Тарасов Ю.Д., Николаев А.К. Горно-транспортные машины периодического действия

Подождите немного. Документ загружается.

Последний показатель наиболее удобен, так как он адекватен

удельному коэффициенту сопротивления движению w, измеряемому

в ньютонах на килоньютон (см.п.3.3.1). Этими показателями мы

будем пользоваться в дальнейшем. Обозначим i.‰ через i (для

простоты), тогда статические сопротивления движению по

прямолинейной трассе в окончательном варианте

))(( iwQPW 

В плане рельсовые пути имеют, как правило, значительное

число криволинейных участков, на которых статические

сопротивления движению возрастают за счет трения реборд колес

о внутренние кромки головок рельсов. Поэтому при проходе

поездом криволинейных участков рельсового пути статические

сопротивления (рис.29)

кр

( )( )W P Q w i w     

Рис.29. Схема к определению дополнительных сопротивлений

движению поезда на криволинейном участке рельсового пути

где  – отношение длины l

криволинейного участка к длине l

поезда, #=#l

; w

кр

– удельное сопротивление движению, вызванное

трением (скольжением) реборд колес о рельсы, Н/кН,

кр

w К



;

К – коэффициент, учитывающий способ укладки рельсового пути на

закруглении; если он уложен с превышением наружного радиуса над

внутренним, К#=#1, если – нет, К#=#1,5; R – радиус закругления

рельсового пути, м.

3.5.4. Расчетные уравнения движения поезда

и тяговые диаграммы

Все возможные режимы движения поезда (см.п.3.5.1) с

учетом пояснений, приведенных в п.3.5.3, при

/d dt av

;

=#1,075

могут быть описаны следующими уравнениями.

1.#В период неустановившегося движения (при пуске,

разгоне, ускорении в процессе движения поезда)

кр

( )( 111 )F P Q w i w а     

2.#В период установившегося (равномерного) движения

кр

( )( )F P Q w i w    

3.#В период торможения

кр

0 ( )( 111 )P Q w i w а b      

где b – удельная тормозная сила, Н/кН, b/(P + Q).

4.#В период свободного выбега

кр

0 ( )( 111 )P Q w i w а     

В приведенных формулах при разгоне а#>#0, при торможении

(замедлении) с помощью тормозных систем или при свободном

выбеге а#<#0.

Диаграммы изменения тягового усилия, развиваемого

локомотивом при движении поезда между конечными пунктами, и

изменение скорости движения во времени показаны на рис.30.

3.6. ВИДЫ УКЛОНОВ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ

Расчет локомотивной откатки выполняется с учетом условий

работы локомотива на различных участках рельсового пути, связанных

с изменением уклона пути на отдельных его участках и

протяженностью этих участков. В связи с этим используют понятие

среднего уклона, руководящего (преобладающего) подъема и

соответствующего ему затяжного спуска, а также уклона равного

сопротивления.

Средний уклон (рис.31,#а) определяется как

средневзвешенная величина уклонов i

, i

… на участках

протяженностью L

, L

… или как отношение превышения Н

(разность в отметках) конечного пункта#2 над начальным 1 к

проекции L развернутой трассы на горизонтальную плоскость. В

первом случае

1 1 2 2

ср

1 2

...

i L i L

L L

 



 

;

Рис.30. Примерные диаграммы потребного тягового (тормозного)

усилия (а) и скорости движения (б) поезда

F = 0;

B = 0

F = 0; B  0

t, мин

v, км/ч

v, ср.х

во втором случае

Рис.31. Профили рельсового пути: а – схема к определению среднего уклона;

б – профиль пути с уклоном равного сопротивления

ср



Преобладающим (руководящим) подъемом (затяжным

спуском) называют достаточно протяженный участок рельсового

пути с уклоном, близким к максимальному или равным ему. В этом

случае протяженность участка (например, L

) больше длины самого

поезда (рис.31,#а).

При строительстве шахт и рудников капитальные выработки,

по которым осуществляется магистральный транспорт, стараются

пройти с уклоном в сторону ствола (вертикального или наклонного),

т.е. в сторону основного грузопотока. Это делается для того, чтобы

уменьшить энергоемкость транспортирования горной массы (угля,

руды, породы), снизить установленную мощность приводов горных

транспортных машин.

Применительно к локомотивной откатке стараются сделать

так, чтобы сопротивления движению груженого поезда ΣW

гр

(к

стволу) и порожнего поезда ΣW

пор

(от ствола) были одинаковы.

Уклон рельсового пути i

р.с

, при котором выполняется условие

ΣW

гр

#=#ΣW

пор

, называется уклоном равного сопротивления (рис.31,#б).

Различают уклоны равного сопротивления для отдельных

(одиночных) вагонеток и для поездов.

Уклон равного сопротивления для одиночных вагонеток

определяется из соотношения

0 гр р.с. 0 пор р.с.

( )( ) ( )g G G w i gG w i   

W

поp

W

гp

p.с

где w

гр

, w

пор

– удельные сопротивления движению груженой и

порожней вагонетки, Н/кН.

Полагая w

гр

#=#w

пор

#=#w

ср

, найдем

гр 0 пор 0 ср

р.с

( )

1 2

w G G w G w

G G

 

 



но

0 т

/G G K

, поэтому для одиночных вагонеток

ср

р.с

1 2





По аналогии для поезда исходное уравнение имеет вид

гр гр р.с пор пор р.с

( )( ) ( )( )Р Q w i Р Q w i    

где Q

гр

, Q

пор

– вес груженого и порожнего состава, кН.

При этом Q

гр

#=#Р#+#g(G.+.G

)z; Q

пор

#=#Р.+.gG

z, где z – число

вагонеток в составе.

Отсюда для поезда

гр пор ср ср

р.с

гр пор

( )

1 2

Q Q w w

Р Q Q

zGg



 

 

3.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА ПОЕЗДА

3.7.1. Решаемые задачи

Основным параметром, который определяется при расчете

локомотивной (электровозной) откатки, является вес поезда.

По определенному весу поезда может быть рассчитан вес

состава (прицепной части поезда) по заданному весу локомотива и

вес локомотива (сцепной вес) по заданному весу состава.

Необходимость решения первой задачи возникает, как

правило, при реконструкции предприятия и его составляющей –

рудничного транспорта.

Вторая задача является естественной при проектировании

нового предприятия или его участка.

По найденному весу состава и заданных (принятых)

грузоподъемности и типе вагонеток находят число вагонеток в

составе, число рабочих локомотивов, общий парк вагонеток,

локомотивов, показатели рудничного транспорта (расход энергии,

мощность подстанций, параметры кабельной и контактной сети и

др.)

В соответствии с рассмотренной выше теорией движения

поезда его вес ограничен тремя условиями:

#сцеплением ведущих колес локомотива с рельсами при

силовом режиме;

#мощностью тяговых двигателей локомотива;

#сцеплением ведущих колес локомотива с рельсами при

тормозном режиме.

3.7.2. Определение веса поезда из условия сцепления

Наиболее сложный случай ограничения тяговых

возможностей локомотива по условию сцепления ведущих колес с

рельсами – движение груженого поезда на преобладающем подъеме

при выполнении, например, маневровых операций.

Полагая в уравнении движения в период пуска F#=#F

max

=#1000Pμ (полное использование силы тяги локомотива по условиям

сцепления); w.=.w

п.гр

(удельное сопротивление движению груженой

вагонетки при пуске); а.=.а

; i.=.i

ср

(средний уклон, ‰); w

кр

#=#0

(прямолинейный путь в плане); Q.=.Q

гр

(вес груженого состава),

получим исходное уравнение

гр п.гр ср п

1000 ( )( 111 )Р Р Q w i а    

Отсюда находим максимально возможный по условиям

сцепления вес груженого состава по заданному весу Р локомотива:

гр

п.гр ср п

1000

111

Q Р

w i а



 

 

Аналогичным образом определяется минимальный вес

локомотива для заданного веса состава:

гр

п.гр ср п

1000 ( 111 ) 1

w i а





   

Значение коэффициента сцепления колес с рельсами при

пуске μ#=#0,24 (с подсыпкой песка под колеса из песочниц).

Ускорение при пуске а

#=#0,03÷0,05#м/с

При наличии затяжных уклонов, превосходящих i

cр

вместо

последнего в расчетных формулах подставляется значение

руководящего подъема.

3.7.3. Определение веса поезда по мощности

тяговых двигателей

Тяговые двигатели электровозов, как и все

электродвигатели, допускают кратковременную перегрузку (без

превышения опрокидывающего момента). Поэтому определение

веса поезда производится для длительного режима работы

электродвигателей. Такому режиму соответствует период

установившегося движения поезда с установившейся скоростью как

в грузовом, так и в порожнем направлениях.

Для облегчения решения задачи расчетный уклон пути

принимают равным уклону равного сопротивления, которому

соответствует сила тяги при устоявшемся режиме

уст гр гр р.с пор пор р.с

( )( ) ( )( )F Р Q w i Р Q w i     

Чтобы тяговые двигатели не перегревались, необходимо

выполнение следующего условия: потребная для движения поезда

сила тяги при установившемся режиме F

уст

не должна превышать

силу тяги, развиваемую тяговыми двигателями при длительном

режиме – F

дл

. Поскольку для современных 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 выполняться 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

, t

,  при прохождении

участков рельсового пути L

, L

,  с уклонами i

, i

,  (рис.31,#а);

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 операций локомотивом.

Время движения поезда в одном направлении

дв

ср.х

60L

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 принимают 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 локомотивом, км/ч. Меньшие

значения коэффициента принимаются при ограниченной длине

откатки (рис.31,#б).

Если для расчета принимается уклон равного сопротивления

р.с

, то формула#(7) существенно упрощается (F

.=.F

.=.



.=.F

уст

дв2

дл уст

дв

F F



 

Отношение

дв



 

называется относительной

продолжительностью движения.

Таким образом, длительная и расчетная силы тяги при

установившемся движении связаны соотношением

дл уст гр гр р.с

( )( )F F P Q w i     

Отсюда находим максимально возможный вес груженого

(аналогично и для порожнего) состава 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 характеристике двигателей локомотива

применительно к длительному режиму. Характеристика

представляет собой 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.