автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Научные основы проектирования, создание унифицированного ряда тяговых агрегатов и разработка перспективных типов подвижного состава для железнодорожного транспорта открытых горных разработок

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСЮРТА .

ЙЫЕНИ и.И.КАЛИНИНА

На правах рукописи

■Кандидат технических наук» доцент БРАТАШ Виктор Александрович

УДК 629.423:656.3-011.891.5.01.004

НАУЧНЦЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СОЗДАНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО РЯДА ТЯГОВЫХ АГРЕГАТОВ И РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТИПОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДІШ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРі'А ОТКРЫ-ТЖ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК

65.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов 05.22.12 - Промышленный транспорт

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических чаук в форме научного доклада

Днепропетровск

1992

Работе выполнена в Специальном проектно-конструкторском и технологическом б про по промыменным электровозам (СКБ ДС'ВЗ)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ренгевич Александр Александрович;

доктор технических наук, профессор Иньков Юрий Моисеевич;

доктор технических неук, профессор Киселев Игорь Георгиевич.

Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (ВЭлНШ 1.

Защита диссертеции состоится " 17 " апреля___________1992 год|

в " 14 » часов на заседании специализированного совета ДП4.07.01 при Днепропетровском институте инженеров келезнодоро« ного транспорта по адресу: 320700, ГСП, Днепропетровск, ул. Академика Лаэаряна 2, ауд. ш

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "^5" марта 1992 года

Отзывы на диссертации в форме научного доклада, заверенные печатью, просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Л,В.Петрович

- v П j

' ' ' ! ОБЩАЯ XATAKltP.iJnWA РАБОГЪ

AKii'AjlbllOCIb ilPOiJlEMU. Открытий способ добычи полезных иско-|«емьп( янли^кя паи^олче :г](]»:лгчнным видом горного производства и то удельньИ р«с. в г-р^пдобымвгш.гс отраслях промышленности имеет юстоянму»] тенденцию роста.

Наибольший обьом ««к на горнодобывающих предприятиях

риходится на долю железнодорожного транспорта, который надеяно I бесперебойно работает в различных климатических зонах- Его ве-ушая роль как самостоятельного вида транспорта, так » в коыбинп-яи с автомобильным или конвейерным транспортом сохранится и в удупеи.

Саиие высокие технико-зкоиомические показатели на железно-оро?но« транспорте открытых горньос разработок (ОН’1 ииепт злек-ричесмл гяга, которая на карьерах нашей страны получила широкое аспространзкие и на перспективу С/д^т пр^облалп^сей.

На первой этапе электрификации келезнпдорпадого транспорта Г? приненялась система постоянного тока напр.-'кениеи в контактной етя 1,0 Kii. Она vciieuiiw зксплуотировалась в течение опрэяеленно-

о времени, когда глубина карьеров не чрешдаала ИХ)-1 м, а сбъеи ынпэки горной массы телмнпдоротным 1 рачсгюр^и составлял менее млн.тонн в год на од;<н локоыотивосостая. п тгот период ислоль-оы.лись четырех- и шестиоснне элекгровозь отечественного про из-одства (1УКШ и поставляемые из Г’ДР lEtl, Kl2> и ЧССР (I3E, 23Е, l>E> .

С ростом глубины :<арьероа и объемов вывозки горной пассы в 0КТ1Э 60-х годов возникла неоОходиног-гь значительно увеличить гпкзкодмтельмость карьерного келезнодлролного гран-.порга. йьпол-iT>. ято требование б*3;? реконструкции системы Г’нергоинабтантя »pi-*»pod и создания принципиально новых гег'вых средств оказалось Г:Г>->-:отн|.’\1. Поз тому было принято решсг!ке «се ноаые карьеры

3 '

электрифицировать ка переменном токе напряжением 10 кВ, а дейстьу» шие горнодобывающие предприятия, электрифицированные на іюстоянної токе 1,6 кВ, перевести на напряжение 3 кВ. Наиболее сложной оказ£ лась задача создания в короткие сроки новых типов тяговых средств для карьерного транспорта. . •

Группой специалистов нашей страны, в составе которой и автор данной работы, было лречложено заменить эксплуатируемый парк четы рех- її иестиосных отечественных и импортных электровозов на тяго-выо агрегаты (ТА), состоящие из следующих четырехосных тяговых единиц в различных сочетаниях: электровоза управления, дизельной секции и моторного вагона-самосвала (думпкара'. Состав агрегатов и количество тягових единиц определяются о зависимости от парапет ров горнотракспортной системы карьера (ГТСК) и технологии ведения работ в местах погрузки и выгрузки горной массы.

Тяговые и тормозные свойства такісх агрегатов должны обеспечи вать возможность безопасной работы на глубоких карьерах с руководящими уклонами выездных траншей до оОДо, что позволит расширить диапазон эффективного применения электрической тяги до глубины вывозки горной массы 2о0-300 и, а также увеличить провозную способность выездных путей из карьера и производительность локомоти-сосоставов в 1,Ь-2 раза по сравнении с традиционными электровозам Решение вышеуказанной проблеиы имеет исключительно важное значение для народного хозяйства, т.к. карьерный транспорт играет зн&чнтельную роль в общем комплексе добычи полезных ископаемых являшихся сырьевой базой промышленности нашей страны. Актуальное 11ИР і. ОКР по созданию ТА постоянного и переменного токи подгнерж-дается также постановлениями Правительства, на основании которых они создавались. '

Высокие тейпы углубления карьеров (ІО-іо м в годі диктуют необходимость постоянного соьераенстьоьакил тяговых средств карьерного транспорта. Поэтому на с лед у ищем ятанс развития ОГР тре-

іуетсії создание ТА, обеспечивании* вывозку горной массы из карьера глубиной до ЗиО и по транаеям с уклонами выездных путей до ЬО%о.

Для более далекой перспектиьы развития 0[’Р (после 2000 года', согда глубинч ьыбп.жи горной массы нелеэнодорожным транспортом іреоисит ЗЛ и (до с.00-700 и), потребуется дальнейшее увеличение і клонов выездных траншей из карьеров (до 100-16Мо'>. Поэтому авто-)пы выполнены теоретические и проектные разработки перспективные гипгж карьерного подвижного состава - ЭКА (электропоездов карьер-ікгх о асшос;.пнным приводов колесных пар), способных работать на /клона.’; до 1иО>5о при сохранении рациональной весовой норны поезда, шторая сущес.ьенчо ьлияет на техкико-лкономнческие показатели ЛСК.

ЦЬЛЬ РАЬОТЬ. Разработка научных; основ проектирования тяговых :ррдсть для карьерного явлепн^дорошного транспорта, их внедрение в ірактику проектироьяния, определение рациональная параметров, рпэ-іаботка конструкций, освоение производства и эксплуатации унифицированного ряда ТА постоянного и переменного тока, теоретические і проектные разработки перспективного карьерного подвиглого сос-’аьа - ЭлА с цель1-., значительного расширения диапазона элективного ірииенечкя электрической тяги ьа ОРР и снижения затрат на добычу юлезных ископаемых.

Длп достижения поставленной цели необходимо было выполнить соиплекс научно-исследовательских н опытно-конструкторских работ МИ0НР1, позволивших решить следующие задача:

установить ьзаииосвязь главных параметров подвижного-состава грузоподъемность поезда), погрузочного оборудования (производительность экскаватора! и рабочей зоны карьера (уклон выездной 'раїгаїзи, глубина вывозки иелеэиодоронтм транспортом горной массы і длина ее транспортирования);

проьести цикл теоретических и экспериментальных исследований

тяговьа и тормозных свойств карьерного пдектроподвиганого состаьа (ЭЛС>, произвести выбор наилучиих схемных и конструктивных решен» обеспечивающих реализацию наибольших значении сил в рикииах тяги и торможения; •

усовершенствовать методику определения весовой нормы (расчеч ной иассы! карьерного поезда с учетом специфики работы карьерногг транспорта;

разработать методику расчета требуемой мощности ТА в контакт ном и автономной режимах работы в зависимости от ш^шетроь Г1\л исследовать влияние параметров транспортного, м >грузочкого оборудования и рабочей зоны карьера на технике-экономические пок£ затели ГГСК;

определить наиболее экономичную скорость двикения поезда по выездной траншее, установить рациональный ряд ‘ГА и диапазон его эффективного применения;

на основании провиденных исследований и накопленного опита эксплуатации Э1Ю на карьерах определить основные параметры 'ГА, о( сновать их общую компоновку и выбор конструкции основных узлов;

провести всесторончие испытания опытных образцов ТА, выполнить необходимую модернизацию их и обеспечить серийное производство ;

на основании накопленного опыта эксплуатации ТА 1-го поколения создать более эффективные 1А 2-го поколения, способные работать на карьерах глубиной до 3;^ и и обеспечивать вывозку горной массы по траншеям, выездные пути которых имеют уклоны до оО£о;

определить основные параметры, конструктивные исполнения и диапазон элективного применения перспективного подвижного состава - ЭКА, способного работать на укло !ах до 1оО,£о при вывопке горной массы из карьерой глубиной до й00-703м.

ОБЩАЯ МСТОДИлА ИССЛЕДОВАНИЙ. На основании анализа накопленного опыта работы электрифицированного железнодорожного транспорта на карьерах наиболее крупных бассейнов открытой добычи полезных ископаемых в нашей стране установлены взаимосвязи между параметрами ЭПС и другими звеньями РГСК, исследовано их влияние на технико-экономические показатели общего процесса добычи и транспортирования горной массы. Оценка влияния схемы соединения тяговых электродвигателей, их характеристик и способов регулирования, конструкции экипажной части на тяговые и тормозные свойства ЭПС карьерного транспорта проводилась по результатам теоретических и эксперииентал'ных исследований с использованием последуй достижений электровозостроения и ряда изобретений автора. Основные параметры ТА определены с учетом перспективных параметров ОГР и рациональных схем та путевого развития. Задача повышения эффективности электрической тяги по мере увеличения глубины карьеров решалась путем поиска рационального сочетания основных параметров подвижного состава и рабочей зоны карьеров. При этом в качестве критерия рациональности принимался минимум удельных приведенных затрат на добычу и транспортирование I тонны горной массы.

Теоретические исследования выполнялись на ЭВМ с применением современных численных иетодов. Экспериментальные исследования осуществлялись в соответствии с теорией планирования эксперимента. В лабораторных условиях проводились исследования новых узлов на специальных стендах. Исследования тяговых и тормозных свойств ЭПС, тепловых параметров основного оборудования, показателей прочности механической части и ряд других исследований проводились а реальных условиях эксплуатации с использованием специальных вагонов--лаборатприй. Обработка полученных результатов выполнялась методами математической статистики и теории вероятности.

Эксплуатационные испытания тяговые агрегаты проходили в разлап.их климатических зонах страны: ь Казахстане и на Украине, за

7 .•

Полярный кругом и в Средней Азии, в бассейне Курской Магнитной Аномалии и и Сибири, в Карелии и йонголии. Их приемлемость для эксплуатации в вышеуказанных условияг оценивалась, в основном, стабильность» реализации параметров назначения и надежности.

НАУЧНАЯ НОЬЛЗНА РАБОТЫ. На основе системного подхода аьтором получены следующие научные результаты, использованные при проектировании ТА: установлен.^ взаимосвязи между параметрами подвижного состава, погрузочного оборудования и рабочей зоны карьера; исследованы тяговые и тормозные свойства ЭПС с учетом специфики его работы на ОГР; разработаны более совершенные методики расчета весовой нормы поезда, требуемой модности основного оборудования ЭПС и наиболее экономичной скорости движения поезда по выездной траншее; исследовано влияние параметров всех звеньев ГТСК на ее технико-экономические показатели; определен рациональный ряд ТА и диапазон его эффективного применения.

Научно обоснованы и разработаны принципы архитектоники ТА, компоновки оборудования его тяговых единиц, конструкция основных узлов и оборудования, электрические схемы. Эти разработки защищены 2 свидетельствами на промышленные образцы, 20 авторскими свидетельствами на изобретения, из которых 15 внедрены в серийное производство (указаны только изобретения с участием автора}.

Теоретически обоснована технико-экономическая эффективность применения электрической тяги на карьерах глубиной до 500-700 м, определены параметры и предложены принципиально ноьые конструктивные решения перспективных типов ЭКА. '

ПРАКТИЧЕСКАЯ Цйй'КЛЪ. Выполненные автором исследования взаимосвязи параметров ЭПС и ГГСК, тяговых и тормозных свойств ЭПС, влияния параметров ГТСК на тробуемун мощность основного оборудования ТА и экономичную скорость движения поезда по выездной траншее является научном осноно!! црсекш^огания ТА.

Методика определения весовой нормы поезда, исследования влияния параметров всех звеньев ПС!{ на ее технико-экономические показатели, установления рационального ряда ТА и диапазона его ж^ек-гиыигп применения позволяют не только сформулировать технические требования к существующим и перспективным типам подвижного состава для ОГР, но и могут быть использованы при проектировании новых или реконструкции действующих карьеров.

На основе вышеуказанных теоретических положений и изобретений под руководством и непосредственном участии автора разработаны конструкции электровозов управления, дизельных секций и моторных думпкаров для ТА постоянного и переменного тока перзого и второго по колкий ;есого 10 типов и модификаций', которые по своим тяговым и тормозным свойствам, эксплуатационным и технико-экономическим показателям не уступает лучшим зарубежным образцам.

1!а отечественных ТА, выпускаемых мЯ^пропетровским электровозостроительным заводом (ДЭВЗ>, впервые в мировой практике электровозостроения для карьерного транспорта применены разработанные с участием автора системы плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги и тока возбуждения в режиме торможения при помощи тиристорных преобразователей, благодаря которым на агрегатах переменного тока расчетная сила тяги увеличена на 10-!?*, а на агрегатах постоянного тока - на 20-2Э? .

Т'']'чг'зпрооругенность ТА 1-го поколения обеспечивает безопас-н'>' пг-н»<‘ми«! ноплдов на уклонах выездных траншеР до бО^о, а 2-го ••л1"'лс!!.!и - я*1 С^о, «то позволяет расиирить диапазон эффективного . : =1»!;|.тн ТА на пнпозке горной массы до глубины 300-350 м.

.1.1 I/1:..- :гу рпзяития ОГР на основании теоретических иссде-

л'п'('!.:й 1Г'1•■лллч'»-ы: парианги конструкций и принципиальные / V • п; ■■•"•'"pH 01Й, применение которых позволит суше-

■ ■ :-г- • г-’ '■ к^::п::тс:"т-. •»леч?р.1Ч«!<!Го8 тяги на ОГР при вы-

возке горной массы из карьеров глубиной до 500-700 м.

ВНЕДРЕНИЕ. Выполненные автором научные и конструкторские разработки впервые были внедрены в 1967-1975 годах при проектировании, освоении производства и эксплуатации ТА 1-го поколения: постоянного "ока напряжением 3/1 к!з типов Ю2 и ПЭ2М, состоящих из электровоза управления и двух моторных думпкаров, переменного тока напряжение» 10 кВ типов 0ГС2, состоящего также из электровоза управления и двух моторных думпкаров, и 0ПЭ1А, состоящего из электровоза управления, дизельной секции мощностью 1100 кВт и одного моторного думпкара. Всего ЛРВЗом было вшуиено 604 ТА 1-го поколения, годово? экономичен™!! о!фект от внедрения которых в народном хозяйстве составил 38 млн.руб.

Накопленный опыт эксплуатации ТА 1-го поколения, появление новых конструктивных решений ряда узлов, проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили в середине 80-х годов разработать и освоить серийное производство модернизированных ТА постоянного тока типа П32У (взамен агрегата П32М' и переменного тока типа 0ПЭ1АМ (взамен агрегатов 0ГО2 и СГСШ. Их расчетные значения силы тяги и мощности увеличены соответственно на 7-115? и на 14$. С момента начала проиэвоаства и до настоящего времени выпушено 176 1А типов ПЭ2У I! 0ПЭ1АМ, годовой экономический э^^ект от внедрения которых составил около 20 млн.руб.

В настоящее время под руководством автора ведутся работы по созданию ТА 2-го поколения: переменного тока типов 0ПЭ1Б, РПЭ1В и постоянного тока типа ГОЗТ. Базозые модели этих агрегатов состоят из электровоза управления, дизельной секции мощностью 1470 кВт и моторного думпкара или моторной бустернлй секции (для угольных разрезов'. Опытный образе': ТА типа 0ПЭ1Б успешно прошел все испытания и передан в эксплуатацию на Докучаечском

^лчео-доломитном комбинате. В 1901 году завершены испытания

10

зпытных образцов ТА типа ПЭЗТ на разрезах ПО "Энибастузуголь".

В 19'Л году СіСЬ ДЗіЙ приступило также к проектным работам ;о со.здами«> четырехсекциомных ГА переменного тока типг ОПЭЗА и ІіШ, состоящих ил электровоза управления, электровозной и дизель юЯ (ОПЭЗА' секций, одного (0Г1ЭЗА' или двух (ОПЭЗ' моторных думп-■г.чрпн. габогы мо с^чланич и подготовке производства ТА 2-го поко-іения планируется :<!п>->ршить ь 199о-1996 годах.

Теоретические положения, проведенные исследования и разработ <и перечисленные выше, автором включены в книгу "Тяговые агрегаты на железнодороглои транспорте глубоких карьеров", Москва, іедра, 19»9 и її справочник "Электроподвияной состав лромышлен-юго транспорта", Москва, Транспорт, ІУсГ/. Основы проектирования, іринцип работы и конструкция ГА описаны в учебнике "Электропод--тжной состав ііромь.иіленноі'о железнодорожного транспорта", Киев, іьігшая школа, I9tx, р книге "Электровозы и тяговые агрегаты .роиьшенного транспорта", Москва, Транспорт, 1977, а также в .■яде других публикаций автора. Указанные трудм используются *м>грцерно-гехничегкими работниками СгЬ ДЗііЗ, горнодобывающих ’граслеЯ промижленности, проектных институтов, а также студентки con гьстсг jy-ш^гх специальностей техникумов и вузов.

АШОЬАЦЛ/; PAt.OILi. Основные результаты исследований и разра-5п:- -с осволенк ь пу'.ликациях автора и докладах: на Всесоюзных мучно-іехнич-_'ских кон;ер*нциях по плектровозостроению, по карь--•jMnwy тра>к':і"рту, на licec^ :іньк научно-производственных семи-;ар'іх и і.о гроблемам ОГР, на ііДНХ СССР, на научно-

} .1Л’: л і-.-.- к/.х ...•[•ом1..!ях и с-'-минарах по динамике и прочности .'■a.-.:*. i~n V.-. ■. ні С мнистерстп-заказчиков ТА, вузов и i.LI.

IA і"'-;; а г-і ' .:-.л«онс:'риронали^ ь на j^'K и были награж-

I'Viu < д.и.лть'.о.і достигнутые успехи о развитии народного

хозяйства СССР автор, как участник ЦДіІХ, был дьанды удостоен "Серебряной медали? На международных ьыставках "Электро-7<;" и "Железнодорожный транспорт-77" тяго.ше агрегаты ГО2М и 0ПЭ1А бил награкдены почетными дипломами.

За создание, освоение ь короткие сроки серийного произведет ьа и внедрение на железнодорожном транспорте ОГР униіицироаанног ряда высокопроизводительных ТА и 17/7 году автору была присужден Государственная премия СССР.

ПУЬЛИііАЦИЛ. По материалам исследований и разработок, являющихся предметом диссертационно!! работы, Рыло опубликовано !х> пе чатних работ, из них С книг, в том числе один учебник, 14 статей 10 тезисов докладоь и ііо авторских свидетельств на июбротения и промышленные образцы.

СОДШАНИК РАЬОШ

ЬВкДсїМіі. Предприятия открытой добычи полезных ископаемых ' представляют собой слокнуш технологическую систему,взаимодействи звеньев которой необходимо рае< митривать как единое целое. При этом следует иметь в виду, что процесс транспортирования полезнь ископаемых и ьскрілшшх пород является наиболее трудоемким и доро госгояшии явенои ПСК. Поэтому параметры подвижного состава, и в первую очередь тшИ'Ых средств, оказывает существенное влияние на обшиє показн і ели работы горнодобывающих предприятий.

Задача определении рацион-льного сочетания параметров ГГСК чрезвычайно слота и:.-;а >і.-ог;хпдим:і; ;и учета большого количества •!а торов И ііО 'ТІчу ::с СЛї'івііно, чгп ее решении посвящено много трудов. і{ наиболее значительным работим в :)ТоЙ области можно отнести исследовании ІІК.ЧД-.'МИК.'В И.О. МЕЛЬНИКОВЫ, Л. її. Рже в с ко гг А.0.С|1иы1ко|"-,(пго, 0.ІІ. Синчука, про:с.ч спров Ь,.-і.ш^ико, а.Ь..І'олі:»іі.елі.ді«, М.Г.І'щ -і: '''Ьа, М. Л. .меильева, і'.і'.Пивняка,

{.Е.ііиницкого, С.А.ііолотконского, М.і’.ііои''иилона, А.А.Г’енгенича,

1 .В.Дриженко. іЗопросам ннОора ПСК посняшены также работы І.М.Шаркова, сі.Г.Иваноня-Смоленскпго, Ь.Л.Іікоьлева, К.іі.Зобзиепа, І.И.йкооенко, А.іІ.Іиухона, Ь.гі. Каменецкого, С.С.Скорих, И.П.Граве, 1.Т. 1ролона, и.Ь.Дечкина, А.С.Ериіона, ІІ.Ф.Смечко, С.Л. Фесенко, !).А.Хлхлова, И.С.Ирасола, Ь.Н.Чаплина, іі.ІІ.Майминда и многих іруїих специалистов ь области промышленного транспорта на ОГР.

Несмотря на гпльшое ртнообразие методов определения рацио-тльных сочетаний мощностей и количества горного и транспортного іборудоьаігил, ппдь-'п иггд«;1<-»і,г,т<л' І' і тю ,,<ч' итоге і водилась с нахождение таких решений, которые оСеспсминаот необходимую іроизнодительнос гь карьера по горной массе при юстаточно прием-іемьгх капитальных и '•кешунгаиионных затратах. При зтом тип и іараметрн ллечтропп.чоїі принимались заданными, что приводило к ог->аничі;нн-> сіорм экономически , активного применения злокгриче-:кой тяги на карьерах н сравнении с другими видами транспорта.

Па основании анял.ма ектпеука іянних исследований автор при-іел к выводу , что при оіцк’дєлрнии рационального сочетания гіара-іетрпв ГГСіС нео^х”Диио не только учитывать динамику развития іарьероь и применять наиболее производительное горное оОору.цова-іие, но и использовать большие возможности упучшения показателей лек гри «гекпй тяги в результате ШІЄП|іЄНИЯ НОііЬГх ТЯГОВЫХ средств .ля карьерного транспорта - ГА, сцепная масса, мощность и сила яги котрій м')*ег изменяться н зависимости от количества тяговых димии, чп"ть которых 'моторные думпкары' не только разнивает '.Сп*ходимуч силу ТЛІ'И, но и перевозит полезный груз. Эго позволяет о мере углубления карьера, увчЛИЧ.ШЯН КОДИЧОГТИП ТЯГОВЫХ единиц А, повышать массу ппі--.да ^ри сохранении руководящего подъема ыезднкх путей траншеи для обеспечения ииьояки возрастав* го бъема і'орно/. ма"с і;г лиОо увеличить руководящий подъем траншей

при сохранении весовой нормы поезда для уменьшения объема горнокапитальных работ* При этом максимальная :)!>;ективность электрической тяги достигается при таких соотношениях параметров ТА, грузоподъемности поезда и величины руководящего уклона траншеи, которче обеспечивают минимально возможные приведенные затраты на всех стадиях разработки, т.е. в широком диапазоне изменения параметров рабочей зоны карьера.

Конечной целью исследований автора является установление рационального ряда ТА и диапазона его элективного применения, обо новаиие основных параметров и конструктивного исполнения ТА с учетом особенностей его работы на железнодорожном транспорте ОГР.

После достижения определенной глубины карьеров эффективность ТА начнет снижаться и возникнет необходимость их замены принципиально новыми типами ЭПС. Выбору рациональных параметров и конструктивного исполнения перспективного тягового подвижного состава посвящена заключительная часть работы автора.

I. УСТАНОВЛЕНИЕ ВЗАЛЮСШШ ПАРАМЬ" ИВ П0ДШЙМ0Г0 СОСТАВА, ПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАТЬ: И КАРЬсРА

Рациональное использование горного и транспортного оборудования может быть достигнуто только при условии эквивалентности их производительности, которая зависит от количественного соотношения и соответствия параметров этого оборудования. Э] ;ектн^;ое использование подвижного состава и экскаваторов достигается мри их слаженной работе, когда к концу погрузки поезда на оочонний пункт прибывает порожняковый состав. У то условие I ччолчяскя, если общее время рейса кратно интервалу " од* од а поро-чнит ■

вых поездов

•де Nc - число локомотивосоставов для обслуживания одного экска-1атора; Шнп - грузоподъемность (масса нетто) поезда ( т>; 3 -|роиэводительность экскаватора (т/ч1; to -время простоя экскава-'ора при обмене поездов ( ч).

При заданной производственной мощности карьера по горной мас-е Ь/ГОи родовом фонпе рабочего времени 7(ч)требуеыое число ра-!очих экскаваторов на погрузке составляет ^гЩ(тип*ЗЦГЭт.мп,

Обшая потребность карьера в рабочем парке локомотивосоставов ри действительной производительности каждогоmmftp будет равна

Nср - Wrtp /ГПмп. . (2)

Расчетная длительность рейса Ср(Ч\ под которой понимают вре-л,необходимое на полный оборот (цикл работы).локомотивосостава, остоит из времени работы в забое, движения по выездной траншее и а поверхности, работы в пункте разгрузки. Учитывается также время озможньос задержек в пути следования груженого и порожнего состава (коэффициент К * ). / . \

f,=n4f * t , l3)

де Сур - удельное время разгрузки состава (ч/т!;/\т -коэффициент азвития трассы; Нж - глубина вывозки горной массы железнодороч-ым транспортом (м); Lp -уклон выездных траншей из карьера ($о);

Lп и 'inn - средние длины откатки по поверхности и передвижных пу-ей в забое и пункте разгрузки (км); Up, lfnt 1/пп -скорости движения оеэда соответственно по траншее, на поверхности и по передвижным утям (км/ч1».

Рабочий парк ЭПС равен рабочему парку локомотивосоставов (21, рабочий парк думпкаров представляет собой произведение рабочего арка локомотивосоставов на число думпкаров в поезде. С учетом олезного груза, перевозимого тяговыми агрегатами mjr] и гру-оподъемности дупл кара ГП„з(т)рабочий парк думпкаров

ДLq - Wtp (гПмп ~ Шил) ^

р TmHn-mHa ’

16

Третьим важным звеном ГТСК является выездная траншея. Объем горнокапитальных-работ по вскрьит месторождения зависит от спосс ба заложения капитальных траншей и количества выездных путей из карьера. Для карьеров с применением электрической тяги испояьзут в основной, комбинированное вскрытие месторождений внешними траншеями, примыкающими к системе внутренних траншей. При заданной производительности карьера (1л/г количество выездных железнодорок-ных путей из карьера определяется из соотношения

где П те -глубина _ ип -интервал

времени меадау поездами (ч'; Крг - коэффициент резерва пропускной способности траншеи, учитывающий неравномерность перевозок; Киг

- коэффициент, учитывающий проведение плановых ремонтных работ и пропуск хозяйственных поездов по траншее.

Общий объем горностроительных работ (мэ) при сооружении сис темы капитальных траншей карьера

где Ппар - коэффициент, учитывающий неравномерность перевозок г

выездных путей, уломанных в о;

соответственно внутренней и внешней транш _ . .

уступа (м); $тр - ширина транспортной площадки (м>.

Для принятой схемы вскрытия карьера обшая протяженность кслезнодороишх путей (км1, уложенных 'з выездных траншеях,

понизу

Иэ анализа выражений (II - (7) иожнэ установить следущие заимосвяэи между параметрами ГТСК. С ростом глубины вывозки гор-эй пассы (//«' и длины транспортирования ( £п, £пп> гвеличива-гся объемы работ по строительству выездных трашаей из карьера Утг, /. тп' , а также потребность в подвижном составе за счет роста ремени рейса (£^>'. Увеличение производительности экскаватора 3 ' снижает потребность не только в экскаваторах, но и в подвидом составе. Главными параметрами, которые существенно влияют на се звенья ГТСК, является величина уклота выездных траншей ( ір ) грузоподъемность поезда (ГТІнп). При кажущейся однозначности ценки влияния этих параметров (чем больие значения Ір и Шип, ем меныае А^зр, !\1ср1 //. тл1 их комплексное влияние можно устано-ить только на основании технико-экономических расчетов (см.раз-ел 6'. При этом грузоподъемность поезда является связукшим зве-ом между параметрами подвигкного состава и ГТСК. Она зависит, з сносном, от величин уклона траншей от тяговых и тормоз-

ых свойств ЭПС. Поэтому представляется необходимым первоначально сследовать тяговые и тормозные свойства ЭПС с целью выбора нан-учших конструктивных решений, обеспечивающих реализации наиболь-их расчетных значений сил тяги ^fк'^ и торможения ( Л/О.

2. ТЯГОйЫЕ И ТОРМОЗНЫЕ С^ОЙСШ ЭПС КАРЬЕРНОГО ‘ ТРАНСПОРТА

Основными параметрами карьерного ЭПС, характеризующими его ксплуатационные качества, является устойчиво реализуемые им по ЦЄІ1ЛЄНИО СИЛЫ ТЯГИ (^-ііМ тормокения (Вкта*) значения которых ОПИ-ыьаются известными неравенствами [3^

Рк тах — По Ос %, Зкта*^ 0,9Поф„V* , (б)

де По - число сцепных /осе:; ЭПС; С^д -нагрузка от колесной пары

а рельсы ; V* - коэЛициент сцепления колес с рельсами. При за-аянкх значениях По и реализуемые значения У к и соот-етственно Рк и Вк зависят от конструкции экипажной части ЭПС,

17

характеристик тяговых двигателей (ТД), схемы их соединения и способа регулирования, а также от целого ряда ректоров, характеризую щих состояние путевого хозяйства, походные условия и т.д.

Среди факторов, определяемых конструкцией экипажной части ЭПС, сушествечное значение имеют перераспределения нагрузок от колесных пар на рельсы, возникающие при тяге или торможении (Д^<> В обшей случае значении Л наиболее разгруженной колесной пары может складываться [2] из разгрузки А от реактивного момента работашего 1Д, имеющего опорно-осевую подвеску; разгрузки Д^2 под влиянием момента, вызванного реализацией силы тяги (торможения') на ободе колес и передачей ее от тележки на кузов на определенной высоте; разгрузки Д вызванной передачей сил тяги или торможения от ЭПС к поезду на уровне оси автосцепки ( //); дополнительных разгрузок при передаче силы тяги от ЭПС к составу (Д^а) и от уклона (Д^'.

Для повышения тяговых и тормозных свойств ТА под руководством автора разработана конструкция двухосной несочлененной тележки М с продольно-сбалансированной рессорной системой и располс жением ЇД подвесками л одну сторону (к центру экипажа). При этом опирание кузова на тележку осуществляется в трех точках - через центральную и две боковые опоры. Такая конструкция ходовой части позволяет полностью компенсировать действие разгрузок Д^. иД^2 Компенсировать разгрузку Д^ конструктивными мерами по экипажной части очень сложно, затраты на их осуществление превышают полезный эффект, поэтому на практике они не применяются.

На величину разгрузки Д^а основное влияние оказывают характеристики связей тележек с кузовом, а также разница в уровнях осей автосцепок ЭПС и первого думпкара г.эстава. Экспериментами установлена следующая зависимость дополнительной разгрузки передней по ходу колесной пары от вышеуказанной факторов

Ауа =(£±£&а)Рк,

где - экспериментальные параметры, зависящие соответственно от "ерекоса рамы тележки относительно кузова за счет прогиба опор и действия дополнительного момента, вызванного разницей в уровнях автосцепок; Д £7 -превышение (+' или понижение (-) уровня оси автосцепки первого думпкара состава над осью сочлененной с ним тяговой единицы ТА.Для получения Афа=0 на всех ТА устанавливается авто-сцепное устройство, имегщее шаровое соединение головки автосцепки с поглошаищим аппаратом и ДО- -10 мм.

При движении ЭПС по выездной траншее возникает дополнительная разгрузка осей передней по ходу (движение вверх) тележки,которая равна - ф, ЬрИцт/И. где И цтп, /. - соответственно сила тя-

жести подрессоренных масс, высота центра тяжести над головкой рельса и база экипажа тяговой единицы ЭПС.

Благодаря вышеуказанным конструктивным мерам по экипажной части, которые позволили компенсировать разгрузкиД^Д^Д^а,

ТА 1-го поколения имеют высокий коэффициент использования сцепного веса (силы тяжести), который определяется по ‘ормуле/27^?г«~,

траншее в расчетном режиме осуществлять электрическое выравнивание

ТаК')И системой выравнивания нагрузок будут оборудованы ТА 2-го поколения.

Ограничения по сцепленл», наносимые на тяговые и тормозные

Они ь значительной степени зависят от схемы соединения ТД, жесткости их характеристик и способа регулирования скорости, а также от идентичности колесо-моторных блоков (КМЫ. Идентичность характеристик і\.іЬ определяется произведением диаметров ходовых колес ііа частоту вращения ІД и полностью зависит от уровня технологии

нагрузок по сцеплению, нагружая ТД с учетом разгрузок Д^з иД^,

характеристики ЭПС, определяются не только разгрузками Д^о и ^1сц,

производства, качества изготовления и ремонта

Существенное влияние на тяговые свойства оііС окіоиьа-.-т же л кость характеристик ТД. Двигатели с жесткой характеристикой обеспечивают возможность реализации более высоких сил тяги ;ю оперло нию. Для повышения жесткости характеристик двигателей 1Л они ви-полняются с насыщенной магнитной системой в зоне нагруз'ч:, соответствующих расчетному режиму. Результаты испытании ГА -ы, а 1132, оборудованного двигателями Ш406Д с мягкими характеристиками, и ГО2Ы, имеющего двигатели ДТ5Н с жесткими характеристиками, показали, что для двигателей ДТ9Н характерным является пе^мехакаюс-ся буксование с потерей 2-102 силы тяги при уптановиииийся скоро сти движения поезда по траншее и до 2;Д при его разі оме. Двигатели НБ406Д при нарушении сцепления переходят в разносное Оуксо-вание во всех режимах работы.

Большое влияние на реализуемые значения Рк и В к схемы соединения ТД. Параллельное соединение ТД аначигельн:) увеличивает жесткость групповой характеристики ЭШ, благодаря чему реализуемая по сцеплении сила тяги увеличивается на .:0-2с»£ в сравнении с последовательным соединением двигателей.

Схема соединения ТД ЭПС в режиме реостатного торможения во многой зависит от ого схемы в тяговом режиме [ї] .

Для определения расчетных значений сил тяги Рр и торможения Вр , по которым производится расчет весовой нормы поезда, необходимо учитывать также способ регулирования скорости движения. Пусковые диаграмма ЭПС характеризуется ко'ь .‘ ипиентими ні;рав номерности в режимах тяги и реостатного тпр^о+ения

к” _ птах~Гптіп . к' _ В птах ~ Вп гтнп 1'Нр— с .г ) 1\т Rj.fi 1

I п тах Гп піп _ иптах* Оп тіп

а расчетные значения рр и Ор равны их сродним значением » і.рс

цессе пуска Р — Я° У* К — 0,9 /7о<7 о'Ч^к /

р ТТк ’ °Р-~ГП?------------------------ (9

- I 4 /\ не I ^ Ріп5

20

цлн yirr.fi па ги 1'оьих расчетов значение %Ю+к„,) , соответст-: у |Ц< е ги гыхода на автоматическую характеристику “Ур

( рнг'ю! мчч ■.'тргц'ть движения по траншее!, обозначается V, . от;; ра.и*:иим /о:» *.* ициеитом сцепления/" 3_7 . Устойчивая Р**али.-'1^ил чна<ени£1 У^~р и соотьетегьу1 пмх им величин /> и Вр хпглрые удалили- гея в технических условиях карьерного ЭПС, гаран-гкру гея ла.^дячи-изглтозителями. На-основании проведенных испы-ганм1 анпром ус.’яновлсны следующие омпирические зависимости для т: ^.•лелс-.мя карьерного ЭПС:

ллч I- последовательным соединением ТД

ж-Ш'4.Ш> ■ (ю)

для Л!С I- параллельном соединением ГД

уг _ 18.№+0.633Ьго • (и)

р~ (53+Щ)(1 + К*') ’

для Лк- с параллельным соединением ГД, плавным регулированием

,Днр ' и 1ЛЛНИЧ и'пользованием сцепного веса ( ~ 1

Ц,- ш^оть . (12)

55 * ЪЪр

гаг./’мтамед.к- по (Ормулам (10' - (12) значения тр для различ-О,Ж (К.!, Ы2, к.6Е, £121); 0,245 (ШО, 0ПЭ1)

. . ''П.чАМ, 0,^93 (ЭПЭ1Ь, 0ПЭ1В, ПЭЗТ,

. , ' I'.; I ■ сил "яги н реостатного тормоза опредэ-

••• . •) ;лам:

: "ооир'ь

Г/1

Вр-О.Эпо^р ; Оз)

л»I. /> = Поф. %(1~Кнн), бр= 0,9п»({°%(Мт^н)

Книд и.:.:'"г нетто моторного думпкара ТА.

•'М

)

Для карьерного железнодорожного транспорта, работащего на уклонах ^30/Фне менее важное значение имеют тормозные средст-

ва ЭПС, которые должны обеспечивать безопасную работу на ьсех участках карьера и, 8 первую очередь, на выездной траншее.

Основным рабочим тормозом отечественных ТА является электрический (реостатный) тормоз, расчетное значение тормозной силы которого определяется по формулам (13) и (14и Он служит для ре гули ровочного торможения поездов при движении на поверхности и для поддержания равномерной скорости движения при спуске поездов по выездной траншее.

Для служебного торможения до остановки поезда применяется , пневматический тормоз (ПТ), а в режиме экстренного торможения на крутых спусках на отечественных ТА дополнительно к пневматическому включается электромагнитный рельсовый тормоз (ЭМРТ'', разработанный под руководством автора/"з!^ и Л.Ь.Ьалона. й общем случае тормозную силу поезда определяют по формуле

8, = 1/С*<Л* , (а)

где Л д1 - действительные усилия в контакте трущихся пар (колодка

- колесо, башмак ЭМРГ - рельс'-действительный коз;-!иииент трения в контакте соответствующей пары трения; ГП - число трущихся пар, участвующих в создании тормозной силы поезда. Действительные нажатия для одной трущейся пары соответственно ПГ и ЭМРГ аогут быть определены на основании следующих выражений:

К^Ч„ШйШ1Цри1,-(Рт*НЛп))^„/пк, Кз, -7/£)Й 5в/2/И. /04,

где Т£п (0,1, и) - функции времени, характеризушие процесс изменения тормозных нажатия от нуля до максимального значения соответственно пневматического торч^па и ;прмулм для р^СЧ::-

га которых приведены в[з] ; и Рщ Ьп,Жп - соот-

ветственно диаметр, максимальное давление воздуха, к.п.д., сила начального нажатия, ход поршня и жесткость возвращать^ пружины тормозного цициндла;^1рп,7\рп - передаточное отношение и к.п.д. рычажной тормозной передачи; Пк -число колодок на одно колесо; Ве, 5в - соответственно индукция (Тл> и площадь (см2) в зоне контакта башмака ЭМРТ с рельсом; /Н«- магнитная проницаемость воздуха (Гн/м).

Действительные коэффициенты трения для карьерных поездов рекомендуется определять по следушим формулам^"3'] :

для чугунных тормозных КОЛОДОК

(Л _ 0.15б(Как +61670) ■

Гкдк (Кдк+12250)(1+0,03181Г)

ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ тормозных КОЛОДОК

,р 1 _ 0,15/ (Кд*+196000) .

^кдк ~(Кдк + 49000Н 1+0,0141 и) ;

для электромагнитного рельсового тормоза

= й! 244е

где (£3 - давление башмака ЭМРТ аа рельс (МПа); и - скорость движения в процессе торможения (км/ч).

'Приведенные выше эмпирические зависимости, по которым производится оценка тяговых и тормозных свойств ЭПС, являются итогом мноюлетних исследований не только автора. Большой вклад в эти исследования внесли Л.З.Ьалон, А.Е.Ашкенази, З.И.Баканов,

Е.А.Хохлов, Г.Д.Забелин, Б.л.Варченко, И.М.Гендельман и другие.

3. 0ПРЕД31ЕНЛЕ аВСОиОЙ НОРШ ПОЕЗДА

Наилучшие показатели работы карьерного железнодорожного транспорта достигается ь то" случае, когда весову» норму (расчетную массу) поезда устанавливают из условия полного использования тяговых и тормозных свойств выбранного типа ЭПС.

о ранее используемых отраслевых методиках весовая норма

23 '

карьерного поезда определялась из условия равномерного движения : по выездной траншее и проверялась на трогание с места и экстренную остановку на расчетном спуске траншеи. Такую методику можно использовать когда траншея не является лимитирующим участком. Для карьеров с интенсивным движением по траншее и использованием для тяги поездов современных ТА автором разработана усовершенствованна методика, сущность которой изложена ниже.

Для грузового направления движения вверх весовая норма устанавливается из условия пуска и разгона поезда до скорости У~р на расчетном подъеме 1р траншеи для исключения возможности сбоя графика движения поездов при их случайных (или предусмотренных1 остановках на этом участке, который одновременно является ограничивающим по пропускной способности. Полученное значение расчетной массы поезда проверяется по тормозным свойствам ЭПС и состава также на участке траншеи с расчетным уклоном для следующих режимов торможения: спуск порожнего поезда с равномерной скоростью в режиме реостатного торможения и его экстренная остановка (при необходимости) пневматическим тормозом в пределах нормированной длины тормозного пути ( 5г = 300 м), аварийный спуск груженого поезда в режиме нерегулируемого реостатного торможения и его экстренная остановка пневматическим тормозом (на спусках Ср— 60$о совместно с ЭЫРТ), удержание ручными тормозами ЭПС груженого поезда в случае его остановки на расчетном уклоне траншеи в результате снятия напряжения в контактной сети.

Зависимость между тяговыми(тормозными) свойствами ЭПС,весовой нормой поезда и профилем пути устанавливается на основании известного уравнения движения поезда

(к)

^е ПП - масса поезда (т'; (1+^Ч - коэффициент, учитывающий

терцию вращающихся частей поезда £з^ - ускорение (м/с* ); '

у -равнодействующая сила (Н), приложенная к поезду и являшая-:я функцией скорости движения и времени Ь (с) . При за-

1анных значениях ускорения разгона груженого поезда[з] и расчетов силы тяги Рр равнодействующая сила Ру в режиме тяги будет равна рр где \^р-ГП1^(1Л+Щ*Й%),Здесь ЬК -удельное основ-

-109 сопротивление движению (Н/кН); ЬУс - удельное сопротивление эт подъема (Н/кН), которое численно равно Ср(°/ев) ЪО~н -допол-

нительное удельное сопротивление при движении в кривой (Н/кН), которое рассчитывается по формулам, приведенным в[з] .

На основании (13) и (16) весовая норма поезда при грузовом направлении движения вверх: равна

т - П.аЖ (п)

'/‘т г~т: V \— »

(ср*цгт)д.

где'Шт -удельное сопротивление движении поезда на траншее, состоящее из ЬЛ и дополнительного сопротивления 11% (Ч/кН) , возникающего при разгоне поезда: 11?$ -(1

В режиме торможения равнодействующая сила, приложенная к поезду, определяется из уравненияРу-~Зт~П7р(и?хгде Вт -расчетная суммарная тормозная сила, развиваемая действующими в данный момент тормозными средствами ЭЮ и состава\TjJx -удельное сопротивление движению поезда в режиме торможения, значение которого приведено в [*]. Решением уравнения (16) с учетом (13) и (14) можно получить следующие значения расчетных масс поездов, спус'к которых по траншее может быть обеспечен в режиме реостатного торможения: . *

„ _ 0,9п»с1оУг/,(1~Кн»э) /у/л

порожнего поезда ГПрп~ --------7~г~г---—\--------- > 1'О/

( Ср ~

груженого поезда Шаг — — . (}д)

г ар~ ЬГ*) а. ' *

Поскольку основным требованием к ЭПС карьерного транспорта является обеспечение безопасности движения, то весовая норма поезда при

груженой направлении вверх может быть принята по формуле (17) толь

ко при условии соблюдения следующих неравенств:

? . . . пп/; 0,9(1~Кн»д] > /"Аял .

0,9(^игт), ^ -

где Кип - коэффициент нетто поезда.

При грузовом направлении движения вниз (разработка нагорных карьеров) весовая норма поезда определяется по формуле (19) и проверяется по режимам тяги и реостатного торможения порожнего поезда Расчетная масса порожнего поезда равна

т,„= гьа.’Ч'рО-Р”*) . (го)

9

При этом должны быть соблкугены следующие неравенства:

К л К • 1-Кнмд > 0.9(1'К нп)

'> ннд — /•«/>/ ~ ~т~. ~г ‘

Ьр + 1лУт Ср ~

Решение задачи проверки полученных весовых норм поезда на экстренную остановку его на расчетном подъеме (Ср) пневматическим тормозом самостоятельно или совместно с ЭМРТ сводится к определению зависимости меадау длиной тормозного пути ( 5 т } и скоростью начала торможения (Унт).При нормированной длине тормозного пути конечной целью указанной задачи для условий карьерного транспорта является определение допустимой скорости движения по траншее. При этом полученное значение допустимой скорости движения {Удоа* должно быть не ниже расчетной скорости ХГр для обеспечения требуемо.! пропускной способности траншеи. Искомые скорость 'Ц’доп и юриозной путь 5 т определяются совместным решением дифференциальных уравнений движения поезда при торможрчии

сИГ

где Зт ~ удельная тормозная сила поезда. Массу груженого

1 порожнего поездов определяют по формулам (17) - (201, а тормоз-тя сила Вт рассчитывается по уравнению (16). На основании выпол-1енных расчетов и проведенных тормозных испытаний тяговых агрегатов, (борудованных ЭМРТ, на уклонах траншей от 40 до 60%>о установлены |ависимости длины тормозного пути S г от скорости начала торможе-1ИЯ Z/ht (рис. 1) и допустимой скорости движения 'Ц’доп от вели-(ины уклона траншеи Lp (рис. 2). Для приближенных расчетов аппрок-:имированы следующие эмпирические зависимости: им груженого поезда - &дап ~5б 0,56Lp ($ЕЗ ЭМРТ) ,

т„=5б-о,шР(с змрт),

ш подога „„ада. -

Ui«f=60-D,34Lp(c ЭМРТ).

(20

На основании прореденных исследований установлено, что тормоз-ше средства современных тяговых агрегатов обеспечивают безопасноо вижение груженых поездов на спусках- до ойо и порожних - до ^0%о ез применения ЭМРТ. Использование ЭЫРТ позволяет увеличить максн-ально допустимые уклоны траншей более бОДо при груженой направ-ении вниз и более ЬО^о при груженом направлении вверх. Этот вывод одтверждают результаты исследований и натурных испытаний, прове-енных РИИКТом под руководством А.Б.Ьалона [ 23, 47].

На карьерном транспорте нередки случаи вынувденной остановки оезда на траншее и требуется его удержать на уклоне Ьр в тече-ие времени, необходимого для устранения аварии. В этом случае начала приводится в действие вспомогательный тормоз, а затем за-ягиваются ручные тормоза, после чего вспомогательный тормоз от-ускается. Для удержания поезда массой ГПТГ на уклоне Ор необ-одимо, чтобы тормозная сила вспомогательного и ручного тормо-

27 .

зов (каждого в отдельности) была бы больше скатывавшей силы, равной ПУ7Г^.([р~Шх'). Вместе с тем, величина бв/» не должна превышать предела по сцеплению, поэтому указанные тормоза рассчитываются

ПОУСЛОВШ пЛз^^О^ро ,

где - расчетный коэффициент сцепления при скорости гг., 0.

Для обеспечения надежного удержания груженых поездов на уклонах до 60&о, а порожних - до 80$6о вспомогательный тормоз ЭПС должен быть отрегулирован на максимальное давление 0,49 Ш1а. Такое же нажатие на колодку должны обеспечивать ручные тормоза всех тяговых единиц ЭПС.

Автором поставлена задача, чтобы ТА по своим тормозным свойствам и остальным параметрам во всех режимах работы обеспечивали возможность выбора весовой нормы поезда по формулам (17) или (20). Для этого необходимо определить требуемую мощность ТА в контактном и автономном режимах работы.

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ ТЯГОВЫХ АГРЕГАТОВ В КОНТАКТНО!» И АВТОНОМНОМ РЕШМАХ РАБОТЫ

Существенные различия в условиях работы ЭПС на магистральном и карьерном транспорте требуют особого подхода при выборе мощности карьерного ЭПС. Для магистральных электровозов основным расче ным режимом является часовой ре;г.им работы И чем больше часовая мс ность электровозов,приходящаяся на одну ось, тем выше должна быть их производительность.На карьерах наибольшая мощность реализуете; ЗПС в течение такого времени, за которое перегревы оборудования могут не достигнуть максимально допустимых температур, что приье-

дет к недоиспользованию их иоиности. На рнс.З показшш нагрузки ц ( перегревы обмоток возбуждения нескольких типов ТД, зафиксированные в процессе испытаний на различных карьерах при работе ЭПС по реальному циклу. Из анализа полученных данных следует, что иаксицаль-ная температура перегрева достигается в конце выездной траншеи, а ее величина зависит от часовой модности ЗД, параметров экскаватора и рабочей зоны карьеров, учет которых обязателен при разработке достоверной методики расчета требуемой мощности ЭПС.

Несмотря на больпое разнообразие способов вскрытия карьерных полей, схем транспортных путей в зависимости от горнотехнических условий и величины грузооборота карьеров, работа ЭПС всегда осуществляется по определенному циклу, который можот быть разделен на два этапа: движение груженого поезда, принимаемое из карьера (как самый тяжелый режим нагружения ЭПС), и движение порожнего поезда с использованием при спуске по траншее реостатного тормоза.Киядшй этап работы локомотивосостава включает в себя четыре основных участка: для груженого поезда - его погрузка и подача из забоя до выездной траншеи, движение по траншее.до поверхности, перемещение состава по поверхности до пункта разгрузки (отвал или обогатиельная фабрика), подача поезда до места разгрузки и его разгрузка. Порожний состав проходит те же участки, но в обратном порядке. На каяуюм участке работы ЭПС им реализуется различная сила тяги, скорость движения и модность в зависимости от профиля пути и применяемого оборудования (экскаваторов) в местах погрузки и выгрузки горной массы. Различными будут также продолжительности работы под нагрузкой и общее время работы ЭПС на участке. Формулы для расчета мощности, реализуемой ТД , времени движения, в течение которого она реализуется, и общего времени работы ЭПС на каяком из участков .

описанного цикла приведены в таблице £.

Для определения максимального перегрева ( С т ) ТД, который

достигается в конце движения груженого поезда по выездной траншее,

29

Таблица /

Характеристика работы ЭПС Участки работы

Забой Траншея Лоберхность ОтВап

' і^уоиши ПиИ/ААМІСПиС

Мощность (кВт) реолцзиепзя тяговым дбиюта-еп на участке і ҐРл) 5 о Ур1Аа(1з.г+иГп.г) у<> Ч*р 1Гр ЧвЧ’рУп (}(Із.г*'Шаг) <?в Ур 0 (Іо.г.*ІіЛи\)

3600% „(Ср* кГт) 3600 зб00Чш(<-Р + иГт) 360071]п.( ір + и/т).

Зрепя(ч'), б течение кото- ■ 1г Кг Нж £о

рого реализуется мощность Рщ ( І Яг 1 Уз Ср Ур Уп Уо

Общее Бремя оавоты ЗПС нп участке і _ .( £і ) Сі їїофо Ч^рКн.П. Кг Нж Кі Ьп Кн.а)Ьу.Г' ,

Ш (ср + игг )3 ір Ур Уп (Ір+иГг) V4

-л П

/ 1и^и/Т\ нх ыл/ис иии/ли/ц. 'ШЄ ' ""

Мощность ( кВт! реализуемая тягооым доигате-лем на участке і ҐРЇ/А д0%У^(1-КнШз.п*УГп.г,) Цо 4>г 1Гт У"0^. (І-о.п* Zlfn.nl)

3600 %м( 1р+иГт) шо%„. №ОЧ3.„.(Ір + иГт) Зб00Ъ.п(1р+ иГт)

Время (</), 6 течение которого реализуется мощность Рді ( t ?: 1 ъ Кт Нж І0

Щ І р 1/т Уп ■ Уо

дбщее бремя работы Э/7С. /іа цчастке с ' -І- \ * и ТА 0 Кт Нж Ір 1Гт Кіі.п Уп Со Ыо

когда двигателей реализуется мощность Ртг~(£0 тече-

ние времени tdT = КтНж/ipVp, можно использовать уравнение нагревания однородного тела, которое применительно к ТД. постоянного

тока, применяемым на карьерном ЭПС, может быть записано в следую, t Вт

щем виде: п tdr. “ тСГ , ч

где Д Рпс( Влр, Тпр - соответственно приведенные потери, теплоотдача и тепловая постоянная ТД при реализации им мощности Ртг , La ~

- начальный перегрев ТД перед движением по траншее,- который соответствует нагоужению его эквивалентной мощностью за цикл работы ЭПС. Эквивалентная мощность Ра, , реализуемая ЗД за цикл работы, приближенно может быть определена из известного выражения?

Pt.^ZPliU/tp , (23)

где П. -число участков работы в пределах одного цикла; Pol, idi расчитываются по формулам, приведенным в таблице I.

На основании анализа кривых нагревания ТД карьерного ЭПС' и результатов их испытаний в реальных условиях эксплуатации выражение (22) с учетом (23) может быть представлено в следующем виде

f г. £Ше-Я* , .

1'т~ бббСпр ' J 666С пр , ^

гДе \дт, Ч.дз ~ к-п-Д. ТД при реализации им соответственно мощности Рдт и Рдэ . Аналогично выражению (24) можно определить

максимальный перегрев ТД при нагружении его часовой мощности Рдч в течение одного часа

П~ _ Рдч (1~ Рдч ") (25)

U бббСпр ' ■ /»

где Спр - приведенная теплоемкость ТД.

31

Требуемая часовая мощность ТД (Рдч), способного работать по вышеуказанному циклу без превышения допустимой температуры, может быть найдена из условия равенства выражений (24) и (25). Для практических инженерных расчетов решение уравнений (24) и (25) является достаточно трудоемкой задачей, т.к. они содержат большое количество переменных параметров, характеризующих все эвены ГТСК. Поэтому целесообразно проанализировать влияние каждого из этих параметров на требуемую мощность Рдч , Проведенный анализ показал, что производительность экскаватора (Э), профиль пути на поверхности ( /.л,6л ), количество осей ЭПС ( По ) не оказывают существенного влияния на выбор требуемой мощности Рдч (см.рис. 4), их можно принять постоянными и равными средним значениям в исследуемом диапазоне. Преобладающее влияние на величин;

Рдч оказывают (см.рис. 5) глубина вывозки горной массы (Нж) и величина уклона траншеи ( 1р ). Зависимость Рдч(Нж, 1р) представляет собой уравнение вида N ... ' , ■

<*■

где - коэффициенты, незначительно зависящие от соотно-

шения параметров По, Э1 Ьп, . Для средних значений указанных параметров (3=1200 т/ч,/<п=10 км,£л =6%о,/7о =12 ) выражение (26

Рдч-155(Г-е^С’, (21

где £т - Нх^/ьр - длина выездной траншеи (км). При разработке карьеров с переменным профилем путей, когда £ = /Уж/ С тз , где бгз - эквивалентный уклон траншеи, а /Уж - максимальная глубина вывозки горной массы железнодорожный транспортом, расчет требуемой мощности Рач производится последующей зависимости

О °У/1'ЧТй 0,М21?ГУ^7 / ■

. г дч= 15Ььг в .

Здесь (-р - участок траншеи с руководили!.! (максималл.ыи) укло-

ном, по которому опроделязтея яесопал норма поезда.

Параметры пуско-регулируюшей аппаратуры и оборудования ЭПС зависят от требуемых параметров и количества ВД, которые они питают, а их расчет мало отличается от методов расчета аналогичного оборудования магистральных электровозов. Отличие имеется при расчете мощности блоков тормозных резисторов (БТР) и источника автономного питания.

Как было рассмотрено выше, реостатный тормоз ЭПС должен обеспечить спуск груженого поезда массой Л/гг по траниеэ с равномерной скоростью и не ограничивать возможность реализации расчетного коэффициента сцепления в режиме торможения. Дня выполнения этого требования суммарная мощность ЬТР должна состазлять/~1_7

рктр > п°д° # Уй Со,9 (1Р+Ыт) -иГ<] / \

5ТР 7 збооаРУъГт) • {23)

Источниками автономного питания оборудуется ТА, предназначение для работы на карьерах, где по горнотехническим условиям или технологии ведения работ установка передвижных контактных сетей з местах погрузки и выгрузки горной массы не представляется возможной или экономически не целесообразна. В качестве источника 1втономного питания применяются только диэель-генераторные уста-10вки (ДГУ1. Требуемая мощность ДГУ по дизелю определяется по формуле [ I]"

р.... =________(зо)

360071тгг1тдЪпКсн(1р + иТт) »

'де1/д - скорость движения по передвижным путям в автономном зеяиме работы ЭПС; ^тг; "Чтд, 71$п - к.п.д. соответственно тягового ’енератора, ТД и зубчатой передачи; Кен - коэффициент, учитывавши раехпд мощности дизеля на собственные нужды. Из формулы (30) )идно, что требуемая мощность Рагу зависит от силы тяги ЭПС ! контактном режиме и переменных параметров карьера ( Ср и Спп )

1з этого следует, что необходим ряд мощностей ДГУ для обеспечения юзмотшости работы ЭПС в автономном режиме в зависимости от пара-

33

метров карьера Ср и Сап . Однако реально на дизельных секциях могут бить установлены ДГУ мощность!) 1100 кВт (агрегаты ОПМЛ, 0ШШ1) и {470 кВт (агрегаты 0ИЭ1, 0ПЭ1Б, ПЭЗТ, ОШВ). Зависимость параметров 8ПС в автономной режиме (/>, 1/л ) от профиля пере^ викных путей ( Спя) при различных сочетаниях числа осей (По ) и величины расчетного подъема траншей ( 1р ) приведена на- рис.6.

5. ШИШ НЕ ПАРАмЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО, ПОГРУЗОЧНОГО 0Б0РУ-ДОВАНИЯ И РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА НА Т£ЗШШ)-ЭКОНОШ-ЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГОРЮТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕШ КАРЬЕРА

Оценка технико-экономических показателей ГТСК производится по удельный приведенные затратам на добычу и транспортирование

Г .

одной тонны горной массы ( Е о ) для фиксированного положения карьера на определенный (расчетный) момент времени

г'9*г\+?ь*г'9*г'т <рув/п. (м)

Ыа основании вьражений (I) - (7), принимая во внимание, что ГПнп-ЩтгКня, можно установить следующие зависимости для удельных приведенных затрат по всем звеньям горнотранспортной системы карьера:

ка локомотивный парк (ЭПС)

?'_КрлКлп (ГI/КтНж 1 21-а 1 2^пп}]х КиА |[ 3 Кип \i-pVp Ур 1Гпп)]

‘■*[моо1/£Хл(£„*елУЗб,]* -1~ ) (п)

на вагонный парк

7Я - КрдКдвКд(Е» * (-р+ ь)т ]/ПоР^о Кип (1 ■*- [ЧрЭ) ,

ТКидКнп I ЮООщЦ ;Э(](1Р>иГт)

на экскаваторный парк _

•2.' - Крэ Кдз Кэ (Ен* 6э)11 . 1в р(Ср + ЬУт ) ■ /7Л

3' ТКсэ [з К»п 7 '

на капитальные выездные траншеи

• • • +25грЬуНтв+КперИц (н>к - Н те) +5г^6тр(Н^ 'Нтв}]х...

-х(Ен + 0)+2КтП КТТ5*Кпер(Н/К'/^Тй^(Ен + (? Т • (^5)

В выражениях (32)-(35' приняты следующие обозначения: /\дл,Ад1; Клэ~

- коэффициенты, учитывающие увеличение затрат на локомотивный, думпкарный и экскаваторный парки, связанные со строительством

I

депо и ремонтньтх заводов; С эн - стоимость I кВт.ч электроэнергии на тягу поездов; Кал - коэффициент, учитывающий все виды потерь в системе энергоснабжения электрической тяги; Ктг ,Ктп~

- соответственно стоимость выемки I м3 пород и укладки I км одной колеи многопутного участка выездной траншеи; к*мк, -соответственно стоимость ЭПС, думпкара и экскаватора, Ен -нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений; бл^д.бз,?т,6тп- коэффициенты пропорциональности межда стоимостью оборудования и годовыми расходами на его текущие осмотры и ремонты, на материалы и амортизация;3Ь.^ зарплата локомотивных бригад.

Важным фактором оценки экономической эффективности является прогнозирование цен на технологическое оборудование. Абсолютные значения прейскурантных цен на оборудование имеют постояннуи тенденцию роста, поэтому целесообразно установить функциональные зависимости цен от основных параметров оборудования. Из известных формул, устанавливающих зависимость между ценой карьерных электровозов и его параметрами, наиболее достоверна зависимость,

предложенная Е.А. Ашкенази и В.И.Бакановым: Кл ~ А * ВРя , где А ‘Постоянная, учитывающая стоимость вспомогательного оборудования; В -стоимость I кВт установленной мощности электровоза,;

Рч - часовая мощность электровозе < Для ТА, состоящих из не с кол I исх тяговых единиц и имеющих в своем составе дизельные секции, астцром на основании наклейного опыта производства .и эксплуатации! ;г\редло-жена следующая зависимость; в

К^%(Ал*5л-п,Рая)ФСлР^в , • .

где Ал, д>л - имеют тот же смысл., что .и в предцпущей формуле;

С л - стоимость I кВт установленной >мощности .ДГУ* Предложенная формула учитывает не только затраты изготааи.теля,, но л потребительски качества ЭПС, которые характеризуются реализуемой силой тяг.и,, зависящей от % , по которой устанавливается вееоЕвая корма поезда,, влиякщая на технико-экономические показатели всех звеньев Г1ОД.

Стоимость однотипных думпкаров, имекщих одинаковую сис.тему разгрузки (пневматическую)., пропорциональна его конструктивной 1мас<

, Кд = К.дШд($ (51)

где Кв - стоимость I тонны конструктивной ‘массы думпкара;;

ГПд- масса брутто думпкара,; /Кнд - коэффициент нетто .думпкара.

На основании .исследований .й-ВЛельникова,, Д.Д.Виницко.го и Ы.Г..Потапова получена следующая зависимость (стоимости экскаватора

о,т его параметров.: „ / \

; к,*А**й.э , (»)

где /та,/бг - ..составляющие затрат,, зависящих соответственно от линейных размеров .и .вместимости ковша экскаватора; К - безразмерный показатель ( , являющийся производным от вместимости ковша и

объемной массы экскаэируемых работ.

Как следует из выражений (3?) - (38) удельные приведенные затраты всех звеньев ГТСК зависят от множества параметров, но гла ними, определяющими их уровень, являются производительность экскав тора ( Э \, количество осей ЭПС (и рабочей зоны карьера

36

( И*., 1р,!~п). На рис. 7 показано влияние каждого из этих параметров на характер изменения удельных приведенных затрат на

I I ,

локомотивный ( ?д), думпкарный ( 2о экскаваторный { 2э ^

$

парки и на выездные траншеи (2г), а также ка общие удельные затраты по горнотранспортной системе карьера ( 2о ). Из анализа этих зависимостей следует, что влияние производительности экскаватора (3 ) на ?« однозначно: чей вше Э , тем нике затраты г. . Это объясняется теи, что с ростом 3 уменьпается время погрузки состава и общее время рейса (£/>). что обеспечивает снижение затрат 2Л и 2д . Кривая 2) ~£(3) имеет слабо выраженный Минину•, зависящий от соотношения количества экскавато-

• I I '

ров и их стоимости. С увеличением п. затраты 23 и 2Т

I

уменьшаются, а - возрастают, т.к. с увеличением По растет грузоподъемность поезда (Шип), в результате чего требуется меньшее количество локомотивосоставов, выездных путей траншеи, богта производительно используются экскаваторы, но увеличивается парк думпкаров, поскольку рост числа думпкаров в поезде не компенсируется снижением количества локомотивосоставов. Кривые 2Л = ^(По) и 2» = ^(п.с) имеют явно выраженный минимум, который достигается при определенном значении, зависящем от соотношения остальных исследуемых параметров. Влияние уклона траншеи ( £-/> ) неоднозначно: с увеличением 1р растут затраты 2 л и 2з , что связано с уменьшением ГП.нп , но одновременно снижется затраты 2 а * 2 г, т.к. с ростом 1а резко; уменьшаются объем горнокапитальных работ ( 1/тт ) и обцая протяженность траншейных путей ( с.тп ). Характер зависимости 20 ~ параболическая кривая, коорди-

наты точки минимума которой зависят, в основном, от Нм и На. Влияние глубины вывозки горлой массы (Их) и длины транспортирования по поверхности (Ьп) ка затраты 2о однозьачно; с ростом НиСИ /-п увеличивается Н0 и особенно интенсивно влияет Нж •

37

Из проведенного анализа иожно сделать вывод, что для каждого сочетания основных параметров горнотранспортной системы карьер всегда имеются такие значения числа осей ЭПС (По) в составе поезда и величины руководящего уклона траншеи ( Lp ), при которых дости-

I

гаются минимальные удельные затраты 20 . Эти же параметры оказывают существенное влияние на интенсивность роста затрат Z ® с увеличением глубины вывозки горной массы Нж и длины транспортирования по поверхности Ln .

6. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКШОШННОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА ПО ВЫЕЗДНОЙ ТРАШ1ЕЕ

В проведенных выше исследованиях скорость движения по выездной траншее из карьера принимались по ПТЭ промтранспорта равной Ifp = 25 км/ч. Она была установлена на основании многолетнего опыта эксплуатации четырех- и тестиосньк электровозов на различных карьерах, но является ли она рациональной для ТА, тяговые и тормозные свойства которых позволяют увеличить допустимые скорости движения как порожних, так и груженых поездов. .

Анализируя выражения (32)—(35) можно заметить, что с увеличением скорости 1/р снижаются затраты на подвижной состав (2Л,?g),

I

выездные капитальные траншеи (Hr) и общие затраты по горнотранспортной системе (Zo ). Вместе с тем, с ростом lff> увепичивается требуемая мощность тяговых двигателей Рдч (см.табл.I) и соответственно стоимость ЭПС (36), Зависимость Рдч-f (ifpj, установленная методой, изложенным в раздела 4, выражается уравнением [l]

_ л O.Oiitfp O.OOMCrVVp

Рдч = 155СТ -е . (5Э)

При этом коэффициент перегрузки двигателя, определяемый из соотношения

,, , „ -o.osV^ -о.оэмСтТ/vT

Кпо~о,цщст -г (Щ

не должен превышать допустимых значений ( Кпдтах =1,65-1,8) і не только в процессе движения по траншее, но и при пуске и разгоне поезда на руководящей подъеме траншеи. Для траншей с переменны?.» профилей пути уравнения (39) и (40) могут быть представлены » следующем виде: , '

Р*. = 155£Ґ“'І",І'■ е (4,)

/Г„а=й/«С;,“Л57^е'вд“'ад71?. (42)

Зависимости требуемой мопшости двигателя (Рдч) , коэффициента

его перегрузки ( Кпд ) и времени движения по траншее ( Ьдт ) от

скорости 1Гр представлены на рис. 8, а характер ее влияния на . ’ / » І і удельные приведенные затраты £л,Ед)2 г, Но показан на рис. 9.

Из представленных зависимостей видно, что с ростом Ур снижаются

Г .

затраты на думпкаркый парк Ед за счет сокращения времени рейса . /

І,р и потребности в локоиотиаосостабах, а также на транаеи 2Г,

благодаря увеличению ее пропускной способности и сокращения требуемого количества выездных путей ^ . Затраты на локомотивный парк Ел с увеличением Ур до скорости 20 км/ч изменяются несущественно, т.к. рост стоимости ЭПС за счет увеличения Рдч в большой степени компенсируется сокращением локомотивного парка в результате уменьпения Ьр . При дальнейшем увеличении 1ГР затраты Н л ) растут более интенсивно. На затраты по экскаваторному парку Н з изменение величины Ур практически не влияет , поэтому зависимость г, = {(Ц) на рис. 9 не показана.

Общие приведенные затраты по горнотранспортной системе карьера Но с увеличением скорости Ур резко снижаются, достигая минимума при определенном значении Ур , зависящем, в основном, от соот-

ношения параметров рабочей зоны карьера Нж, £/> и , а затеи , начинают постепенно возрастать. В результате совместного решения выражений (32)-(36) в максимально возможном диапазоне изменения параметров ЭДС и рабочей.зоны карьера

п. = 4-24,Нж = ШООп, сР=ЩО°/оо,Ь 5-20™(АЗ)

установлено, что минимумы функций \[р) находятся в диапазоне ^Гр = 23-28 км/ч. При этом большие значения ЬГр соответствуют большим значениям длины выездной траншеи {.% и меньшим значениям дли™ транспортирования по поверхности /-.п. Для тяговых агрегатов, предназначенных для работы на карьерах, имеющих траншей длиной до 5 км, а в п-зрспектиае и до 7 км, расчетная скорость Vр рекомендуется в диапазоне 25-28 км/ч.

7. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РЯД ТЯГОЗЫХ АГРЕГАТОВ И ДИАПАЗОН ЕГО ' ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Задача выбора рационального ряда ЭПС (рядЯ») при известных его тяговых и тормозных свойствах (Жр ) и определения диапазона его эффективного применения в конечном итоге сводится к нахождению . таких сочетаний параметров По и Ср для заданных значений Нж и 1~п ,при которых достигаются минимальные значения удельных привс-

I

денных затрат 2 -> . 1ри этом приняты следующие интервалы изменения каждого переменного параметра:

АПо -4, дНж-50п, &Ср = 10% ■ (м)

Определение рационального сочетания вышеуказанных параметров целесообразно производить в следушей последовательности: для всех значений По и возможнее сочетаний Нж и /,п в диапазоне (43) с интервалом (44) найти величины Ср , при которых достигается

1 ч

минимум 2.0 ; выбрать значения П-о для каждого сочетания * и 1~,п , обеспечивавшие наименьшие величины Т. о тт ; на основании анализа полученных значений 2, лиг. для каждого значения По и соответствующей ому величины Ср определить диапазон Нж и и,

при которых значения Z» min. меньше, чем для других значений П,.

На рис. Ю показаны результаты решения задачи определения рационального сочетания параметров ГТСК изложенным выше методом. Их анализ позволяет сделать следующие выводы: даже при рациональном соо.ношении параметров По и Lp с увеличением Нм и Ln затраты Z0 min возрастают и особенно интенсивно при Нж > 200 м; с ростом //* экономически целесообразно увеличивать Lp , в непосредственной связи с которыми находятся большие затраты Z т • а также/Ze для поддержания в определенных пределах весовой нормы поезда, влияющей на затраты всех звеньев горнотранспортной системы карьеров; диапазон оптимального применения каждого типа ТА ( П* ) не имеет явно выраженных границ, а ЭПС с/?« = 4 и По-6 неэффективен ни при каких значениях Нж и Ln в сравнении с По =8; рациональные уклоны Lp с увеличением Ln несколько уменьшаются, но значения По при этом остаются неизменными, т.е. весовая норма поезда должна увеличиваться для компенсации роста времени рейса tp .

В проведенных исследованиях величины уклонов Lp принимались постоянными на всей глубине вывозки горной массы Н ж .В то же время на рис. 10 видно, что каждому этапу разработки карьера характеризующемуся определенным значением Нж , соответствует

. ' /

своя рациональная величина Lp , т.е. для получения Zo min. на каждом из фиксированных положений карьера при увеличении его глубины необходимо переходить на больший уклон траншеи.Каким образом выполнить это условие? Реконструировать ка каждом этапе капитальные траншеи на всем их протяжении нецелесообразно,т.к. это пот ребует дополнительных затрат и приведет к снижению производительно сти карьера (\лА в период реконструкции* Вариант строительства

траншей с уклоном, соответствующим максимальному значению

41 ’

Нж, также не эффективен, т.к. при Нк<Нк №И затраты 2 «

_, *

будут значительно отличаться от £., тЫ , особенно при мальк значениях Нж. Поэтому целесообразно развитие выездных'траншей по мере углубления карьеров осуществлять путем увеличения уклонов внутренних траншей ча длине, соответствущей разнице отметок глубин А Мяг между соседними фиксированными положенияш 1£арьера ( ^ ') .соответствующими периоду оптимизации.

Исходя из вышеизложенных предпосылок, минимальные затраты по ГТСК для каждого зафиксированного положения карьера (2о^дая) могут быть определены на основании выражений <31)—(38) с учетом (411. При этом расчетную массу поезда целесообразно определять из условия прохождения участка выездной траншеи с руководили (расчетным) подъемом без остановки на нем: т — П-а ОоЦ^р

ГПтг - Д.7/г >

л Г - о

где Шо - удельноэ основное сопротивление движению груаеного поезда по траншее, которое значительно нике ЪсГт

Минимальные значения Еу- и соответствующие им величины Ьтэ,1р,По приведены на рис, II. 11а основании полученных рациональных сочетаний основных параметров ТА. {Пл> и рабочей зоны карьера ( Нж,Ср,1~п)> при которых достигаются инициально возможные значения удельных приведенных затрат по горнотранспортной систеие карьера, установлен рациональный ряд ТЛ (По) и диапазон эффективного применения каждого его типоразмера, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2

Количество осей ЭПС

Л.

Глубина вывозки горной массы

Нж, М

Расчетный подъем траншеи

Длина транспортирования -/'2.<У2кМ — ^ п_>__10к1^ __

8

12

60-100

60-260

42

32-40

35-68

28-ЗЬ

32-53

Продолжение табл.2

Количество осей ЭШ Глубина вывозки горной массы Расчетный подъем траншеи Ср, /»«

П0 /•/жуЛГ Длина транспортирования 10 км /,л>-10 км

16 250-350 52-65 47-60

20 260-400 56-70 50-65

24 380-500 66-80 61-75

Таким образом, с ростом глубины вывозки горной массы железнодорожным транспортом одновременно увеличиваются экономически целесообразные значения руководящих уклонов траншей и числа сцепных осей ЭПС. Однако даже при рациональных сочетаниях параметров ЭШ н карьера абсолютные значения т'т при Нм > 250 м начинают интенсивно возрастать. Для снижения Ер^-тт при таких глубинах требуется создание ТА., состоящих из четырех тяговых единиц, чгэ является предельным для локомотивной тяги по прочности автосцепных устройств (Гр>1200 кН1, нагреву основного электрооборудования ЭПС и передаче энергии по контактной сети (около 10000 кВт). глубине Нж>350 м необходимо будет перейти на но»ый вид электрической тяги. •

8. СОЗДАНИЕ ТЯГОВЫХ АГР1ГАТ0В ДО ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК ■

Изложенные выше исследования явились научной основой при проектировании ТА 1-го поколения, их модернизации и создании ТА 2-го поколения. . .

Первыми отечественными ТА, разработанными под руководством автора, были ТА постоянного тока типов ГО2' и Г1Э2М, на которых установлены ТД соответственно типа Ш406Д;и ДТ9. На базе их механической части и ТД типа ДТ9Н были созданы ТА переменного тока типов ^

43 ; . . -

0Ш2 и 0ГО1А, являющиеся первый отечественные ЭПС с плавным • (К«,;0) межзонным тиристорным регулированием, что позволило увеличить устойчиво реализуемые по сцеплению силы тяги на 10-12% в сравнении со ступенчатым регулированием.

Основные параметры ТА 1-го поколения (си.таблицу 3), которые определяют их эксплуатационные свойства, рассчитаны автором по методике, изложенной в ралеле 4. При этом требуемая мощность ТД определялась для наибольшей экономически целесообразной глубины вывозки горной иассы при оптимальных значениях уклонов выездной траншеи ( Ср, 1тз ) для ТА, имевших /1о =12.

С учетом возможной перегрузки при движении по транше в течение 15-20 минут производился также расчет тяговых трансформаторов ТА переменного тока, благодаря чему их масса и габариты значительно уменьшены (удельная масса составляет I кг/кВт), что позволило- преобразователь для питания 12 двигателей трех тяговых единиц агрегата разместить на четырехосном электровозе управления. Блоки полупроводниковых приборов, пусковых и тормозных резисторов ТА рассчитаны на максимально реализуемую мощность, т.к. они не допускают перегрузки. Поэтому они выполнены с интенсивной вентиляцией, а для их размещения в стесненном объеме электровоза управления разработаны конструкции блоков с горизонтальной установкой /*37, «7.

Специфика рабои ЭПС на железнодорожном транспорте ОГР предъявляет особые требования при разработке практически всех его узлов. При этом важное значение придается безопасности движения, надежности и прочности конструкций.

Безопасность движения обеспечивается, в первую очередь, тормозными средствами ЭПС, требования к которым изложены в разделе 2, Все ТА 1-го поколения оборудованы следующими видами тормозов: электрическим (реостатным), пневматическими (поездным и вспомогательным), ЭМРТ и ручными. Схема реостатного тормоза во многом эа-

44

Таблица 3

сснсгные параметры тяговых агрегатов

I ^.Тяго^ые^агрегаты Х~И°—ПРкаления______

: " ПЭ2£'~ илэг" илЁ1А 1В2У 'г "оюТам

Р;л тока ^апрякение.З СЭСТ&БНОСТЬ осевая формула

пост. перем.І перем. пост.1 перем.

3000 10000 ЮОоО 3000 10000

ЭУ+2ЫЗ ЭУ+2М8 ЭУ+ЦЦ+ЫЗ ЭУ+2Ш ^У+ВД+МВ

____ Тяговые аг2егаты_2^го поколения.

иПЭ1Б “оГО1в‘" ПЭЗТ” Т иГВзГ

сцепкая масса, т о58 368 372 362 ! 368

Сила тяги при трогании. . _ ' _

КП 1060 1180 : 1180 1200 1270

Расчетный режим:

милость, кВт 6140 6780 6780 7000 7580

сипа тяги, кН 8Ї2 961 961 871 1070

скорость, км/ч 27,2 25,4 25,4 29 25,6

Часовой режим: мощность, кВт | ' 5460 5325 ! 5325 6340 6180

сила тяги,кН 681 650 650 739 734

скорость,км/ч 28,9 29,5 і 29,5 30,3 29,8

Режии реостатного тор-иожения. мощность,кВт 4560 5000 і 5000 | 4560 І 5000

Максимальная тормозная сила, кН 710 900 1 900 1 І 710 , 900

скорость, ки/ч 18,5 20 і 20 1 18,5 | 20

Автономный ражих: модность, кВт ■ . і поз і - ! ПОЗ

сила тяги, кН - - і 196 1 і 196

перем. перемен. пост. перемен.

ЇОООО ' 10000 3000 10000

)У+МД+ЬВ ЭУ+МД+.’-Б ЭУ+ЬЙ*-МВ ЭУ+Ш+ВД4-ЫВ

3(2о-2о> 3(2о-2о)! 3(2о-2о^ 4(2о-2о)

372 372 ! 372 448

1310 1310 ІЗІО 1580

7580 7580 ' 7580 9670

1070 1070 1070- 1245

25,6 25,6 25,6 28 І

6180 6180 6340 1 і 8240

734 739 739 і 878

29.8 29,8 30,3 ! 29,8

5000 5иОО 5000 ! 6000

900 > 900 900 І 1107

20 ■ 20 20 і 20

1471 1471 1471 ; поз

251 251 251 ; 196

Продолжение таблицы 3

основные параметры !_ ________

тяговый агрегатов , Ш2М ■ иПЭ2 Г 0ПЭ1Д ^ ГО2У -Т иГО1АМ

скорость,км/ч

Тяговые агрегаты 2-го поколения ’\ШШ~ !иГО1В гозт” Г иГОЗА

- 15 - 15 15 15 ; 15 15

■ '1 383 { - | 383 870 ' 670 | 870 383

! 70,4- ! ] 1 70,4 124,9 144,2 154,7 ',496,6 ! 392,6 998

Сила тяги при трогании, ;

КН . ' ; -

Экономический эффект, тыс.руб. . | 60,7

Примечания: I. ЭУ - электровоз управления, ЦЦ-моторная дизельная секция", МВ - моторный вагон-самос: ал (думпкьр), ЬЬ - моторный бустер, МЭ - моторная электровозная секция, л. 2. Все тяговые агрегаты второго поколения имеют исполнение без источника автомного пита-

ния, а вместо дизельной секции устанавливается моторный думпкар ( или моторный

бустер). 1

висит от принятой схемы ЭПС 8 режиме тяги. Поэтому на ТА типа ГО2М, ииешии попарно последовательное соединение ВД.в режиме тяги и ступекчагое регулирование напряжения при помощи резисторов, в режиме реостатного торможения применена мостовая схема с самовозбуждением ТД. На ТА типов 0ГО2 и 0ПЭ1Л, имеющих параллельное сое-, динение ТД и плавное регулирование напряжения, применено независимое возбужденна ТД, якоря которых включены на индивидуальные нерегулируемые резистори, а обмотки возбуждения соединены последовательно и питаются от регулируемого источника напряжения. При такой схеме реостатного тормоза достигается выравнивание тормозных усилий отдельных колесных пар, а индивидуальное включение якорей на свой резистор исключает развитие юза. Все ТА 1-го поколения имеют возможность в аварийных случаях (например, при снятии напряжения в контактной сети и необходимости спуска поезда по траншее) перейти на схему реостатного торможения с самовозбуждением, когда в качестве источника напряжения для питания обмоток позбуждения становится один из ТД, работающий в генераторном режиме.

При ,ррэработ”е схемы пневматического поездного тормоза основное внимание было уделено повішенню его быстродействия с целью сокраиенм длины тормозного пути. Параметри пневматического вспомогательного тормоза ТА определены из услозкя «держания груженого поезда (после его остановки) на тразшее. Поэтому он отрегулирован на максимальное давление в тормозные цилиндрах 0,49 Ша. Для повышения эффективности тормозной система тележк” ТА имеет рычажную передачу с двухсторонним нажатием колодок /~29 _/. Ручные тормоза ТА также обеспечивают удержание груженого поезда на транпое. С этой целью они установлены не только на электровозу управления, но и на дизельной секции л моторном думпкаре /”з2_7 . При это^ все оси тягового агрегата является тормозными. Для надежной работы ТА на крутых уклонах (1р~6(У;{.о), а также на участках капьерных путей с

большими неровностями в профиле и плане, разработана и внедрена новая конструкция-привода ЭЫРт[з1], действующего при экстренном торможении совместно с пневматическим поездным тормозом. С целью повышения безопасности движения ТА оборудованы устройством [зо] для автоматического приведения в действие пневматического тормоза е случае отказа реостатного тормоза. Таким образом, отечественные тйговые агрегаты является самыми тормозовооруженными типами ЭПС.

Безопасность движения карьерных поездов обеспечивается не только тормозными средствами ЭПС, но и его архитектоникой. В условиях работы на карьерах локомотив вместе с приценными думпкарами ООставляет единый локомотивосостав, который обращается по замкнутому циклу без отцепки локомотива. Эта специфика работы предъявляет к ЭПС требование обеспечения хорошей видимости из кабины машиниста как при расположении ЭПС в голове, так и в хвосте поезда. При этом переход с одного поста управления на другой при изменении направления движения должен производиться в минимально возможные сроки. Эти требования полностью выполнены на ТА типов Ш2М, 0ИЭ2 и 0ГО1А [44 , 45] , электровозы управления которых имеют будочную форму с одной кабиной машиниста, смещенной в сторону переднего отсека. Высота отсеков электровоза управления, дизельной секции и моторного думпкара соответствуют высоте груженых прицепных думпкаров, что обеспечивает круговой обзор из кабины машиниста. Для обес печения видимости из кабины вдоль состава при движении думпкарами вперед кабина электровоза управления имеет два поста управления и выполнена по габариту Т, а отсеки, дизельная секция, моторный и прицепные думпкары - по габариту 1Т.

Принятая рациональная архитектоника агрегатов определила компоновку оборудования на каждой тяговой епинице. Все высоковольтное пуско-регулируюшее оборудование и аппаратура установлены в высоковольтных камерах отсеков электровоза управления, имеющих систему ' 43

блокирования, обеспечивающую зашиту обслуживающего персонала от поражения электрическим током [зб]. Вспомогательное оборудование размещено в неблокируемых машинных помещениях. Компоновке оборудования дизельных секций аналогична маневровым тепловозам с электрической передачей, но обслуживание всего оборудования производится из проходов в кузове вагонного типа. Дизельная секция но имеет кабины, а управление тяговым агрегатом, в том числе дизель-генераторной установкой, и поездом в автономном режиме осуществляется из кабины машиниста электровоза управления. На моторн"х думпкарах размешаются вентиляторы тяговых двигателей (в специальных ограждениях) и система разгрузки думпкара, а на думпкарах ТА типов 0ПЭ2 и 0ГОІА в отражениях дополнительно устанавливаются реверсивные и тормозные переключатели.

■ Во время работы ТА на передвикнкх путях, где устанавливается временная контактная сеть, затруднен нормальный токосъем и

обычные токоприемные устройства (по типу токоприемников для контактних сетей с центральной подвеской) не обеспечивают • надежную работу. .Поэтому на всех ТА устанавливаются специальные боковые токоприемники [зз, 34], обеспечивающие токосъем при больших неровностях контактного провода и возвращавшиеся в рабочее положение при ударах о препятствия (изоляторы, боковые опоры и т.п.). Для улучшения видим -сти из кабины они устанавливаются на ее крыле и имеют слохнуа кинематику движения токоприёмного устройства [•'&] ш т.к. высота подвески бокозого контактного провода ниже уровня крьии кабины.

Сход колесных пар и даже телеяек с рельсов в .условиях карьерного транспорта является общинным явлением. Поэтому все элемента якипагной части тягових единиц агрегатов рассчитанкц на такой рч-«им работы, а тележки имеют предохракител'-ние брусья. Все ТА о?о-рудг'гтны так»е устройством для автоматического приведения в дейаї ■ ,::і!-.т-:аг;іческ'г!х тор\-сзси пр’4 схсдв с рельсоз любой колесной

/Л)

пары агрегата иди состава [зо].

Описание конструкции ТА 1-го поколения подробно иэлюже.ч» в книге [4], а методики расчета и теоретические основы проектирования основных узлов приведены в учебнике £ 2 ^ и 42 отчетах по НЖЖР.

Проведенный комплекс испытаний и многолетний опыт оксглуата-иии ТА 1-го поколения на различных карьерах подтвердили правильность выбора их параметров, а также конструктивных решений как ТА в целом, так и его основных узлов. Однако в процессе эксплуатации была выявлена недостаточная надежность и долговечность отдельных узлов. Поэтому возникла необходимость проведения их модернизации.

Ь результате выполненного комплекса гЫР и ОНР вместо ТА типа ПЭ2а! освоено производство ТА типа ПЭ2У, а ТА типов 0ГО2 и 0ПЭ1А заменены ТА типа 0ПЭ1АМ, который имеет два исполнения: ЭУ+ЧЦ+МЗ и ЭУ+2Ш4. На модернизированных ТА установлены более надежные и ремонтопригодные ТД типа НЬ-эИМ, а также созданный на базе изобретения автора ^4^ моторный думпкар повышенной прочности и долговечности. Одновременно с этим был внедрен ряд усовершенствований электрической схемы, экипажной части и других узлов ТА с целью повышения тяговых свойств, снижения затрат на ремонт и обслуживание ТА. с! результате модернизации ТА постоянного и переменного тока были увеличены их сила тяги и мощность соответственно на 7-11$ и на 14%,а наработка на отказ выросла почти в 1,о ;аза. Основные параметры ТА тииов ПЭ2У и ОГШАМ приведены в таблице 3.

Накопленный опыт эксплуатации ТА 1-го поколения,проведенные теоретические и экспериментальные исследования, а также разработанные с участием автора ноьые схемные и конструктивные решения £зо, 39, 42 ^ позволили создать опытные образны более элективных ТА 2-го поколения типов 0ПЭ1Ь,ПЭЗТ 'А приступить к разработке новых ТА типов 0ПЭ1й и ОПЭЗА.исе ТА 2-го поколения переменного (ЭШ1ь,

0ПЭ1й,0ПЭЗА1 и постоянного (1:ЭЗ'Г тока имеют параллельное соединило

ние ТД. Это стало возможным благодаря применению на ТА типа 1ШГ многофазного регулятора напряжения [ 35_7, внедрение которого позволило уравнять тяговые и тормозные свойства ЭПС постоянного и переменного тока.

ТА переменного тока типов 0ПЭ1Б, 0ЕЭ1В и ОЛЭЗА будут иметь плавное регулирование в пределах четырех зон и бесконтактный переход между зонами регулирования. Их электрическая схема выполнена по типу магистрального электровоза ВЛ85. Электрическая схема преобразователя ТА типа ПЭЗТ приведена на рис. 12, а принцип ее работы изложен в учебнике/^ и книге N ■

Методика расчета многофазного тиристорно-импульсного частотного регулятора напряжения с магнитосвязанными дросселями {35], разработанная с участием автора, существенно отличается от известных методов расчета регуляторов, в которых каждая фаза имеет индивидуальный сглаживающий дроссель.

При работе нескольких попарно связанных фаз на общую нагрузку кроме магнитной связи сглаживающих дросселей необходимо также учитывать потенциальную связь между всеми фазами. Мгновенные значения токов фаз 6-ти фазного регулятора при работе на общую нагрузку связаны следующей системой уравнений: '

(Iи'~Е'

где и.1 ..Мб - мгновенные значения напряжений, прикладываемых ' к нагрузке фаз регулятора; Е - противоэ.д.сТД;

соответственно индуктивность катушки сглаживающего дросселя и нагрузки; М - взаимная индуктивность катушек сглаживгю-

тего дросселя.

При приложении напряжения Иг к 1-ой фазе регулятора значения производных токов ( могут быть определены в результате

решения системы уравнений (45) с помощью определителей, а значения токов фаз для различных режимов работы регулятора находятся по методу конечных приращений.

Приращение тока активной 1-ой фазы равно

д і - Т' ЇШ^ - £) т - 1 к іікВл і»кб.г/ > _ _/

где 1е - время потребления энергии из контактной сети (/е-ТфС/Ш,

а Тер-1^- период работы фазы).

Приращение тока магнитосвязанной фазы

* Т - Г (и<* Е ил \

~г е ' /,*«.> імі.г І* М/ •

Прирадание тока остальных фаз, связанных потенциально с активной фазой, составит

ДI =дТ =дГ = Г = 7^(-Щ-Г - Г—)

3. ї 6 \ £,жіі ізкВ.г/' '

Эквивалентные игдукт івности Сжб і, Ьзкв.г О 1.ікВ 3 определяются следующими соотношениями:

I - и*м)[(і-м+2і»)(і.-м+ин)-8ігн]

и-м*40(і*ьуи\ ■'

І~М

г * = (^+ МЇЇІЇ2и)(і-М+41»)-д1.гн

*5~ ' іи(г*Ц-и-м+гЦін '

, ■ 52 . • .

а среднее эи&данае приращения тока нагрузки 'будет равнр

л 1ю=Ь*$з[,'^Л<^*""'АГгп-»)*|дЦй]'

Напряжение та нагрузке при работе 7/1- Ш фазы л общем ^случае (ог^рвделяевол в результате решения системы •уравнений в виде

ЫФ^+Мт-Ш

'^Ж ******

(45)

Не. + 11п = и а

где Ц. (і - •входное напряжение на регуялторе; 1/л, іп - мгновенные значения напряжения и тока включенной фазы; £т - ток тиристора,; (С# - .коммутирующая емкость; Цс - напряжение на конденсаторе.. Максимальное (Напряжение на нагрузке равно

.. п/ * ШізкВ.г * ЕІ..К

Цітах= Іі}п6.і ------------77------,-----у ышл

игкВ. 2 [ +£.зкб.іу

гдэ Lк - индуктивность коммутирующего контура .и Иш - напряжена^ на нагрузке в конце интервала замещения тока обратного диода током тиристора. у

Цн1 - ш (і~ СОВ&Ук С)и ОУк Ьп — 0.7£ ВІЛ. Ц(т[СцС£Гк • Здесь 1<> - начальное значение тока дросселя и ОУ - угловая

частота контура коммутации

Оу - 4 і / <-ки.кіцкВ.1

-її і Єк1,К

' І L К + LsK.il

Напряжение на ТД при активной ї-ой фазе определяется из

уравнения ш = Цг _ Шр = Ці -1-&1 +М^~

а его среднее значение приближенно может бить определено по изве-

стной зависимости_____/

Уа=/У,[ ^

~н]ГСк\. Скіг,/1 і»4<

Л+агсзіпщ-^- Тм {"\" Шсу

Рассчитанная изложенным методом внешняя характеристика ТА типа ГОЗТ приведена на рис. 13. Система управления регулятором

53

обеспечивает плавное изменение напряжения на ТД во всем диапазоне нагрузок и его ограничение до установленных пределов при снижении нагрузки ниже расчетной.

Кроме плавного регулирования напряжения на ТД и юс параллельного соединения, все ТА 2-го поколения будут оборудованы системой электрического выравнивания нагрузок по сцеплению, что позволит получить =1 и дополнительно увеличить на 10-12% реализуемые коэффициенты 'сцепления.

Существенным недостатком ТА 1-го поколения является интенсивный износ бандажей колесных пар, т.к. карьерные пути имеют большое количество кривых малого радиуса. С целью снижения износа баццажей и рельсов на ТА 2-го поколения будет установлено устройство принудительного поворота тележек Н в кривых, разработанное с участием ав.ора.

Для создания комфортных условий работы локомотивных бригад кабины машиниста всех ТА будут оборудованы системой кондиционирования воздуха. Питание кондиционеров, цепей управления и заряда аккумуляторной батареи будет осуществляться от специальных тиристорных преобразователей.

В процессе создания ТА 2-го поколения большое внимание уделяется компоновке оборудования и электричзского монтажа с целью сокращения затрат времени на их обслуживание и ремонт. Значительно будут улучшены также интерьер кабины машиниста и общий вид ТА.

Внедрение тиристорного регулирования в режимах тяги и реостатного торможения, а также новой схемы быстродействующего электро-пневматического тормоза обеспечит надежную работу ТА 2-го поколения на выездных траншеях с уклонами до 30%о, что позволит успешно решить проблему транспортирования горной массы из карьеров глубиной до 350 м.

Основные параметры ТА 2-го поколения приведены в таблице 3, а

54

предполагаемый годовой экономический эффект от их внедрения составит (на единицу, тыс.руб.): 0ГО1Б -154,7; ЮЗТ - 392,6; ОГОЮ^Эб,^; 0ПЗЗА-99Ц.

В создании, проведении испытаний и внедрении в эксплуатацию ТА большую помощь Днепропетровским электровозостроителям оказали Новочеркасснш электровозостроители, ученые ВЭлНИИ, ДИИТа, РИШТа, МДОТа, ЛИШ£Та и многих других организаций. Разработанный специалистами ВЭлНИИ под руководством В.Г. Щербакова ТД типа Ш-51Ш по своим патметрам и надежности удовлетворяет требованиям эксплуатации не только в настоящее время (на агрегатах. ПЭ2У и 0ГО1АЫ), но и на перспективу (на агрегатах 2-го поколения^. Большой комплекс прочностных и динамических испытаний ТА проведен лабораторией "Динамика и прочность" ДИИТа под рукопдством профессора

Е.П.Блохина. Многие рекомендации ученых ДИИТа И.Д.Барбаса, В.Н.Захарова, У.Е.Итина и других внедрены в серийное производство.

Все тормозные испытания ТА проводились с участием ученых РИШТа

под руководством Л.В.Балона, внесшего большой вклад в соверпенство-

вание тормозных систем агрегатов. Улучшению динамических качеств

ТА способствовали работы профессора ДГИ С.Е.Блохина и И.В.Дановича.

Большой вклад в создание ТА внес доцент ДИИТа В.Н.Безрученко, под

руководством которого разработан ТД типа ДГ9 и выполнены-проектные

работы ТА типа ПЭ2. Отработка методики расчета преобразователя для

ТА типа ПЭЗТ осуществлялось под руководством профессоров

В.И.Некрасова и В.А.Плакса. Успешное внедрение ТА в эксплуатацию,

доводка их конструкции и освоение серийного производства были бы

невозможны без всесторонней помощи и содействия специалистов

горнодобывающих отраслей промышленности под общим р/ководством

А.С.Хпружего. Большой вклад в создание ТА внесли специалисты

Ш> ДЭ:33 М.Л.Ьичуч, Л.Ф.толобоы, Е.А.Москвичев, й.Н.Сависько,

Л.Со|ерои<'киЯ и др.

9. ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КАРЬЕРгШ ЭЛЕКТРОПОЕЗД

Эффективное применение электрической тяги на карьерах глубиной до £>00-700 и возможно только при условии создания такого типа ЭПС, который йог бы надежно работать на выездных траншеях с уклонами 140-160%о при сохранении оптимальной весовой нормы поезда для рационального использования горного и транспортного оборудования.

Для работы на карьерах такой глубины автором совместно с М.Г.Потаповым и Л.Ф.Колобовым предложено использовать принципиально новый тип ЭПС - карьерный электропоезд (ЭМ), включающий в себя локомотив управления (ЛУ) и моторные думпкары (МБ). В зависимости от горнотехнических условий и параметров карьеров в качестве ЛУ в составе ЭКА (см.рис. 14,а) могут применяться тепловоз (ТУ) или электровоз (ЭУ^. '

но условиям вывозки горной мае ы из карьера ЭКА могут выпускаться в двух исполнениях. Если вывозка горной массы осуществляется по капитальным траншеям, то ЛУ выполняется по габариту Т (рис.14,б> аналогично ТА. При вывозке горной массы по наклонным тоннелям ЛУ целесообразно выполнять с торцевой кабиной машиниста (рис.14,в1 по габариту ОТ для уменьшения сечения тоннелей с целью использования существующей проходческой техники.

Асинхронные тяговые двигатели (АД! и тележки любой модификации ЛУ и всех Ш полностью унифицированы. Мощность ДА и количество «Ь выбираются из расчета, чтобы ЭКА на максимальном подъеме ( Сртах= =160%о) обеспечил движение по траншее со скоростью км/ч поезда оптимальной грузоподъемности. Рассредоточение силы тяги по длине поезда снимает ограничение г.о сцеплению, поэтому даже на подъеме 160%о достаточно реализовать коэффициент сцепления 0,2. При этом максимальная мощность АД, реализуемая ео время движения по траншее, составит 367 кВт.

Бее тяговые единицы ЭКА гтеет осевую формулу (2о-2о> и при 56

движении по выездной траншее из карьера должна реализовать следующие параметры при номинальном напряжении в трехфазной контактной сети: мощность - 1640 кВт, силу тяги - 23а кг1, скорость - 2э км/ч.

Сцепная масса каждой тяговой единицы ЭгСА составит 120т.

Требуемая мощность преобразователя ЛУ для обеспечения работы ЭМ на передвижных путях в забое и ка отвале, а также при движении на поверхности, определяется по формулам, приведенным в табл.1. Проведенными расчетами установлено, что максимальная мощность преобразователя составляет 2200 кВт. На большинстве участков цикла работы ЭКА требуемая мощность ЛУ составляет 1200-1600 кВт. Поэтому для ведения поезда достаточно мощности ЛУ. При движении поезда на лимитирующих участках (разгон перед траншеей до подсикхронной частоты вращения АД, преодоление подъема перед въездом на отвал), когда сила тяги ЛУ недостаточна, к преобразователи ЛУ может дополнительно подключаться МВ.

Пуско-регулируюшее оборудование и аппаратура располагаются на ЛУ. На МВ устанавливаются мотор-эентилятсрц для обдува АД и линейные контакторы для их включения или отключения. Устройство автоматического управления ЭКА^Зи] также разметено на ЛУ. На МВ смонтированы только датчики, включающие (при въезде на транлею) или отключающие (при выезде на поверхность) линейные контакторы АД.

Есэ тележки ЭгСА оборудуются ЭМРГ (один бсимак на каждую ось), который совместно с пневматическим тормозом должен обеспечить экстренную остановку поезда на максимальном уклоне траншеи при длине тор-

о

•лозного пути От =300 м. При помощи ЭМРТ осуществляется также удержание груженого поезда после его остановки на траншее.

При движении ЭМ по транжее АД всех тягоб'нх единиц получают питание непосредственно от трех.^азноЯ контактной сети (дгш контактных провода и рельсы', что снимает ограничение по предельной мощности. передаваемой пп контактней сет.- при номинальном нагряжении

6-Ю кВ.

Работа ЭКА по технологическому циклу осуществляется следующим образом. На участке пути Є/ (см.рис. 15) после погрузки в забое и выезда состава из-под экскаватора включается система автоматического пуска и мощность ЛУ увеличивается от значения Л/3 ,ді. статочного для перемещения поезда по путям в забое, до значения N0 , необходимого для его разгона до подсинхронной частоты вращения АД МВ. На участке при проходе ЭКА над путевым датчиком поочередно включаются АД. По мере входа ЭКА на участок £з траншеи с подъемом Ср сопротивление движению поезда возрастает, вызывая рост силы тяги и мощности АД (до величины Ир ). Далее на участке траншеи движение осуществляется при постоянной скорости (Цр) и мощности ( Ыр). При выходе ЭКА на поверхность после прохода над вторым путевым датчиком, установленном в конце траншеи, АД МВ поочередно отключаются (участок ^5 ). На всех участках пути ^ , расположенных на поверхности, работают АД ЛУ, которые получают питание через преобразователь от дизель-генератора или от однофазной контактной сети и реализуют мощность М. Движение ЭКА в обратном направлении осуществляется в обратной последовательности. При спуске ЭКА вниз по траншее все АД автоматически переходят в генераторный режим, рекуперируя электроэнергию в контактную сеть.

В зависимости от конкретне1*, величины оптимального уклона траншеи число М3 ЭКА может изменяться от I до 12 без переоборудования ЛУ, а в состав поезда допо-нительно устанавливаться немоторные (прицепные) думпкары. Такая простота изменения количественного соотношения моторных и прицепных думпкаров в поезде значительно расширяет диапазон эффективного применения ЭКА. Оптимальные соотношения числа моторных и прицепных ( Гід ' думпкаров в зависимости от па-

раметров рабочей зоны карьера могут быть определены на основании

технико-экономических исследований по методике, изложенной в раз' 58 '

делах 1,5 и 7 для ТА. При этой грузоподъемность поезда (/71Пн) зависит от соотношения Пма и Пд и определяется по формуле

— /72 г,д Книд ГЪ^д^ГПдКнО Пд , (45)

где ГПнд, ,КНпд,Кнд~ соответственно массы брутто н коэффициенты

нетчо моторных и прицепных думпкаров. Масса груженого поезда (Щпг) при движении по транпее определяется обшей силой тяги ЛУ и МВ

ГПпг = ЮМЩ Ю-тд(

Ср+ОУ* '

Вместе с тем П1пг ~ ПГ1"д (^-пд + 0 * П-д .

На основании (45) - (47) количество моторных и прицепных думпкаров, а также их соотнесения (= П3/п,„д> определяются по формулам

/7 а-тпнЬ-т„аКнд( 1000$---------------- /4б)

т„д[то%к]д-1р(Кнэ-К„„д)] '

Пл = (и1™ +т*аКн*а)(1000Ч>о-1р) /,д\

, ГПд[ЮООФрКпд ~ Ьр(Кнд ~ Кннд)] '

(1Я - т„а(тп* + П1маКнна)(ЮООУр ~ 1р) (50)

и> гпз [Шпн 1р-тПдКнд(1000% - Ср)] а весовая норма поезда (Шпг) и его коэффициент нотто ( Лил) равны

тпг- 1000Ур(т-пп + тпаКнмд!-------- , , /5/)

1000Ч)РК„а-1Р(Кнд-КнМэ) }

д* _ тПц[ЮОО%К«д--1Р(Кнд~Кнпд)] (52)

т ~ №0%(тп» + т„а К„„д) ■ ( '

Зависимость параметров ЭКА (выражен;и 48-52) ог величины уклона 1р траншеи показана ка рисЛб, из которого следует, что ГГЬпг изменяется незначительно с ростомгСр и зависит от величины ГП-пн, а Кт остается практически постоянным все зсеи диапазоне изменения Ср и ГПпи, что обеспечивает возмогшость выбора оптимальней грузоподъемности поезда при лябом значении Ср.

Удельные приведенные затраты па приобретение и эксплуатацию

59

/ » ,

ЭКА и прицепных думпкаров ( Нэп”'. экскаваторного парка ( ',

на строительство и содержание системы выездных траншей из карьера ( Ет ' определяются аналогично ТА из выражений

п-^Ц- 1(Алу+ЬпдП^(Ен->езп)+КдПдтд(1-Кнд)*-- ■

I ПиэпПЪм^ .

•••к(£н+еа)',-Сз','Збр]’, (53)

(54)

''' + КперЬу(Нж~Нт^(щ^ + б7н1+1!1тр(Нх-И71^](Ен+ • "

••* + 2КтпКт[Нт1>+ Кпер(Нж~Н^](£ц * Стп)} . (55)

Здесь tp - время полного рейса ЭКА, которое равно tp-toк*tnt где toк - среднее время оборота поезда в карьере

■Ь _ ЛтНж , д + £лЧ+ £мдПнЯ+£о ПВ _[ КЮОГПп^!4'^)]//> • СрТГр Шпн 0.5 Щ ПоУрПпэ-тлгу

£лу, £пд, £д - длина соответственно ЛУ, Ш и прицепного думпкаров; По - количество осей Ш; £п - время работы ЭКА на поверхности, которое равно /1 р \

^2/ч»+ ■

Энергетические затраты на тягу поездов с применением ЭЛ (£"з' зависят от параметров карьера и типа ЛУ. Расход анергии (кБт.ч' на траншее с учетом рекуперации 1ри движении порожнего поезда вниз равен Лэт= 278\л/аМк'/0, а на поверхности -

. у4эл = 276 1д/д (2/Кип-1)(Ьп+£пп)(I э * ьГср)■ 10'6}

где и ТлУср- эквивалентный уклон и среднее удельное сопротивление движению по поверхности. Если в качестве ЛУ применяется

60 ■

электровоз, то энергетические затраты на транспортирование горной массы будут равны Сзу~С3 Клд(<4эт+^?л).Прн использовании в качестве ЛУ тепловоза обшиа энергетические затраты составят£т</~ £э^этКал+

* СдтРдт Аэп , где Сдт - стоимость I тонны дизельного топлива, а Рат - его удельный расход на I кВт-ч.

Оценка влияния основных параметров ЭКА (Щпн), экскаваторов ( 3 } и карьера ( Мх, 1->п, (. р 'на удельные приведенные затраты по ГГСК ( 20 ) производится совместным решением уравнений (оЗ)-(55) в следующем диапазоне изменения указанных параметров

ян =Ю00-1600т, 3-800-2000^ 1Р^0-1би%,№00~700ф5-20кп (56)

Используя метод, изложенный в разделе о, получены зависимости

2,=/(/71пн, 3, 1.р,Ни,1.п)' которые представлены^на рис. 17. Из их анализа следует,что в диапазоне (56) функция 20 (ь) имеет явно выраженный ышшмуи, а зависимость Ео(тпн) - слабо выраженный минимум. Последнее обстоятельство позволяет производить выбор /77„„но условиям производительного использования экскаваторов и размещения поезда на приемо-отпраэочных путях станций. Таким образом, а случае применения на карьерах ЭКА задача оптимизации сводится к

. /

определению величины уклона траншеи (Ср) для Но/тол и соответствующего ему соотнесения количества моторных ( Лмй ^ и прицепных ( Пд ' думпкаров в поезде для заданных значений Нж, 1~п, Э, ГПпп. Проведенные исследования показали, что для карьеров глубиной до 300 м целесообразны относительно небольшие уклоны траншей ( =40-60^0) и ГПпн =1600-1300 т. карьерах, где > ЗоО м,

гп!п достигается при больших величинах уклонов транией ( Ср =ЬО-1бОЙо). Даха при максимальной глубине Иж=Ю0гл, которой соотнетстаус-т уклон траншеи 1и0?о, грузолодъенг-'сть поезда может составлять 1040 ", чго больше грузоподъемности поепдса, ведомых тиголычи агрегатами на уклоне ьО£о. Благодаря ьо:ч.тноо.ти ил-уснения а широкой диапазоне количества моторных и приг.егнкх думпки-

(Н

'ров в поезде в зависимости от величинЩп» и Ср на карьерах с раз-' личными значениями Нж и /, л, обеспечиваются достаточно низкие уд ель -

-у»

ные приведенные затраты Со и особенно значительно их снижение (в сравнении с тяговыми агрегатами^ в диапазона Нм =300-700 м.

Но и на карьерах меньшей глубины затраты гтл для ЭКА ии’-е; чем для ТА.

в процессе создания наиболее сложной задачей является разработка тягового привода его ЛУ, состоящего из электрического преобразователя, обеспечивающего питание АД и двух двухосных тележек с опорно-осевым подвешиванием АД Для исследования электромеханических процессов в тяговом приводе ЛУ необходимо совместно интегрировать системы дифференциальных уравнений механической и электрической части привода. •

Дифференциальные уравнения, описываоиио движение и взаимодействие тел механической части привода (рис. 16), имеют следующий

ВИД' сЬст1-^г[2.Рии(2зк+ 2ы)~ Тэп~31 £д])

(Ли ~ ^ (ТрШ1 — /*« 1

0&К1 = ^*кп 2зк -/■К1 Чш),

- ОУст1 £ д , ф =ОУы - а

114411 С'

1а

Ълк

(51)

а?*

%«м = *Л«|^ -0У-сТ,(и£

Сд~ст2. = (?ш + 7!зк)~ Тзмг * Зг'Ед

~ Три*) ,

" Зр

К2

ОЭ'н.г — '^1(П ^ ^шл ^■зк ~ Ркг і 2г = ~ОУс.тг£д ,

^ргиг ~ 0Ур2 “ сСГ'И )

*/««* - 1+

■7*Г- ^ ^~к« * 4 кг ~ гппг а (ъУь + і- п)

__1 і гппг(1 + %)

где ДгТ,0УсТ,Зр, ОУр, ЗзкПІСіУкІЗш)(*Хг Иьменты инерции и угловые скорости соответственно статора, ротора, зубчатого колеса с половиной колесной пары и шестерни зубчатой передачи; 1ш, 2зк - радиусы начальных окружностей шестерни и зубчатого колеса, Тэм - электромаг-

нитный момент АД ; Трш - механический момент эквивалентного соединения ротора -шестерни; /*и -сила взаимодействия между зубьями вестерни и зубчатого колеса; ^ - относительный угол закручивания в эквивалентном соединении двух тел;2, 5 - вертикальное перемещение и усилия в узлах опирания АД на раму тележки; {д - база АД ;

Рк - сила тяги одного колеса, разная Здесь

-коэффициент сцепления в контакте колесо-рельс, зависящий от относительного проскальзывания (£к).

Момент в эквивалентном соединении ротор-шестерня определяется

по чормуле -Т- - ІҐ Ц) . а ф

I рш — /\рш у риі + /дрш у рш I

где Кр« - жесткость эквивалентного соединения,- коэффициент

вязкого трения, характеризующий рассеивание энергии в эквивалентном соединении.

цесс изменения электрических параметров в АД, в качестве источника их питания принят автономный инвертор тока (АИТ1 с отсекашими диодами и коммутирующими конденсаторами (рис. 19.а), разработанный группой ученых МШГа под руководством профессора Ю.М.Инькова. Уравнения, описывающие изменения электрических процессов в АД в режиме тяги , имеют следующий вид: '

где Щ, Ш - приведенные потокосцепления обмоток ротора;

* > I * ■

активное сопротивление обмоток ротора; 6_)г - угловая скорость

ные по отношению к обмоткам статора, для которых токи роторных

Здбсь - токи статорных обмоток, которые формируется трехЗ'аз-

ным автономным инвертором тока.

При исследовании электромеханических процессов в тяговом приводе в случае коротких замыканий в цепях питания статорных обмоток дифференциальные уравнения (6а> дополняются следующими уравнениями:

* (**)

вращения ротора; р - число пар полюсов; % - оси, нег.одвиж-

обмоток

релиме тяги определяются по формулам

4*t s - Ut~Riskis * j (f?2 Izs + R31 ss\ V^25 ~ Ul-Rzslts (Rths +Кз 1 3s) } 4*3S ~ U3~ R3$l3S + ~j)(RtllS + Rzl2s) .

Приведенные потокосцепления статорных обмоток определяются из выражений ,_____ ^

- Lishs~~3 LzllS~~3 1~з1з9+ Lml*, = Lzsizs~ У L1I1S-J Ls'lss * LmljS,

= L3SI3S-J Lilis~£ Lzlzs + lmlr.

Здесь Ris - активное сопротивление, индуктивность и ток

обмоток статора; Ri, U - дополнительные активные сопротивления и индуктивности в цепях обмоток статора; UL - напряжения питания статорных обмоток (Ui =0 при коротких замыканиях), Lm - взаимная индуктивность обмоток статора и ротора. '

Электромагнитный момент, развиваемый АД , определяется по форУ Тзм~Р~3~ Lm[hs(lX -I^yizs(b-Iyybs(lrU)].

Теоретические исследования математической модели асинхронного тягового привода, описываемой уравнениями (57), (5В) и (59).проведенные группой ученых ДИИТа под руководством профессора Л.А.Манаи-кина с участием автора [46,48}, позволили сформулировать следующие рекомендации, которые необходимо учесть при проектировании тягового привода ЭКА: '

для уменьшения пульсаций электромагнитного момента и динамических усилий в элементах привода при пуске и разгоне следует применить шротно-импульснуп модуляцию (ШИМ) управления АИТ (puc.L*,6), обеспечиваяпуя изменение средних значений фазных токов по трапеци-

65

сдельному закону (рис. 19,в>;

для снижения динамических усилий в аварийных режимах коротких замыканий обмоток статора требуется обеспечить работу АД при частоте скольжения магнитного поля больше критической.

Вопросы энергоснабжения электрифицирование: путей картеров при использовании для тяги поездов ЭКА, а также методы расчета трехцазных тяговых сетей разработаны Е. И. Сидоренко и С.И.Черным с участием автора N. Приложенные меры для поддержания уровня напряжения в сети и зашиты от.аварийных режимов позволяют обеспечить надежную работу системы тягового энергоснабжения трехфазного тока.

Из всех вопросов, связанных с внедрением ЭКА,наименее разработанной является конструкция железнодорожных путей с уклонами до КЮ560. Однако рассредоточение силы тяги (или сил торможения) по длине поезда несколько облегчает решение вопроса удержания пути на таких уклонах.

Внедрение ЭКА на карьерном железнодорожном транспорте в перспективе позволит значительно повысить эффективность электрической тяги, особенно на глубоких карьерах, и будет способствовать дальнейшему развитию открытого способа добычи полезных ископаемых.

■ 10. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ '

1. Установлена взаимосвязь параметров всех звеньев ГТСК. Связувдим звеном между параметрами подвижного состава, погрузочного оборудования и рабочей зоны карьера является грузоподъемность поезда, которая зависит от величины уклона траншеи, тяговых

и тормозных свойств ЭЛС.

2. Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния конструкции экипажной части ЭПС, характеристик ТД,схемы их соединения и способов регулирования на тяговые и тормозные свойства ЭПС, на основании которых предложены формулы для определения расчетных значений коэффициентов сцепления, силы тяги

. 66

и тормозной силы в режиме электрического торможения.

3. На осноьании проведенных испытаний в реальных условиях эксплуатации получены 'зависимости для расчета тормозной силы карьерных поездов при совместной и раздельном торможении пневматическим тормозом и ЭМРГ, устаньйливаемом на ТА.

4. Разработана более совершенная методика определения весовой нормы (расчетной массы) поезда, учитывающая специфику работы ЭПС на ОГР. Предложены простые выражения для выполнения инженерных расчетов по определению массы поезда в зависимости от тяговых и тормозных свойств ТА.

Ь. По результатам выполненных теоретических исследований и проведенных тормозных испытаний получены формулы (21) для приближенных расчетов допустимой скорости движения груженых и порожних поездов на проверяемом спуске ( Ср ) траншеи.

6. Разработан метод расчета требуемой мощности тяговых двигателей ЭИС в зависимости от параметров рабочей зоны карьера. Получены уравнения для определения максимальной температуры перегрева

ТД и их требуемой мощности при работе ТА по замкнутому технолг ги-ческому циклу. Получены также зависимости требуемой мощности ТД от длины траншеи при постоянном и переменном профилях выездных трансей.

7. Определена требуемая мощность тормозных резисторов ЭПС в зависимости от весовой норны поезда и расчетного спуска траншеи.

Ь. Установлена взаимосвязь требуемой мощности источника автономного питания с параметрами ТА в контактном режиме работы,выездной траншеи и профилем передвижных путей. Получены зависимости скорости движения поезда и силы тяги ТА в автономно1.) режиме работы от мощности его дизель-генераторнок установки и профиля передЕИж-Н1й нсзлектри^нцированных муте.; при различных сочетаниях числа псе:; ТА к величины расчетного п^тьема траншей.

67

9. Исследовано влияние параметр-ч; и<-ч*. ^вч.чьои г'';.-нг-1;'а:к::!''р ной системы карьера на ее технико-зкочочически!': показа".«ли. Усга-новлено, что для каждого сочетания !:а{.ам-_-:'роь ”А, лосрумо 1 |0!'° оборудования и рабочей зоны карьера имеется таки; значения •.и.-ла осей ТА и величины расчетного уклона траншеи, при которых почитаются минимальные удельные приведенные затраты по Г'ГЬя ;2„-.

Эти же параметры оказывает сулестненное нг.иянио на имГ'>П( ив.чосп. роста 2о с увеличением глубины ььшозки гор-пи. массы ('ОЛ1,лнпао ■ рожным транспортом и длины транспортирования г.о поверхности.

10. Определена наиболее -жономичная скоро-. :ь движения поезда по выездной траншее из карьера, величина которой с-оотаиляог 23-2о км/ч при длине траншей от 2 до 7 ам.

11. На осноьании технико-зконочичеоккх т..-л-•п-'ч-чи.!'.' у--га а

лен рациональный ряд ТА и диапазон его •.'к- .и- ' Ч'о ..ри\‘«;и'Мня. Установлено, ЧТО четырех- И шее Г.ККНЬ"' ".ро. Г.11'Н';.:

ни при каких реальных сочетаниях парам*; :р-^ 1'Г^л. С ■,I--личечл'ч глубины вывозки горти. магсы пэ карьера и длины ос трапа орыр < -вания по поверхности увеличивается {ош^малыи*' .опчамя числа -осей ЭПС и расчетного уклона аыечано;1 трачюи. ^•'ч^чи'"'.."'-.] цел*1-сообразная глубина нывозки горно,1. млг.'ы гмг^.ч.'ми агр*ч' ^а'.’и составляет ЗОЭ-ЗоО м при уклонах траняеи ,..0--Уо.

12. 11 результате проведанных иссл-.-л'ч ч-м;1, я:-л»( .:/<■ ■; наус^

основой для проектирования карьер»*: *• ; X, '\;р«.-ел- мь -• • г:-.-. .

и их узлов, рассчитаны тяговые и торуо-.н--.- -л«•

чес кое оборудование и пкиначпи чаегь. Ьа ооно;е

принципов общей кош: 1нц.ки и ■сонстру^ги.' '-аг^ых у.'.ю,- ра р;.' " м ; уни|ицированный ряд ТА г.ос гоян.юго и р-П’-:Н.:' 1’ '

0ПЭ1А) тока первого поколения ,~'*п ..оуп чч -:/.' ••• г

которых составил Зс чан.рус.

13. На омоьании накопленного опыта эксплуатации ТА 1-го по-' колонии .і ироызпинмы?: '.‘••:і',ігант: предложены новые конструктивные реа'ыы.ч, ко гор:,'« ноэьолили существенно улучшить их конструкцию, повысить надежность и долговечность основных узлов. Экономический чр'енг ог внедрения модернизированных тяговых агрегатов ностоян-ного-(ІІЗііУі и : «ременного (ОііЗІАМі тока составил более 20 млн.руб.

14. ^ьшолненны- теоретические и экспериментальные исследова-

ния, а такує ноьі^і: схемные и компоновочные решения позволили создать опытные образцы ТА і:-го поколения (Г1ЭЗТ, ОГІЗІЬІ, оборудованные плавным тиристорным регулированием з режимах тяги и электрического торможения. На их базе разрабатываются также новые ТА типа ОПЗіі) и 0ІША. Предполагаемый экономический эц^ект от внедрения и!ішеука:іанні« тяговых агрегатов составит (на единицу, тыс.руб.): ІШ'І- 0ПЭ1Ь - і0*1,7; ОІШ іі-49о ,и; 0ПЭЗА- 99Ь. Освоение

с.ерш'ного производства и эксплуатации ГА 2-го поколения позволит усгпшчо решить проблему транспортирования горной массы из карьеров глуоиной до ЗоО м.

1о. 11а перспективу для работы на глубоких карьерах (до 600700 «' предложен новый гип ЭПС - карьерные электропоезда ЭКА с~~ч асинхронным приводом колесных пар. Определен принцип его’ работы но технологическому замкнутому циклу, разработаны принципиальная схема и компоновка ЭКА, методика расчета тягового привода и системы тягового энергоснабжения трех'іазного переменного тока.

аноьлены взаимосвязи параметров ЭлА и рабочей зоны карьера, а такте иу влияние на технико-зкономические показатели ГТСК. Прове-денш:н и-следования показали, что в случае применения на карьерах ЗґІА палата он і иуизапии сводится к определение рационального сочетания уклона три что и, количества которых и прицепных думпкаров в 1-ої- .мне цоеэда для заданных акачоний глубины карьера, длины откатки, і:рои.чнодич 1>льиос.1 и '>к-кпнатора и грузоподъемности поезда.

69

Установлено, что для карьеров глубиной до 300 м целесообразны относительно небольшие уклоны тра' ней (•lO-oO'Jol и грузоподъемность поезда IoOC-1300 т. На более глубоких карьерах (до оОО-УТО м' о|-■1ективно применение больших уклонов (оО-ЮО^о' и поездов грузоподъемностью 1300-1000 т.

Внедрение ЭКА на карьерном железнодорожном транспорте позволит значительно повысить объективность злектри <еской тяги на глубоких карьерах и б^дет способствовать дальнейшему развитию открытого способа добычи полезных ископаемых.

Основные положения диссертации опубликованы и следующих работах:

1. Ьраташ В.А,, Дриженко A.I). "Гяговые агрегаты на железнодорожной транспорте глубоких карьеров”. Москва, Недра, 19о9.

2. Везрученко В.Н., Ьраташ Ь.А., Петрович Ji.В. "Электроподвиж-

ной состав промышленного транспорта. Учебник", лиев , высшая школа, I9d2. ‘

3. БалонЛ.В., Браташ В.А. и др. "Электроподничшой состав промышленного транспорта. Справочник". Москпа, Транспорт, 19d7.

4. Браташ В.А. и др. "Электровозы и тягоные агрегаты промышленного транспорта". Москва, фанспорт, 1У/7.

о. Ьраташ В.А., Матугеьи ; С.Ь. и др. " ^экспортное и вспомогательное оборудование". Под ррдь амей Виноградова а.С., Москва, Недра, 1976.

6. Bzatash V.A and othez. „ 0ПЕ1В and РЕЗТ tzaction units foz suzface mining" Soviet technology and engineeziny digest. Zot 7,/W, /932.

7. Ьраташ B.A., долооон i. .J., Уса ,сь C..«. "ПромишленниИ электровоз управления переменного тока". Люкгроьозоскроение, т.4, 1^54,

d. Ьраташ В.п "jtiCop о-ipiuihx : арг.мг>;р-» ■ •woic.pojnn^ii для

открытых горных разработок". 1руды iwyr i”\j,

70

9. Ьраташ В.А., Колобов Л.Ф., Матусевич С.Ь. "Тяговые агрега*-ты для открытых горных разработок". Горный журнал )? 4, 1972.

10. Ьраташ Б.А., Ьезрученко В.Н. "Влияние скорости движения по руководящему подъему на мощность тягового двигателя карьерного ■электровоза". РМ ЛИНИГИ Горное дело К' о, 1974. .

11. Ьраташ В.А., Ьалон Л.В. и др. "Эффективность электромагнит ного рельсового тормоза". Промышленный транспорт № 9, 1973.

12. Браташ В.А., Ьезрученко В.Н. "Способ расчета мощности карьерных электровозов". Промышленный транспорт № 11, 1973.

13. Ьраташ В.А. и др. "Тяговые агрегаты переменного тока 0ПЭ2

и 011Э1А". Промышленный транспорт № 7, 1974. •

14. Ьраташ В.А. и др. "О повышении надежности ударно-тяговых приборов тягового агрегата ПЭ2М". Промышленный транспорт № 4,1977.

10. Ьратаи В.А. и др. "Тяговый агрегат постоянного тока с частотно-импульсной системой регулирования". Промышленный транспорт .V Ь, 197?.

16. Ьраташ В.А., Варченко В.К., Гендельман И.М. "Весовые нормы поездов глл тя.овых агрегатов". Промышленный транспорт )* Ь,

1977 г.

17. Ьраташ В.А., Ьичуч М.Л., Ьезрученко В.г1. "Особенности расчета токовых нагрузок силовых цепей современного карьерного олектроподвижного состава". Серия "Тяговое и подъемно-транспортное оборудование", выпуск 4(64'), 1У79.

1а. Ьраташ В.А., Ьезрученко В.Н. "Влияние параметров карьеров на мощность тягопых дьигателей электровозов". Горный журнал № 1, 19-/0. ’

19. Ьраташ В.А. и др. "К вопросу об определении допустимого веса поезда (г оценки тцроищ свойств локомотивов". Тезисы докладов 33-й научно-практической конференции, Брянск, 14/2,

20. Ьратаи В.А., Жплобов ^.Ф. "Перспективы развития тяговьгх

71

средств для 'железнодорожного здектри^кнкроайкного карьерного транспорта". Тезисы докладов 1У йсе^о^зной научно-технической ко.Теренции по карьерному транспорту, Свэрдлоасг, iWd.

21. Ьргяаз ii.A., колобов А.Ф. "11оьые промышленный тяговые агрегаты". Тезисы докладош У йессоюзной научно-технической ..онТеренции по карьерному транспоргу, Свердлове!:, 1Уо4.

22. Ьраташ В.А., Колобов Jl.i. "Перспективный карьерный электропоезд". Тезисы докладов У riceco-пзнои научно-технической кон.ерен-нии по карьерному транспорту, Свердловск, 1Уо4.

23. Ьраташ ii.A., Ьалон Л.Ь., Криворученко d.H. "Повышение г>;-^ективности тормозов и обеспечение безопасности движения на карьерном железнодорожном транспорте". Тезисы докладов Ьсесо‘1зного научно-производственного семинара, Кривой Рог, 1У/4.

24. Ьраташ В.Л., Колобов "Прелло'кения по внедренио

электрической тяги на металлургических и горнорудных предприятиях". Кривой Рог, 1974.

2о. Ьрагаш ii.A. "Новые типы карьерного злек;роподвикного с.ос-тава". Гезисы докладов dceco-isHoro научно-гехни .сского семинара "Техническое перевооружение горнорудных предприятии путем электрификации карьерного транспорт". Москва, 4ДНХ, 1Уоо.

2о. Ьраташ J.A. , Колосов Ji.^. "Перспективы создания специального злектроподвижного состава для глуооклх карьеров". 1езиси докладов Всесоозной научно-техни юской KoireperUMri "ьроглемы разработки глубоких карьер"^ и riy"и их решения", лривои i'or, 1Уо/.

27. Ьраташ J.A., Ьи-'уч li.Ji., /г.олобоа <i.i. "перспективы развития промышленного и маневрового ч...;к!роподаилного состава”, .'-ззисы докладов У11 всесоюзной научно-техни^еской кон.еренции "Со стояние и перспективы развития эл^к^роцочосгроения в стране". HoBovpгасск, 1991.

2d. Ьратаа ri.A. и др. '\.;о.орная геле'кка". А.с. .V

опубликованное в ЬИ У 33, i'aV/..

72

29. Ьраташ В.А. и др. "Рычажная передача тормозной системы • с двухсторонним нажатием колодок”. А.с. № 279692, опубликованное ь Ы1 » 27, 1970.

30. Ьраташ В.А. и др. "Устройство для автоматического приведения в действие пневматического тормоза при сходе колесных пар с рельсов". А.С. № ЗооОбО, опубликованное в ЬИ $ 31, 1972.

31. Ьраташ В.А. н др. "Привод тормозного башмака магнитного рельсового тормоза". Д.с. 364469, опубликованное в БИ № 5, 1973.

32. Ьраташ В.А. и др. "Привод ручного тормоза для железнодорожного подвижного состава". Л.с. № 34о163, опубликованное в

ЬИ 23, 1972.

33. Братаи В.А. и др. "Токоприемник для электрифицированного протащенного железнодорожного транспорта с боковым токосъемом".

А.с. № 402462, опубликованное в ЬИ # 42, 1973.

34. Ьраташ В.А., Денисенко В.Р. "Токоприемник промышленного электровоза для бокового токосъема". А.с. № 5оо063, опубликованное а БИ 16, 1977.

За. Ьраташ В.А., Гилевич 0.11., Колобов Л.ф. "Многофазный регуляч'ор напряжения". А.с. )? обй134, опубликованное в ЬИ № 29,1977. -

36. Ьраташ В.А. и др. "Устройство защиты обслуживающего персонала электровоза от поражения топи". А.с. № 1020272,• опубликованное в ЬИ ,1:’ 20, 19(33.

37. Ьраташ И.А. и др. "Резистор больспй мощности". А.с.'йЗбООУб, опубликованное в ЬЛ. № 16, 1979.

Зо. Ьратащ В.А., Колобов Л.Ф., Потапов М.Г. "Устройство для управления иотор-вагоншм карьерным электропоездом с асинхронными тяговиии ол^кгролвигателями". Л.с. Г 11с*;о36, опубликованное в Ы1 39, 1Уоо.

ЗУ. Ьратащ .5.А. и др. "Охлаждаемый блок преобразователя нап-{1я«с.ч'.;я". А.с. 11У2176, ону'^и.лоиаиноо в Ь.1 42, 19бо.

40. Братап Б.А. и др. "Токоприемник промышленного электровоза для бокового токосъема". А.С. № 1219424, опубликованное в ЬИ

* II, 19аб.

41. Браташ В.А., Москвичев Е.А., Пацовский *>.В. "Моторгый вагон-самосвал". А.с. Л» 1240663, опубликованное в ЬИ № 24 1986.

42. Ьраташ и.А., Ьезуглои С.А., Колосов .11.>5. "Полупроводниковый преобразователь". А.с. № 1317622, опубликованное в ЬИ 0 22, 19а7.

43. Ьраташ В.А. и др. "Устройство для уменьшения направляющих усилий набегающих колес тележек локомотива". А.с. * 1368212, опубликованное в ЬИ № 3, 1968.

44. Браташ В.А. и др. "Тяговый агрегат". Свидетельство на промышленный образец № 1380, с приоритетом от 27.09.70.

45. Браташ В.А. и др. "Агрегат тяговый с дизельной секцией". Свидетельство на промышленный образец № 7э76 с приоритетом от 07.04.75.

46. Бичуч М.Л., Бондарев А.М., Браташ В.А., Ыанаикин Л.А., Пацовсхий Ю.З. "Проблемы создания и динамики тягового привода маневрового электровоза при переходных режимах". Тезисы докладов

на П Ыеащународной научно-технической конференции "Проблемы создания подвижногг. сос.ава с асинхронными тяговыми двигателями". Москва, Информэлектро, 1990.

47. Балон Л.З., Ьраташ £).А., Елсаков Г.М. "Усовершенствование тормозной системы тягоьых агрегатов". 'Гезиси докладов У! Лсесо-з-ной научно-технической конвенции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в странг". Тбилиси, 19и/.

48. Банюлис С.В., Ьезру^енко В.Н., Ьраташ В.А. "Оптимизация параметров асинхронного тягоаого д.мигагеля как элемента системы тягового электропривода". Тезисы докладов П Неклунарпдт" научнотехнической конференции "Проблемы создания подышюго состава с

74

асинхронными тяговыми двигателями". москва, Ин^-ормзлектро, 1990.

Личный вклад, В работах, опубликованных в соаьторство лично автпру принадлежит: ь£1] - впадение, параграф 1.2-1.6 и 2.1-2.3,

3.1-3.3; а[2] -введение, главы 1-10, 20-23; в [ 3] - параграфы

2.1-2.3, 2.О-2.0; в [4] - от авторов, пьрагра]» 1.1-1.3 и титульное редактирование книги;Гэ| - раздели 2.а, 2.0, 3.1, 3.2; в [б,7,

9,13,II),20-22, 24-2б] - постановка задач, подготоикя материалов и редактирование; в £ 10,12,1^ - разработка методики, проведение расчетов и исследований; в [^11,14,16,17,19,23^ - совместная разработка концепции, анализ полученных {«яультатпв; в£2?-4о^- разработка основной идеи и способа ее реализации; в ^46-4и^ - постановка задачи и анализ получении* результатов.

Годовой .чкономический Г1 |>1«кт от личного вклада только к изобретения, внедренные в серийное производство, составляет 721> тыс.ру^.

ун.т.КПщ

і г-ж! ; y^llDlJnl !

; і ^АЧО 40%,'t

[7, - К 5Л

і 4Г \ tTr-

-SO

. . ! і і і. [ !

О 50 100 150 гоо 250 300 350 Ш

Plc : 2-?i:^ro:r,s Шины тартзчого пцїїи(Вт) скор:сти начало тзрпсжения іГнг)

HDj pCL3\U'~iН5ІЛ шонах (TOQhiilEU

in гсужЕнсг: (а) ез^оо :---5гз ;!Ч?7

си Up)

U ПОЭОжке?с /5} ЛС-

.------С ЗПРТ

Рис. 2. Зависимость Эопустипоа скорости (Изоп) эьиженил по траншее от Ьиичины и уклона (ip): Г - Зал пооожких и Л - бдя груженых поаз-Dob,---------без ЗМРТ,------СЭМРГ

1д, А1;с

Рис. 3. Нагрузки (1э) и перегреби (с) об по то к Зоз -Бцжсснил тягоЗыл обигателеи при испытаниях:

г^арь^то1а%/гатр /с%(д6игател£> ^£ш0730) т каперском ГОРе ,3) агрегата ,1Э2П(дЗига-тельДТ?,^а СарбаОскоп карьеру, г)агрегата 0П32(дйигатель М.ян) да лебеоинсксм ГОКе.

Рдч

Рас. 4. Забисимос/тиз требуемой иасобой мощности тягобозо дбигателя (Рдч ) от числа осей ЭПС(Ло), длины пути откатка (1п), эк&ибалсн/пного уклона на псберхности (1}) и /уросмбодстелезности згсксйатоаа (3).

Удч

Рис.5. Забисимость требуемой часобой мощности тогобого дбигателя (Рдч) от глубины иыбжи горной массы (Нп) и величина/ и бел и чин о/ уклона траншеи ([р ).

\,fU> %,*ty

Fa.kH

0 5 10 ts W 75 JO о з U) 73 20 25 JO

Um, %з - *~nr,< 0/°°

Рис. 6 Зависимость параметров ЭПС b абтоиомном режиме fFa, ІД) 5 iobucuпости от профиля псрсдЗихт/хпутец (inn), числа осеО ЭПС (По) и Величины уклона траншеи (ip): а] для МГУ пощностью НООкбг и б)'для ДГУ мощностью М70к5т.

Рис. 7. Зависимость уделоных приведенных x:mpj/n oq г$знотра*с• \, '■ ной системе /ифі<ера{1?) • • *. - •/;'■■паЗнечуСЛ#), думпкарчс.*:? \

мскабатср/іСі\у(2з)■'*... Ілсгдноїм лалиъ&км&ч лЛ~•»

(2‘т): а) от длины о/і і ’ ■. • nofepxnaemu(Ln),6' от пру -t.n.

телйности элс/сабо. • ";с< . ■ ’» ат уклоне ?' годн-'-^ " ■

f/pj, г} от глубины .VJk'.w горной хсссэ’-У- ‘v-r-

осей ЭПС (По ). . л

^сі- !і<<г,у

рости Ур при различных длинах траншеи (іг).

10 15 20 25 ЗО 40 Q5

50 100 150 200 250 300 350 .‘iOO 450 S00

Puc. 10. Зависимость минимальных уЗельных прибебеннм затрат по горнотранспортнои системе карьера (Zomtf оптигшьных беличин рукобобящих уклонов тран-шеи(1р) и число сцепных осгй ЭЛСсЛ») от глиби-ны быьоэки горной пассы (н*0

г^.КОП/г; Lp, LT 3 , °/>о

50 100 150 200 250 300 350 iOC J50 !Я

.. . .ОМ ч,

L о чЛ • I - • IJ/

Puc.11, Оптима^ные соотношения з:н:5чух параметров 2 о р н -лт> ^ ^ ^ с р rri н с j с карьера при пвремЕнном профиле 5oi ■ -езйных 'траншей.

PK or

Рис. і2. Принципиальная жятричес.тая схема прсобоазобстеля ^ягсосео агрегата ПЭ31(ПЭ2Т).

2.12

гг

а)

21

1

сЗ

Зо....................ы=

гР?5 Г/У> (У£) СРхЭ_______________________

Л? 6

Ь.

^ГА-З ГП-'У

тх

б)

зшс

7таг

2Ш_

й)

-О

В

гЩ

Г-

--- _-----—г^^Ь=_ЛИО____,]

гишс

Рис. М. Кооьеоный электропоезд ЭК/1: а) общий Зид, 6) локомотив управления ЗМ (для траншеи). б) л о копоти5 управления ЭК2 (для тоннелей): 1-лохс.матиь уш'&а/>ыия(ЛУ), 2.Л,..2.Л2~пэто*-Но1£ думпкары(/ЛУ).

ппе^чго

Ihe f5. Жсграмна рарэты ЭКА но Лыегзкзи трояшзе

Рис. 16 Забисипосто кгличестба мстоо-ныл (Пмд)и прицепных (пв) дцнпхп' род. ил ноли честбенного соотношения (/^Э) о составе пае via. о тагже казф-Ояіциента нетто поезда (Кип) cm &е*и-\шы рцяободзщш у.\лана(Lp> траншеи (тоннеля! д/.з различны* мочений г(нртШепноши noesdo (тпн)

1* (Cft/Ї

.. ■ —. і —У. 7 г л,

<га» гчОО О-?0 -toD -ii'JC , • '

“too 55 55? loo ecj W ;*,И

---■——---------, . Lp, r.n

Put її. За'сисітость удгл-ныл придсдс^ык їзтссю

по ZGDMnmpGfltnopnrcO л>

&U огюзЛныа пахічсгзсЗЗї\А(Шян), їтуяз(£'-m?pa( 3} и карьера о. flu. In}.

а)

І1

ап

'-ггРт >> )> і і

ЇШ.

б)

Ъш Тцч

})<>У <У(^

Е~ ^ ^

Ъд» «)»ї^

Рис. 16. Мела/.ичеамя часть тягоЬого приЬода ЭКА а)кинематичсская схема, 5)расчетная схема, д)схема дейстбиясил 6начатой передаче, г)схема действия сил б колесо-потор-нпм блоке.

б)

и)

и

>7’с^и

ПИ

7Л1 2Д1 ¥Л5

4Й

и

_а А

-о 3 нвС

нь

ь

1е

т

:д

»

ишг

гшх

ШИ

*Т

у и

~ж

аоит*'

ш

ж

ттош *

тпг

пддг

5

а

Рис. 19. Абтонопный инвертор тока (Ш) •■ а) принципиальная ЗАмтричемая схела, 5)йиаграмма фазных шоко& с применением широтно-иппульсной нодумции,

И\ зпптмгп гигпиип* тирпипм пппппкгимо шт спорных /ПП/СПА