Типоразмерный ряд электровозов для высокогорных подземных рудников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типоразмерный ряд электровозов для высокогорных подземных рудников

И.Н. Столповских

Электровозный транспорт по основным магистральным выработкам высокогорных подземных рудников является основным и не утратит своего значения в перспективе. На шахтах горнорудной промышленности Центральноазиатского региона, неопасных по газу и пыли, при средней производительности до 150 тыс. т в год, наибольшее распространение получили контактные электровозы при разработке жильных месторождений в технически обоснованных случаях допускается применение аккумуляторных электровозов.

Основные технико-экономические показатели электровозного транспорта определяются рядом параметров, главным из которых является сцепная масса электровоза. Рациональное обоснование сцепных масс электровозов, работающих в условиях высокогорных подземных рудников, должны быть максимально приближены к массам существующих электровозов, что не потребует большой перестройки заводов-изготовителей и увеличения стоимости оборудования.

Как правило, параметрический ряд строят по одному главному параметру [1]. Затем переходят к построению типоразмерного ряда, который представляет собой совокупность значений, характеризующих типоразмеры электровозов, удовлетворяющие заданным высокогорным условиям подземных рудников. электровозный транспорт сцепной

Построение типоразмерных рядов оборудования обычно производится с их оптимизацией по минимуму затрат или максимуму прибыли. Однако в рассматриваемом случае необходимо провести оптимизацию не только по экономическим, но и по специальным требованиям допустимого нагревания тяговых двигателей электровозов и обеспечения допустимого по правилам безопасности тормозного пути при движении груженых и порожних поездов в высокогорных условиях подземных рудников.

Во всех известных работах и в практике проектирования электровозов их электромеханические параметры определяются без непосредственного согласования между тяговыми и тормозными средствами. В результате, как показал проведенный анализ, у большинства электровозов нет должной согласованности между их тяговыми и тормозными характеристиками. Одни электровозы имеют технические скорости значительно ниже возможных по торможению, что ограничивает их производительность, а другие, наоборот, обладают скоростями, превышающими допустимые по торможению, что вызывает необходимость в искусственном снижении скорости с безвозвратной потерей энергии (при механических тормозах). Это усложняет управление электровозами и не гарантирует своевременную остановку поезда при экстренном торможении в соответствии с правилами безопасности. Таким образом, до сих пор нет научно обоснованного метода установления необходимой мощности двигателей электровозов с учетом согласованности между их тяговыми и тормозными характеристиками.

Для повышения производительности и эффективности электровозного транспорта в высокогорных условиях подземных рудников необходимо создать такой типоразмерный ряд, при котором достигается совпадение тяговых и тормозных характеристик электровозов.

Кафедрой ТиГМ КазНТУ им. К.И. Сат-паева разработана методика установления электромеханических параметров электровозов [2]. Для расчета мощности тяговых двигателей, исходя из условия равноудаленности тяговых и тормозных характеристик электровозов при их графическом изображении, принимается скорость порожнего поезда, допустимая по условию торможения, а затем определяются другие основные параметры электровозов.

Параметры нового типоразмерного ряда контактных электровозов, установленные по указанной выше методике, приведены в таблице, а их тяговые и тормозные характеристики - на рис. 1 и 2.

Эти параметры определены при рациональных уклонах и наиболее часто встречающихся сочетаниях между электровозами и вагонами. При этом электровозы сцепной массой 14 т предусматриваются односекционными с колодочными тормозами, свыше - со спаренными 10 и 14-тонными электровозами, но с дополнительными электромагнитными тормозами.

Прогрессивный типоразмерный ряд контактных электровозов для высокогорных шахт и рудников, неопасных по газу и пыли

Рис. 1. Тяговые и тормозные характеристики электровозов сцепной массой 4, 7 и 14 т с вагонами соответственно ВГ-0,8; ВГ-1,2; ВГ-4,5:

1, 2, 3 - тормозные характеристики при движении порожнего поезда;

4, 5, 6 - тяговые характеристики.

Рис. 2. Тяговые и тормозные характеристики электровозов сцепной массой 10, 20 (2?10) и 28 (2?14) с вагонами соответственно ВГ-2,2; ВГ-9,0; ВГ-10,0: 1, 2, 3 - тормозные характеристики при движении порожнего поезда (спаренные электровозы оборудованы дополнительными электромагнитными тормозами); 4, 5, 6 - тяговые характеристики.

При установлении допустимой скорости поездов по условию торможения было учтено то обстоятельство, что тормозной путь зависит не только от средств торможения, но и от субъективных качеств машиниста, связанных с особыми условиями работы в высокогорных условиях подземных рудников. Тормозной путь электровоза состоит из двух составляющих:

Lm=ln+ld, м, (1)

где ln - путь, проходимый составом за время подготовки тормозной системы к действию, м; ld - действительный тормозной путь, м.

Для выявления действительного времени, соответствующего пути ln, были проведены опыты с электровозами К 14 в высокогорных условиях Сарыджазского и Тырны-Аузского рудников. Предтормозное время электровоза tо:

tо=tp+tn+tcp, с, (2)

где tp - время реакции машиниста электровоза на опасность, с; tn - время подготовки системы к торможению, с; tcp - время срабатывания тормозной системы.

При проведении опытов появление опасности имитировалось подачей светового сигнала. Время реакции машиниста в среднем составляло 1,5 с. Однако это время несколько занижено, так как машинист был подготовлен к восприятию сигнала, к тому же реакция машиниста заметно снижается при нахождении на высоте более 1000 м над ур. м., а на высоте более 1500 м прогрессирует. На рис. 3 приведена зависимость времени реакции машиниста электровоза на опасность при движении поезда от высоты над уровнем моря, которая может быть принята при расчетах допустимой скорости движения поездов по условию торможения.

Время подготовки tп зависит от схемы управления тормозной системой и профессиональных навыков машиниста. По результатам испытаний для электровозов, оборудованных пневмоприводом тормозной системы, оно составляло 0,5 с. Время срабатывания тормозной системы tсрхарактеризует ее совершенство и составляет 2,5-3,4 с для электровозов с пневмоприводом и 2,0-4,2 с - для систем с механическим приводом.

Рис. 3. Зависимость времени реакции машиниста электровоза на опасность при движении поездов.

Предтормозной путь, который проходит электровоз с момента появления опасности до начала торможения, можно представить как:

ln=Vп(tp+tn), м, (3)

где Vп - допустимая скорость по условию торможения, м/с.

Расчеты показывают, что при часовых скоростях движения электровоза в диапазоне от 3,2 до 3,5 м/с, ln составляет от 14,4 до 21,7 м, это почти 50% от допустимого по правилам безопасности. Следовательно, для того, чтобы привести в соответствие действительные тормозные пути рудничных электровозов в высокогорных условиях подземных рудников с допустимыми по правилам безопасности, следует усовершенствовать тормозные средства путем введения дополнительных электромагнитных рельсовых тормозов на электровозах большой сцепной массы (20 и 28 т).

Как видно из рис. 1 и 2, кривые тяговых и тормозных характеристик располагаются почти параллельно. Это свидетельствует о том, что уменьшение силы путем снижения массовой нормы поезда не может привести к уменьшению тормозного пути. Поэтому при проектировании рудничной электровозной откатки в высокогорных условиях подземных рудников с использованием рекомендованного типоразмерного ряда электровозов (см. табл.), не следует определять допустимую массу по торможению, как это производится для условий до 1000 м над ур. м., а производить только проверку допустимой скорости по торможению для принятой массы поезда по условию допустимого нагрева тяговых двигателей.

В существующей практике вождение поездов обычно осуществляется при номинальном напряжении тяговых двигателей с применением искусственного ограничения скорости периодическим отключением двигателей, включением пусковых реостатов и подтормаживанием электровоза. При таком неустановившемся режиме, наряду с уменьшением производительности, происходят значительные потери энергии, усложняется управление электровозами, а главное - не гарантируется своевременная остановка поезда при экстренном торможении, в результате чего эксплуатация электровозов становится небезопасной.

Электровозы приведенного типоразмерного ряда позволяют устранить указанные недостатки, так как они при движении поездов с естественными электромеханическими характеристиками их тяговых двигателей и при движении груженых и порожних поездов не смогут развить скорость движения выше предусмотренной правилами безопасности с учетом условий эксплуатации и тормозных возможностей электровозов. К тому же они могут соответствовать лучшим мировым образцам при более жестких требованиях, предъявляемых в настоящее время отечественными правилами безопасности. Это обеспечит наиболее безопасное и экономичное вождение поездов, упростит управление электровозами и облегчит переход на автоматизированное управление ими. Простое же сопоставление численных значений параметров указанных электровозов с зарубежными аналогами для оценки их уровня неправомерно, поскольку тормозной путь электровозов на зарубежных шахтах, по правилам безопасности, в два раза больше, нежели отечественных.

Литература

1. Отраслевая методика разработки параметрических, типоразмерных рядов и типажей изделий горного машиностроения. - М.: ГВЦцветмет, 1986. - С. 15.

2. Крупник Л.А., Столповских И.Н. Установление характеристик тяговых двигателей электровозов при проектировании их работы в высокогорных условиях подземных рудников. - Алматы: КазНТУ, Вестник №5 (33), 2002. - С.50-54.

Размещено на Allbest.ru