиляторная установки (но отсутствуют трансформатор и выпрямительная

установки).

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 8. Устройство локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -47-

Секция автономного питания имеет дизель-генераторную установку

мощностью 1000–1500 кВт для питания всех секций тягового агрегата при

движении по неэлектрофицированным (забойным или отвальным) путям. На

секции автономного питания размещены дизель-генераторная группа 2, ак-

кумуляторная группа 3, вентилятор 4, а также кабина 1 (для автономного

управления с секции) и различная измерительная аппаратура и аппаратура

защиты (рис. 8.3).

Моторный думпкар представляет собой комбинацию думпкара (ваго-

на для перевозки груза) и тяговой единицы, так как оси его приводные, т.е.

оборудованы тяговыми электродвигателями (рис. 8.4).

а б

в г

Рис. 8.1. Общий вид локомотивов на электрической тяге: а – электровоз Д94;

б – тяговый агрегат ОПЭ1; в – тяговый агрегат ОПЭ1А; г – тяговый агрегат

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 8. Устройство локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -48-

Рис. 8.2. Размещение оборудования на электровозе управления тягового агрегата

переменного тока: 1, 2 – кабины машиниста и помощника; 3, 4 – приборы управле-

ния, тяговый трансформатор; 5, 6 – выпрямительная установка, сглаживающий ре-

актор; 7 – пуско-тормозные сопротивления; 8 – мотор-компрессор; 9 – блок мотор-

вентилятора

Рис. 8.3. Размещение оборудования на секции автономного питания тягового аг-

регата ОПЭ1: 1 – кабина управления; 2 – дизель-генераторная группа; 3 – акку-

муляторная группа; 4 – вентилятор

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 8. Устройство локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -49-

Рис. 8.4. Схема расположения оборудования на моторном думпкаре: 1 – блок тормозных

сопротивлений; 2 – тормозной переключатель; 3 – реверсивный переключатель; 4 – ку-

зов; 5 – жалюзи; 6 – шаровая связь; 7 – цилиндр опрокидывания;

8 – трехосная тележка

Компоновка оборудования локомотива выполняется с учетом равно-

мерного распределения нагрузок на колесные пары, удобства обслуживания,

группировки аппаратов в блоки и безопасности обслуживания.

При различном сочетании секций тягового агрегата допускаются сле-

дующие режимы его работы:

1) электровоз управления как самостоятельная тяговая единица (рабо-

тают 4 тяговых двигателя) в контактном режиме;

2) электровоз управления в сцепе с секцией автономного питания (ра-

ботают 8 тяговых двигателей) в контактном режиме;

3) секция автономного питания как самостоятельная тяговая единица

(работают все двигатели – 8 или 12) в автономном режиме;

4) электровоз управления в сцепе с секцией автономного питания и мо-

торным думпкаром – основное сочетание тяговых единиц (работают все 12

двигателей) в контактном или автономном режиме;

5) электровоз управления с одним или двумя моторными думпкарами

(работают 8 или 12 двигателей).

Тяговые агрегаты оборудованы, как правило, следующими видами

тормозов: пневматическим поездным, ручным с приводом на все колесные

пары, электромагнитным рельсовым и электрическим реостатным. Для экс-

тренной остановки поезда применяют обычно пневматический (механиче-

ский) и электромагнитный рельсовый (если он имеется) тормоза. Ручной

тормоз служит для удерживания тягового агрегата при длительной стоянке.

Электрический реостатный тормоз, являясь основным рабочим тормозом со-

временных агрегатов, служит для поддержания скорости и ее регулирования

при движении поезда.

Широкое распространение получили отечественные тяговые агрегаты

постоянного (шифр ПЭ) и переменного (шифр ОПЭ) тока, а также немецкие

тяговые агрегаты переменного тока EL10 и EL20.

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 8. Устройство локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -50-

Основные узлы локомотивов

Локомотив состоит из механической, пневматической и электриче-

ской частей. К механическому оборудованию относятся тележки и кузов.

Кузов карьерного локомотива может быть будочного или вагонного

типа. Электровоз Д-94, электровозы управления тяговых агрегатов ОПЭ1А,

ОПЭ1Б, ПЭ2М, ПЭЗТ и другие имеют кузов будочного типа, а электровозы

управления тяговых агрегатов ОПЭ1, EL10, EL20 – вагонного.

Кузов будочного типа имеет центрально расположенную кабину

управления и два скоса по обе стороны от нее. В кабине размещаются посты

управления (с правой стороны по ходу поезда) и контрольные приборы, в

скосах – основное оборудование.

Для обеспечения хорошей видимости и кругового обзора с любого по-

ста управления кабина машиниста уширена по отношению к скосам кузова, а

все оборудование размещено на крыше кабин машиниста.

У кузова вагонного типа кабины управления расположены по торцам,

а оборудование – в центре.

Кузов электровоза опирается центральной пятой и двумя боковыми

скользящими опорами на каждую из ходовых тележек. Центральные опоры

предназначены для передачи давления кузова на тележки, боковые – для при-

дания кузову поперечной устойчивости.

Тележки электровозов, электровозов управления, секций автономного

питания и моторных думпкаров унифицированы.

Тележка состоит из рамы 1, колесных пар 2 с буксами 3, рессорного

подвешивания 4 и тормозной системы (рис. 8.5).

Кроме того, между боковинами рамы на каждой оси размещается тяго-

вый электродвигатель и тяговая передача 6, приводящие ходовую ось во

вращение.

Рама тележки объединяет все узлы и служит для распределения веса

кузова с оборудованием и боковых усилий, возникающих при прохождении

криволинейных участков трассы, через рессоры на колесные пары (рис. 8.6).

Колесная пара состоит из оси 1, двух колесных центров 2 с бандажами 3

и одного или двух (при мощности тягового двигателя более 250 кВт применя-

ется двусторонняя зубчатая передача) зубчатых колес 4 (рис. 8.6, а).

В зацепление с зубчатыми колесами 4 входят шестерни 5, насаженные

на оба конца вала 7 тягового электродвигателя 6, закрепленного проушинами

8 на оси 1 и механизмом 9 к раме тележки 10 (рис. 8.6, б). На концах оси пре-

дусмотрено закрепление буксовых подшипников шайбами.

Буксы служат для передачи усилий от колесных пар к раме тележки. На

одиночных электровозах применена традиционная для локомотивов (и для

вагонов) челюстная букса, корпус которой вертикально перемещается в вы-

резе рамы.

На электровозах Д-94 и большинстве тяговых агрегатов используются

буксы с подшипниками качения, которые состоят из корпуса 1, двух под-

шипников 2 с роликами 3, лабиринтного уплотнения 4, торцевого бортового