Задача эксплуатационного расчета — выбор типов
и типоразмеров электровоза и вагонетки, определение числа вагонеток в составе и
числа электровозов, производительности рейсового электровоза, расхода энергии,
потребной мощности преобразовательной подстанции и числа подстанций.
Исходными данными для расчета являются:
плотность транспортируемой горной массы в насыпке; план, профиль и длина
откаточных путей; производительность погрузочных пунктов; состояние откаточных
путей; вид организации откатки и др.
Тип электровоза (контактный или
аккумуляторный) выбирают в соответствии с ПБ и другими требованиями (см. 10.1).
Сцепной вес электровоза, тип вагонетки и вместимость ее кузова определяют с
учетом условий эксплуатации (см. табл. 9.2) и производительности откаточного горизонта
или рудной шахты (см. 10.1). Профиль и план пути откаточных горизонтов
принимают по данным маркшейдерской съемки. Если по трассе движения поезда на
отдельных ее участках профиль рельсового пути меняет уклон, то производят
спрямление профиля.
Спрямленный средневзвешенный уклон
где i1, i2,..., in — уклон отдельного участка пути; L1, L2, ..... Ln — длина отдельного участка пути,
м.
Участок пути длиной L≥150÷200 м,
уклон которого отличается от соседних более чем на 1—2%, является руководящим и
спрямлению не подлежит.
Если электровозы не закреплены за погрузочными
пунктами, то в качестве расчетной длины принимают средневзвешенную длину
откатки (м)
где Q1, Q2, ..., Qn — сменные грузопотоки на каждом
маршруте (производительности погрузочных пунктов), т.
Необходимую силу тяги электровоза без учета
сопротивления воздушной среды и сопротивления движению можно определить по
формуле (2.14):
где G и G0— масса соответственно груза в вагонетке и самой вагонетки,
т; z — число вагонеток в
составе.
Согласно формуле (4.3) сила тяги не должна
превышать силу сцепления ведущих колес электровоза с рельсами:
где Р — масса
электровоза, т.
Подставляя выражение (10.4) в формулу (10.3),
получим уравнение
Из уравнения (10.5) можно определить массу
поезда:
Допустимую массу поезда (т) для рудной шахты
определяют из условий: трогания груженого поезда на среднем подъеме на
засоренных путях у погрузочных пунктов; экстренного торможения груженого поезда
на спуске с учетом обеспечения длины тормозного пути в пределах допустимого
согласно ПБ; нагрева тяговых двигателей; вписывания состава в лимитирующую разминовку.
Окончательно допустимую массу поезда принимают
по наименьшему из полученных значений.
Масса груженого поезда (т) при трогании на
подъем на засоренных путях у погрузочных пунктов — при наиболее тяжелых и
распространенных условиях работы в рудных шахтах —
Значения коэффициентов сцепления ψ колес электровоза с рельсами принимают
в зависимости от состояния поверхности рельсов (табл. 10.2), значения основного
удельного сопротивления движению wr — в
зависимости от вместимости кузова вагонетки и плотности пород (табл. 10.3). Для
засоренных участков рельсового пути удельное сопротивление увеличивают на 50%
(вводят коэффициент, равный 1,5). Уклон пути i, по которому ведется
расчет, подставляют в формулу (10.7) в единицах удельного сопротивления (Н/кН),
при этом численное значение i равно
числу промилле. Например, если уклон пути составляет 4‰, то в формулу (10.7)
подставляют i
= 4 Н/кН.
Таблица 10.2
Значения
коэффициента сцепления ψ колес электровоза рельсами
Состояние поверхности рельсов
Условия движения
Без подсыпки песка
С подсыпкой песка
Чистые сухие
0,18
0,24
Влажные, практически чистые
0,12-0,17
0,17-0,2
Мокрые, покрытые грязью
0,09-0,12
0,12-0,16
Таблица 10.3
Основное удельное
сопротивление движению груженных ωг и порожних ωп вагонеток, Н/кН
Вместимость кузова вагонетки, м3, не более
ωг при плотности транспортируемой горной массы, т/м3
ωп
1,6
2
2,5-3
1,6
9
8
7
11
2,5
8
7
6
10
4,5
7
6
5
8
9,5
6
5
4
6
Удельное
сопротивление (Н/кН) на криволинейных участках зависит от радиуса Rк кривизны пути (м):
R ..................................
12 15
20 25 30
wкр..............................................
10
9 8 7
6
Минимальное ускорение при трогании amin = 0,03 м/с2.
Массу груженого поезда для рудных шахт определяют для
наиболее тяжелого режима работы — при движении на подъем, поэтому масса
порожнего поезда при всех режимах работы заведомо меньше массы груженого
поезда. Число вагонеток в груженом и порожнем поездах принимается одинаковым.
Расчетная масса прицепной части груженого
поезда (т)
где Vв — вместимость кузова вагонетки, м3; g — насыпная плотность транспортируемой горной массы, т/м3.
Число вагонеток в составе
Масса (т) порожнего поезда Gn.n = zG0.
Проверку массы поезда по торможению выполняют
для наиболее тяжелого режима — экстренной остановки груженого поезда на спуске,
крутизна которого равна руководящему уклону ip.
Допустимая скорость груженого поезда (км/ч) на
расчетном преобладающем уклоне ip пути
где lт — тормозной путь (от начала торможения до полной остановки
поезда), м; bт — удельная тормозная сила, Н/кН.
Согласно ПБ на преобладающем уклоне при
перевозке грузов lт = 40 м, а при
перевозке людей lт = 20 м. В
отдельных случаях для прямолинейных откаточных выработок с выдержанным
продольным профилем, по которым запрещено хождение людей, по согласованию с
органами госгортехнадзора допускается увеличение тормозного пути при перевозке
грузов (lт = 80 м).
Удельная тормозная сила (Н/кН)
где Вдоп
— дополнительная тормозная сила рельсового электромагнитного тормоза, Н.
Если в начале торможения nн.г > nдоп.г то по условиям обеспечения требуемого тормозного пути
массива груженого состава (т)
Скорость движения электровоза можно уменьшить
путем перехода с параллельного соединения тяговых двигателей на последовательное,
а также периодически отключая двигатели.
Критерием определения массы поезда по нагреву
двигателей является эффективный ток Iэф, значение
которого не должно превышать значение длительного тока, указанного в характеристике
тягового двигателя электровоза т. е. Iэф £
Iдл.
Для одного рейса
где Iг, Iп, tг,,tn — соответственно ток (А) двигателя
и время (мин) при движении груженого и порожнего составов; tр - время одного рейса, мин; α — коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев двигателей при
выполнении маневров (для контактных электровозов α = l,15÷1,3).
Силу тока Iг и Iп определяют согласно электромеханической характеристике
тягового двигателя электровоза по установившейся силе тяги (Н) в грузовом Fг' и порожняковом
Fп' направлениях,
приходящейся на один двигатель:
где nдв — число
тяговых двигателей электровоза.
Время одного рейса (мин)
Время движения (мин) груженого и порожнего
составов:
где νг
и vn — действительные
скорости движения соответственно груженого и порожнего составов, км/ч; kг = 0,75 и kп = 0,8 коэффициенты,
учитывающее снижение скорости в периоды
разгона и торможения; Lг и Lп — длина пути
соответственно в грузовом и порожняковом направлениях, км; θц — продолжительность пауз за цикл, включая время
загрузки и разгрузки и время на различные задержки, мин.
Значения скоростей vг и vп определяют по электромеханической характеристике тягового
двигателя в зависимости от значений силы тока Iг и Iп.
Продолжительность маневровых операций,
включающих продолжительность загрузки вагонеток и их разгрузки в круговых
опрокидывателях, определяют в зависимости от вместимости кузова вагонетки
(табл. 10.4).
Таблица 10.4
Продолжительность маневровых операций
Вместимость кузова вагонетки, м3
Время загрузки одной вагонетки под люком, мин
Время разгрузки в опрокидывателе, мин
одной вагонетки
двух вагонеток
1,2
1,25
0,5
0,67
2,2
1,5
0,58
0,75
4,5
2
0,67
0,83
9,5
3
0,83
—
Если после определения Iэф по формуле (10.3) окажется, что Iэф > Iдл, то необходимо уменьшить число вагонеток z в составе и продолжить расчеты до тех пор, пока не будет
соблюдено условие Iэф ≤ Iдл.
Окончательное число вагонеток в составе
выбирают по наименьшему из значений, полученных при расчетах по условиям
трогания, нагрева двигателей и торможения. Затем полученное число вагонеток в
составе проверяют по условию размещения состава на разминовке лимитированной
длины:
где lр —
лимитированная длина разминовки, м; lэ — длина электровоза; lв — длина
вагонетки, м; 2 — запас длины по условиям установки состава на разминовке, м.
Если определенное ранее число вагонеток в
составе z > zp, то
необходимо увеличить длину разминовки. Если это невозможно, то число вагонеток
принимают равным zр.
Окончательно массу груженого состава
определяют по формуле (10.8).
Для расчета числа электровозов определяют
число рейсов одного электровоза в смену
и число рейсов в смену nсм, необходимое
для вывоза горной массы при суммарной сменной производительности Qсм (т),
где tсм - продолжительность смены, ч; kэ — коэффициент,
учитывающий время подготовки электровоза к эксплуатации (принимается равным 0,8
для контактных электровозов и 0,7 — для аккумуляторных); kн — коэффициент неравномерности поступления груза,
равный 1,25 — при наличии аккумулирующей емкости и 1,6 — при отсутствии
последней; nл = 1 и nм = 1 — число рейсов на одно
крыло соответственно с людьми и вспомогательными материалами.
Число электровозов, необходимых для работы,
Инвентарное число электровозов
где Nрез — число резервных электровозов, принимаемое из следующих
условий:
Nр ............................. ≤6 7-12
≥13
Nрез ........................... 1
2 3
Сменная производительность одного электровоза
(т·км)
Необходимое число вагонеток (парк вагонеток) zв.п определяют путем
расстановки составов по рабочим местам:
где zв.м — число
вагонеток, транспортирующих вспомогательные материалы.
Расход энергии (МДж) за один рейс, отнесенный
к колесам электровоза,
где Fг и Fn — сила
тяги электровоза соответственно в грузовом и порожнем направлениях, Н:
Fг = F'г nдв; Fn = F'n nдв.
Расход энергии (МДж) контактными электровозами
за рейс, отнесенный к шинам подстанции,
где ηэ
= 0,6, ηc = 0,95, ηп
= 0,93 — КПД соответственно электровоза, тяговой сети и подстанции.
Удельный
расход энергии за смену [МДж/(т·км)]
Общий расход энергии за смену (МДж)
Потребная мощность тяговой подстанции (кВт)
где U —
напряжение сети, В; k0 — коэффициент одновременности (k0 = 1 при Np ≤ 2; k0 = 0,55 + Nр-1 при Np > 2).
Средний ток (А)
Потребное количество тяговых подстанций
где Ратп — мощность одной автоматизированной
подстанции, кВт.
Максимально допустимую длину участка (км) по
одну сторону от тяговой подстанции определяют по условиям падения напряжения:
где ΔU —
допустимое падение напряжения в контактной сети,, которое при наибольшей
нагрузке не должно превышать 15— 20%, В; Rcp = Rк + Rр — среднее
сопротивление контактного провода и рельсовых путей, Ом/км (табл. 10.5 и 10.6).
Таблица 10.5
Сопротивление
контактного провода Rn, Ом/км
Путь
Сечение провода, мм2
65
85
100
Одноколейный
0,32
0,14
0,11
Двухколейный
0,16
0,12
0,105
Трехколейный
0,11
0,08
0,07
Таблица 10.6
Сопротивление рельсового пути Rр Ом/км
Тип рельса
Число колей пути
1
2
3
Р24
0,043
0,022
0,014
Р33
0,032
0,016
0,011
Р38
0,028
0,014
0,009
Если по расчету длина Lу окажется меньше длины
откаточного участка, то прокладывают усиливающий кабель от тяговой подстанции
на 2/3 длины откаточного участка. Усиливающий кабель
присоединяют к контактной сети через каждые 200— 300 м.
Пример
расчета электровозного транспорта. Исходные данные; транспортируемый груз —
железная руда насыпной плотностью 2,5 т/м3; план, профиль пути,
длины участков (ортов) и их производительность — см. рис. 10.10 и табл. 10.7;
ширина рельсовой колеи 750 мм; тип рельсов главных откаточных путей — Р38;
состояние рельсов — чистые сухие; организация работ — электровозы закреплены за
составами; продолжительность смены 6 ч; рудная шахта, не опасная по газу или
пыли.
Рис.
10.10. Схема
электровозного транспорта: а —
действительная; б — расчетная
Таблица 10.7
Условия работы
электровозного транспорта
Параметры
1
2
3
4
5
6
Сменная производительность орта,
т
530
470
420
570
510
480
Расстояние транспортирования, км
1,6
1,8
2,1
1,6
1,9
2,3
Средний уклон пути, ‰
4
Задачи
расчета: выбор типа электровоза и
вагонетки; определение числа вагонеток в составе, числа электровозов,
производительности одного электровоза, расхода энергии и потребной мощности
тяговой подстанции.
Исходя из производительности шахты и длины
откатки принимаем контактный электровоз K14M (см. 10.1) и вагонетку с глухим кузовом типа ВГ4,5А (см.
табл. 9.2), технические характеристики которых см. табл. 9.1 и 10.1.
Обработка
исходных данных. Действительную схему
транспорта (рис. 10.10, а) заменяем
на расчетную (рис. 10.10, б).
Так как электровозы закреплены за составами,
то согласно расчетной схеме средневзвешенное расстояние транспортирования
определяем по формуле (10.2):
Средний уклон пути (расчетный) ic = ip = 4‰.
Суммарная сменная производительность всех 6
ортов откаточного горизонта Qсм = 2980 т.
Определение
числа вагонеток в составе. Масса поезда
при трогании на подъем на засоренных путях у погрузочных пунктов при ψ = 0,18
(см. табл. 10.2), ωг = 5
Н/кН и ωп = 8 Н/кН (см.
табл. 10.3), ip = 4‰, ωкр = 0, .a = 0,03 м/c2 и Р = 14 т
вычислим по формуле (10.7):
Масса вагонетки ВГ4,5А G0 = 4,2 т, вместимость кузова Vв = 4,5 м3 (см. табл. 9.1). Тогда число вагонеток в составе
Принимаем z=10.
Определим параметры состава:
масса груза в одном вагоне
G = 4,5·2,5 = 11,25
т;
действительная масса порожнего поезда
Gп.п = 10·4,2 = 42 т;
масса груженого поезда без локомотива
Gп.г = 10 (11,25 + 4,2) = 154,5 т;
длина поезда
ln = lэ + zlв = 5,21 + 10 · 4,1 = 46,2 м.
Проверка
массы поезда по условию торможения. Допустимая
скорость груженого поезда nдоп.г. на
расчетном преобладающем уклоне определим по формуле (10.10), учитывая, что lт £ 40 м, Вдоп = 0 (на электровозе не
установлены рельсовые электромагнитные тормоза) и
Таким образом, допустимая скорость:
Проверка
массы поезда по условию нагрева тяговых двигателей электровоза. Эффективный ток тягового двигателя Iэф электровоза К14М определяем по формуле (10.13), а
длительный ток Iдл £ 122 А — по его
технической характеристике (см. табл. 10.1).
Предварительно по формулам (10.14) и (10.15)
вычислим установившуюся силу тяги, отнесенную к одному двигателю, в грузовом Fг и порожняковом Fп¢
направлениях:
Согласно электромеханической характеристике
электродвигателя ДТН45 полученным значениям силы тяги соответствуют токи Iг = 34 А и Iп = 86 А.
Время движения груженого состава определим
исходя из допустимой по торможению скорости движения nдоп. г = 15,3 км/ч:
а время движения порожнего состава — исходя из скорости
движения vп согласно
электромеханической характеристике: при силе тока Iп = 86 А
скорость nп = 20,5 км/ч.
Таким образом,
Продолжительность пауз qц включает
продолжительность маневровых операций (см. табл. 10.4) и резерв времени на
различные задержки (10 мин):
qц = 10·2,0 + 10·0,67
+ 10 = 36,7 мин.
Продолжительность одного рейса
tр = 9,7 + 6,8 + 36,7 = 53,2 мин.
Эффективный ток [см. формулу (10.13)]
Таким образом, Iэф < Iдл, поэтому
оставляем в составе 10 вагонеток (z = 10).
По полученным результатам
расчетов массы состава по условиям трогания, торможения и нагрева двигателей
принимаем окончательное число вагонеток в составе z = 10.
Длина поезда составляет 46,21 м,
следовательно, длина разминовки для размещения поезда должна быть не менее
48—50 м.
Определение
числа электровозов и их производительности. Число
рейсов одного электровоза за смену [см. формулу (10.18)]
а потребное число рейсов в смену [см. формулу (10.19)]
Число электровозов, необходимых для работы,
Принимаем резерв электровозов Nрез = 2, а инвентарное
число электровозов Nи = 7 + 2 = 9.
Сменная производительность электровоза
Расход
энергии на электровозный транспорт. Расход
энергии за один: рейс, отнесенный к колесам электровоза [см. формулу (10.24)],
Расход электровозом энергии за рейс, отнесенный к
шинам подстанции [см. формулу (10.25)],
Удельный расход энергии на шинах подстанции,
отнесенный к 1 т-км транспортируемого груза [см. формулу (10.26)],
Общий расход энергии за смену
[см. формулу (10.27)]
Эсм = ЭудQсмLг = 0,137·2980·1,86=760 МДж
Потребную
мощность тяговой подстанции оцределяем по
формуле (10.28) при коэффициенте одновременности
и среднем токе [см. формулу (10.29)]
Таким образом, потребная мощность тяговой подстанции
Рст = 10-3k0UIсрNр = 10-3·0,69·250·110,8·7
= 137,8 кВт.
Принимаем одну тяговую подстанцию АТП-500/275М
мощностью 137,5 кВт.
|