Тарасов Ю.Д. Горно-транспортные машины периодического действия

Подождите немного. Документ загружается.

Чтобы тяговые двигатели не перегревались, необходимо выполнение следующего условия:

потребная для движения поезда сила тяги при установившемся режиме F

уст

не должна превышать си-

лу тяги, развиваемую тяговыми двигателями при длительном режиме – F

дл

. Поскольку для современ-

ных тяговых двигателей сила тяги пропорциональна (в первом приближении) силе тока в обмотках

двигателя, длительная сила тяги может быть определена как среднеквадратичное значение силы тяги.

Справедливость этого условия подтверждается тем, что количество теплоты, выделяемой обмотками

двигателя, пропорционально квадрату тока, проходящего через эти обмотки.

Таким образом, для обеспечения работы тяговых двигателей без перегрева должно выпол-

няться следующее условие:

 

2 2 2 2

2 2

1 1 2 2

дл

дв дв

i i

F t F t

F F t

T T

 

   

   





, (7)

где F

= F

, F

,  – тяговые усилия, развиваемые двигателями локомотива в периоды времени, мин,

= t

, t

,  при прохождении участков рельсового пути L

, L

,  с уклонами i

, i

,  (рис.31, а); T

дв

–

время движения поезда на всем участке рельсового пути (между конечными пунктами и временем на

погрузку (разгрузку) вагонеток), мин;  – суммарная продолжительность маневровых операций, мин;

 – коэффициент, учитывающий включение тяговых двигателей для выполнения маневровых опера-

ций локомотивом.

Время движения поезда в одном направлении

дв

ср.х

T 

, (8)

где L – длина откатки, км; v

ср.х

– среднеходовая скорость движения поезда, км/ч.

Параметры  и  выбираются следующим образом:  = 1,151,4 (меньшие значения прини-

мают для большей длины откатки);  = 3040 мин при использовании вагонеток с глухим кузовом и

 = 1520 мин для вагонеток с откидными днищами, не требующими разгрузки в опрокидывателях.

Среднеходовая скорость v

ср.х

= (0,750,9)v

дл

, где v

дл

– длительная скорость, развиваемая локо-

мотивом, км/ч. Меньшие значения коэффициента принимаются при ограниченной длине откатки

(рис.31, б).

Если для расчета принимается уклон равного сопротивления i

р.с

, то формула (7) существенно

упрощается (F

= F



= F

уст

дв

дл уст

дв

F F

 

 

Отношение

дв

 

 

называется относительной продолжительностью движения.

Таким образом, длительная и расчетная силы тяги при установившемся движении связаны со-

отношением

дл уст гр гр р.с

( )( )

F F P Q w i

        .

Отсюда находим максимально возможный вес груженого (аналогично и для порожнего) со-

става по заданному весу локомотива из условия ограничения по мощности тяговых двигателей (по

допустимому нагреву):

дл

гр

гр р.с

( )

Q P

w i

 

  

а также минимальный вес локомотива по заданному весу состава:

дл

гр

гр р.с

( )

P Q

w i

 

  

Кроме того, параметры v

дл

(для определения v

ср.х

и T

дв

) и F

дл

берутся по тяговой характеристи-

ке двигателей локомотива применительно к длительному режиму. Характеристика представляет со-

бой зависимость от токов якоря параметров F и v для часового и длительного режимов для полного U

(тяговые двигатели включены параллельно) и половинного напряжения 0,5U (тяговые двигатели

включены последовательно), где U – напряжение контактной сети или на клеммах аккумуляторной

батареи.

3.7.4. Определение веса поезда из условия торможения

В соответствии с действующими правилами безопасности (ПБ) тормозной путь поезда на

преобладающем уклоне не должен превышать l

= 40 м при перевозке грузов и

= 20 м при пере-

возке людей.

Уравнение движение поезда для этого режима при w

кр

= 0, i = i

ср

гр гр cр т

( )( )

O P Q w i a B

    

, (9)

где а

– тормозное замедление, м/с

дл

т т

2 2

l l

 

;

– скорость движения поезда перед его затормаживанием, м/с; l

– нормативный (регламентируемый

ПБ) тормозной путь, м.

Принимаем

т дл



v v

; значение v

дл

берется по тяговой характеристике.

Тормозная сила, развиваемая локомотивом, оборудованным механическими колодочными

тормозами (см. рис.25),

1000

B N P

   

где N – сила нажатия тормозных колодок, H; φ – коэффициент трения колодок о бандажи колес,

φ = 0,18÷0,20.

Наибольшая (предельно допустимая) сила нажатия колодок

1000 1000

N P P



  



где δ – коэффициент нажатия тормозных колодок, δ = μ/φ; для шахтных локомотивов принимают

δ = 0,6÷0,8.

Отсюда максимально возможная расчетная тормозная сила

1000

B P

 

а удельная тормозная сила (в ньютонах на килоньютон)

гр

1000

P Q







. (10)

Решая совместно уравнения (9) и (10) относительно Q

гр

, найдем максимально возможный

вес состава из условия торможения поезда:

гр

ср гр

1000

Q P

i w



 

 

а также минимальный вес локомотива из этого же условия:

гр

ср гр

1000 1

i w





 

   

 

 

В ряде случаев на действующих рудниках фактический тормозной путь может превышать

предусмотренные ПБ. В этом случае должна быть увеличена тормозная сила за счет включения в со-

став тормозных вагонеток или применены электромагнитные рельсовые тормоза на электровозе.

Фактический тормозной путь l

т(ф)

может быть определен из условия баланса кинетической

энергии поезда, которой он обладал перед началом торможения, и суммарной работы сил трения (со-

противления движению с учетом тормозной силы), т.е.

  

гр и т

гр гр ср т(ф)

1000( )

P Q k

P Q w i b l



   

Отсюда фактический тормозной путь (в метрах)

т(ф)

гр ср

w i b



 

Необходимая удельная тормозная сила при заданной величине тормозного пути l

(норматив)

ср гр

b i w

  

Дополнительная удельная тормозная сила (реализуемая с помощью дополнительных тормоз-

ных средств)

гр

1000

b b

P Q



  



3.7.5. Выбор веса состава, локомотива

и числа вагонеток в составе

При заданном типе электровоза (и его сцепном весе Р) после определения максимально воз-

можного веса состава Q

гр

по трем условиям, рассмотренным в п.3.7.4, выбирается минимальное зна-

чение Q

гр min

, которое и берется в основу дальнейшего проектирования локомотивной откатки.

При заданном весе состава Q

гр

после определения минимально необходимого веса локомотива

P по трем условиям из них выбирается максимальное значение P

max

, по которому подбирается тип

локомотива.

По величине Q

гр min

определяется необходимое число вагонеток в составе:

гр min

( )

g G G





Потребное число рабочих электровозов

э п в

z n n



где n

, n

– потребное и возможное число рейсов в смену, n

= n

гр

+ n

;

см

дв



 

;

н ш

гр

k A



; n

гр

, n

–

число грузовых и людских рейсов; T

см

– продолжительность смены, ч; k

н –

коэффициент неравномер-

ности, k

= 1,25; А

– сменная продолжительность откатки (участка, всей шахты), т.

4. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

4.1. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ГОРКИ

Испытательные горки используются для проверки ходовых качеств рельсового подвижного

состава шахт и рудников. Испытательная горка представляет собой (рис.32) наклонную выработку,

оснащенную рельсовым путем, с точно фиксированным углом наклона и длиной.

Испытательная горка позволяет очень эффективно оценивать относительное качество ходовой

части вагонеток, а именно состояние подшипников колесных пар и полускатов, путем сортировки ва-

гонеток на годные для дальнейшей эксплуатации и вагонетки, отправляемые на ревизию в механиче-

ский цех для восстановления или замены подшипниковых узлов.

Кроме того, испытательная горка позволяет определять численное значение коэффициента

сопротивления движению вагонетки w.

В основе решения первой и второй задачи лежит принцип баланса потенциальной энергии и

работы сил трения скатывающейся с горки груженой или порожней вагонеток.

Уравнение баланса энергии

в в 1 в 2

cos

gG h gG w l gG w l

 

  

где G

– масса вагонетки, т; h – разность в отметках центра масс вагонетки на испытательной горке и

после скатывания вагонетки вниз, м; l

– длина наклонного участка испытательной горки, м; l

– путь,

проходимый вагонеткой по горизонтальному участку при скатывании вагонетки с горки, м; β – угол

наклона испытательной горки.

Фактический коэффи-

циент сопротивления движе-

нию вагонетки (в относитель-

ных единицах)

1 2

cos

l l





 

Для сортировки вагоне-

ток на годные к дальнейшей

эксплуатации и подлежащие

ремонту фиксируется (столби-

ком, другой какой-либо меткой)

положение



вагонетки, соот-

Рис.32. Схема испытательной горки





ветствующее годным вагонеткам с допустимым коэффициентом сопротивления движению



2 1

cos

l l



  



Если скатываемые с горки вагонетки проходят путь

2 2

l l





, их возвращают в работу, если ока-

жется, что l



, то вагонетку направляют на ревизию или ремонт.

4.2. ОПРОКИДЫВАТЕЛИ

4.2.1. Назначение и классификация опрокидывателей

Опрокидыватели предназначены для разгрузки вагонеток с глухим (жестко укрепленным на раме)

кузовом. Они устанавливаются в околоствольных дворах скиповых или конвейерных подъемов, а также в

надшахтных зданиях клетевых подъемов и других местах перегрузки полезного ископаемого с транс-

портных устройств периодического действия на транспортные устройства непрерывного действия.

Используемые на горных предприятиях опрокидыватели подразделяются по следующим при-

знакам:

 по назначению – для разгрузки одиночных вагонеток и нерасцепляемых составов;

 по направлению опрокидывания – круговые (разгрузка через боковую стенку вагонетки) и

лобовые (разгрузка через торцевую стенку вагонетки);

 по величине угла поворота вагонетки при разгрузке – неполноповоротные (реверсивные)

и полноповоротные (нереверсивные);

 по режиму работы двигателя привода – с непрерывной работой и периодическим включени-

ем двигателя (при каждом цикле разгрузки вагонетки);

 по числу одновременно разгружаемых вагонеток – на одну и несколько вагонеток;

 по принципу действия привода механизма поворота – с фрикционным и цепным приводами;

 по роду привода – с электрическим, гидравлическим или пневматическим приводами.

Выпускаются также опрокидыватели, рассчитанные на пропуск через них локомотивов

(для сокращения протяженности выработок в околоствольном дворе и упрощения маневровых

операций).

Наибольшее распространение имеют круговые опрокидыватели неполноповоротные с боко-

вой разгрузкой и фрикционным механизмом поворота барабана, а также круговые полноповоротные с

боковой разгрузкой и цепным механизмом поворота барабана.

Оба типа опрокидывателей позволяют разгружать нерасцепляемые вагонетки и отличаются

большой производительностью.

4.2.2. Круговой опрокидыватель с фрикционным приводом

Круговой опрокидыватель с фрикционным приводом

(рис.33) состоит из барабана, в который закатывается одна или не-

сколько вагонеток.

Барабан выполнен в виде двух бандажей (колец), соеди-

ненных между собой распорными плитами и опирающихся на два

приводных (с одной стороны от оси) и два опорных (с другой сто-

роны от оси) ролика. Приводные ролики кинематически связаны с

двигателем.

Ось вращения опрокидывателя совпадает с осью сцепки ва-

гонетки. Для взаимодействия с тормозными башмаками барабан

снабжен приливами. Двигатель постоянно включен, а приводные

ролики вращаются. После опускания тормозных башмаков бандажи

опускаются на приводные ролики, которые и приводят барабан во

вращение. После полного оборота барабана и разгрузки вагонетки в

расположенный под барабаном бункер приливы бандажей набегают

на тормозные башмаки, барабан

приподнимается над приводными

роликами и останавливается. Разгруженная вагонетка автоматиче-

ски или с помощью толкателя выкатывается из барабана, а вместо

нее закатывается другая вагонетка. Далее цикл повторяется.

Барабан опрокидывателя размещен в кожухе с отсосом за-

пыленного воздуха аспирационной системой шахты.

Расчет опрокидывателя сводится к определению мощно-

сти двигателя привода, работающего в повторно-кратко-

временном режиме. Из условия равновесия системы барабан оп-

рокидывателя с разгружаемой вагонеткой – приводные и опор-

ные ролики найдем (рис.34):

1 1 2 2

1 1 2 2 в б

sin sin ;

cos cos ( ),

P P

P P g G G

  





    



(11)

где P

, P

– усилия нажатия бандажей барабана на приводные и

опорные ролики, кН; 

, 

– центральные углы установки привод-

ных и опорных роликов относительно оси барабана опрокидывате-

Рис.33. Круговой опрокидыватель с

фрикционным приводом барабана

1,7 – приводные и опорные ролики;

2 – тормозной башмак с приводом; 3 –

прилив; 4 – бандаж; 5 – вагонетка; 6 –

патрубок для отсоса запыленного воздуха;

8 – бункер для приема горной массы

Рис.34. Схема к расчету

кругового опрокидывателя

с фрикционным приводом



g(G

+ G

)



ля; G

– масса вагонетки, т; G

– масса барабана, т; g – ускорение свободного падения, м/с

Кроме того,

в 0

G G G

 

. Решая систему уравнений (11), определяем усилия нажатия банда-

жей барабана на приводные и опорные ролики:

1 в б

1 2

sin

( )

sin( )

P g G G



 

  

;

2 в б

1 2

sin

( )

sin( )

P g G G



 

  

С целью увеличения усилия нажатия бандажей барабана на приводные ролики при одновре-

менном обеспечении устойчивости барабана, который свободно лежит на приводных и опорных ро-

ликах, принимают углы установки роликов 

< 

, 

= 30°, 

= 45°.

Найденные усилия P

и P

позволяют рассчитать элементы опрокидывателя на прочность.

Для подсчета мощности привода следует определить крутящие моменты на валу привод-

ных роликов в период установившегося движения и в период разгона барабана с находящейся в

ней вагонеткой.

Момент сопротивления вращению на валу приводных роликов (в ньютон-метрах) при уста-

новившемся движении (с постоянной угловой скоростью)

1 1 2

( )

M P P k f

 

  

 

 

где k – коэффициент трения качения роликов (приводного и опорного) по бандажам барабана, м; f –

коэффициент трения в цапфах роликов; d – диаметр цапф роликов, м.

В период разгона барабана от нулевой до номинальной угловой скорости  (рис.34) к статиче-

скому моменту M

добавится момент, возникающий при проскальзывании приводных роликов отно-

сительно бандажей барабана до тех пор, пока окружные скорости приводных роликов и бандажей ба-

рабана не сравняются. Следовательно, момент сопротивления вращению при пуске

2 1 2 1

( )

2 2

M P P k f P f

 



   

 

 

где f

' – коэффициент трения скольжения бандажей барабана по поверхности приводных роликов; D

–

диаметр приводных роликов, м.

Мощность, развиваемая двигателем привода опрокидывателя при установившемся движении

(в киловаттах),

п.р

1 1 п.р п.м

п.м

M n

N M



   

