Обоснование параметрического ряда электровозов с учетом высокогорных условий подземных рудников

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Обоснование параметрического ряда электровозов с учетом высокогорных условий подземных рудников

Л.А. Крупник - докт. техн. наук, проф.

И.Н. Столповских - канд. техн. наук, доц.

Расширение номенклатуры выпуска различных подземных отечественных и зарубежных электровозов определяется, как правило, спросом горнодобывающих предприятий, при этом сцепные массы и другие электромеханические параметры устанавливаются без должного научного обоснования. Параметрический ряд электровозов с учетом их работы в высокогорных условиях подземных рудников вообще не разрабатывался. В результате этого в высокогорных условиях подземных рудников применяются электровозы, надежная работа которых гарантируется только при их эксплуатации на высоте не более 1000 м над ур. м. При этом происходит ухудшение технико-экономических показателей электровозного транспорта из-за снижения массы поездов по условию допустимого нагрева тяговых двигателей, что является определяющим фактором при проектировании и эксплуатации локомотивного транспорта.

Обычно тепловой режим тяговых двигателей электровозов определяется нагрузочными и скоростными режимами. В условиях высокогорья к этим факторам добавляются уменьшение плотности атмосферы и снижение электрической прочности воздушных промежутков, поэтому массу поезда, установленную для условий работы на высоте до 1000 м над ур. м., снижают пропорционально уменьшению коэффициента относительной электрической прочности воздушных промежутков для различных высотных отметок над уровнем моря в соответствии с ГОСТ 15150-691.

Уменьшение плотности воздуха снижает производительность вентилятора двигателя, ухудшает теплоотдачу от наружных поверхностей обмоток тяговых двигателей и влияет на величину допустимого среднеквадратичного тока (Jэкв), по которой определяется допустимая масса поезда из условия нагревания тяговых двигателей

Jэкв   Jдл. (1)

В свою очередь величина потребляемого продолжительного тока (Jдл) является функцией среднеквадратичной силы тяги, по которой устанавливается продолжительная мощность тягового двигателя

Nдл=U·Jдл·nд·10-3, кВт, (2)

где U - напряжение на зажимах двигателя, В; nд - к.п.д. двигателя.

Значение длительного тока является функцией от часового тока (Jч) и коэффициента вентиляции двигателя Кв и определяется из выражения:

(3)

где о, н - плотность воздуха, соответственно на высоте 1000 м и на данной высоте над ур. м., кг/м3.

Часовой ток Jч, максимально допустимая (часовая) сила тяги электровоза Fч и скорость его движения находятся в прямой зависимости от сцепной массы электровоза Рс:

, А, (4)

, Н, (5)

где Vч - часовая скорость движения электровоза, м/с; nп - к.п.д. передачи; g - гравитационное ускорение, м/с2; ? - коэффициент тяги; nд - количество двигателей на электровозе.

Анализ величин, определяющих электромеханические свойства рудничных электровозов (формулы 4, 5), показывает, что главнейшей из них являются сцепная масса Рс и скорость движения Vч. Именно они определяют все остальные электромеханические параметры электровоза.

Установление оптимальной сцепной массы электровоза представляет собой сложную задачу, результат решения которой в значительной степени зависит от условий эксплуатации (точное решение возможно только для частых случаев). При решении этого вопроса можно ориентироваться на более или менее идеальные условия откатки.

Параметрические ряды сцепных масс рудничных электровозов, предложенные различными организациями стран СНГ, приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что все предложенные параметрические ряды имеют значительные отклонения от выпускаемых в настоящее время электровозов различными машиностроительными заводами, которые в основном производят их в соответствии с реальными запросами предприятий. Это до некоторой степени свидетельствует о недостаточной обоснованности потребностей горнодобывающих отраслей в электровозах различных сцепных масс. Кроме того, следует признать нецелесообразным существование отдельных параметрических рядов (по сцепным массам) для контактных и аккумуляторных электровозов.

По нашему мнению, при выборе параметрического ряда сцепных масс электровозов для условий высокогорных подземных рудников необходимо из равнозначных рядов выбирать электровозы со сцепными массами, близкими к массам выпускаемых в настоящее время электровозов. Это вызовет меньшую перестройку машиностроительных заводов и положительно отразится на стоимости закупок электровозов.

Таблица 1. Параметрические ряды сцепных масс электровозов, т

Учитывая общие тенденции развития горной промышленности Центральноазиатского региона, в новом параметрическом ряду для высокогорных подземных рудников следует предусмотреть возможность спаривания электровозов.

Анализ потребности горнодобывающих предприятий Казахстана в сцепных массах подземных электровозов с учетом опыта зарубежных фирм по выпуску контактных электровозов и обобщение результатов выполненных нами расчетов с учетом современного состояния машиностроительных предприятий позволили установить, что за начальную сцепную массу параметрического ряда подземных электровозов для высокогорных подземных рудников целесообразно принимать 4 т. Это совпадает с массой электровоза 4КР, который может служить базой для выпуска таких электровозов. При таком условии, лучшим, по нашему мнению, является параметрический ряд

4-7-10-14-20-28 т.

Он охватывает все необходимые для высокогорных предприятий сцепные массы электровозов, в нем отсутствует излишнее дробление сцепных масс. Не требуется значительных затрат на переоснащение машиностроительных заводов по выпуску этого оборудования, поскольку электровозы со сцепной массой 20 и 28 т могут быть получены спариванием электровозов массой 10 и 14 т. Кроме контактных, имеется потребность и в аккумуляторных электровозах сцепной массой от 6 до 20 т (около 85% общей потребности). Поэтому целесообразно иметь общий параметрический ряд для контактных и аккумуляторных электровозов по сцепным массам. Принятие общего параметрического ряда контактных и аккумуляторных электровозов позволит наиболее полно удовлетворить потребность горнодобывающей промышленности Центральноазиатского региона и создаст широкие возможности для унификации узлов и деталей рудничных электровозов для работы в условиях высокогорных подземных рудников.

С целью обоснования рациональной скорости движения поездов при заданной массе электровоза ниже приводится методика определения основных электромеханических параметров рудничных электровозов для высокогорных условий подземных рудников.

Сравнительный анализ технических характеристик отечественных и зарубежных электровозов (табл. 2 и 3) показывает, что при одинаковой сцепной массе скорости движения зарубежных электровозов значительно выше, чем отечественных. Существует мнение о необходимости значительного повышения часовой скорости движения электровозов для увеличения их производительности. Однако повышение этой скорости в существующих условиях высокогорных подземных рудников нерационально, что подтверждается практикой эксплуатации и трудностями осуществления отдельных режимов работы электровозов, особенно режимов торможения. Рассмотрим эти доводы. рудник электровоз электромеханический скорость

Основным ограничивающим фактором скорости движения электровозов является допустимый правилами безопасности тормозной путь груженых и порожних поездов. По отечественным правилам безопасности (ПБ) этот путь ограничивается 40, а зарубежным - 80 м. Именно этим в основном можно объяснить то, что у отечественных электровозов (табл. 2) скорости и мощности тяговых двигателей значительно ниже, чем у зарубежных (табл. 3). Это подтверждается расчетными данными табл. 4, в которой скорости по торможению и соответствующие им мощности тяговых двигателей отечественных электровозов определены при тормозном пути 80 м.

Электромеханические параметры, установленные при тормозном пути 80 м, не приемлемы для высокогорных подземных рудников, поскольку электровозы с такими параметрами вызывали бы необходимость изменения существующих правил безопасности с увеличением тормозного пути с 40 до 80 м, что значительно уменьшило бы безопасность вождения поездов. Кроме того, при неизменном тормозном пути мощность двигателей не может быть эффективно использована, что в свою очередь приводит к искусственному снижению скорости со всеми негативными последствиями. Поэтому для увеличения мощности и скорости электровозов необходимо увеличение тормозной силы поезда путем оснащения электровозов дополнительными электромагнитными тормозами или всего поезда механическими тормозами.

Таблица 2. Основные электромеханические параметры отечественных контактных электровозов

Таблица 3. Технические характеристики зарубежных электровозов

Таблица 4. Расчетные параметры отечественных контактных электровозов при тормозномпути 80 м

Уравнение тормозной характеристики электровоза, выражающее аналитическую зависимость между максимально допустимой скоростью по торможению и силой тяги двигателя на приводных колесах электровоза для заданных условий эксплуатации, имеет следующий вид:

 (6)

где w - основное удельное сопротивление груженого (порожнего) вагона в зависимости от его грузоподъемности, Н/кН; i - сопротивление от уклона рельсового пути, Н/кН; ?п - коэффициент инерции вращающихся масс поезда; Рm - тормозная масса электровоза, равная его сцепной массе, т; ?m- коэффициент сцепления в режиме торможения; Fк - сила тяги двигателя перед торможением, Н; lm - тормозной путь, согласно ПБ, м; tо - предтормозное время, с.

При оборудовании электровоза дополнительными рельсовыми электромагнитными тормозами суммарная тормозная сила будет равна

 Н, (7)

где рм - давление (нажатие) на рельсы полозьев электромагнитных тормозов, Н; fс - коэффициент скольжения.

При наличии в составе нескольких тормозных вагонеток

Рm = Рс + nmGв, т, (8)

где nm - число тормозных вагонеток в составе; Gв - масса вагонетки, т.

Если в составе все вагонетки снабжены колодочными тормозами, то

Рm = Рс + Q, т, (9)

где Q - масса груженого (порожнего) состава.

Результаты выполненных расчетов по установлению допустимой скорости груженых и порожних поездов для сцепных масс контактных электровозов, выпускаемых промышленностью, при разных средствах торможения показывают, что оснащение всего поезда пневматическими тормозами позволит увеличить скорость движения до 27-29 км/ч, что является предельным значением для локомотивного транспорта при существующей норме тормозного пути 40 м. Однако эта скорость в настоящее время не может быть реализована из-за состояния рельсовых путей, малых прямых участков откатки, частых закруглений и большого числа стрелочных переводов. Механическая система торможения всего поезда может найти применение в перспективе при соответствующих условиях.

Размещено на Allbest.ru