Эксплуатационный расчет электровозного транспорта

1.2.4.5 Эксплуатационный расчет  электровозного транспорта.

 

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. 8) 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,..., i_n — уклон отдельного участка пути; L₁, L₂, ..... L_n — 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, ..., Q_n — 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 w_r — 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 ω_г и порожних ω_п 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 R_к кривизны пути (м):

R   ...  12   15    20    25    30

w_кр  10    9      8      7      6

Минимальное ускорение при трогании a_min = 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 V_в — вместимость кузова вагонетки, м³; g — насыпная плотность транспортируемой горной массы, т/м³. Число вагонеток в составе

Масса (т) порожнего поезда G_n._n = zG₀.

Проверку  массы поезда по торможению выполняют  для наиболее тяжелого режима —  экстренной остановки груженого  поезда на спуске, крутизна которого равна  руководящему уклону i_p.

Допустимая  скорость груженого поезда (км/ч) на расчетном преобладающем уклоне i_p пути

где l_т — тормозной путь (от начала торможения до полной остановки поезда), м; b_т — удельная тормозная сила, Н/кН.

Согласно  ПБ на преобладающем уклоне при перевозке  грузов l_т = 40 м, а при перевозке людей l_т = 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 (l_т = 80 м).

Удельная  тормозная сила (Н/кН)

где В_доп — дополнительная тормозная сила рельсового электромагнитного тормоза, Н.

Если  в начале торможения n_н.г > n_доп.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 I_эф, значение которого не должно превышать значение длительного тока, указанного в характеристике тягового двигателя электровоза т. е. I_эф £ I_дл.

Для одного рейса

где I_г, I_п, t_г,,t_n — соответственно ток (А) двигателя и время (мин) при движении груженого и порожнего составов; t_р - время одного рейса, мин; α — коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев двигателей при выполнении маневров (для контактных электровозов α = l,15÷1,3).

Силу  тока I_г и I_п определяют согласно электромеханической характеристике тягового двигателя электровоза по установившейся силе тяги (Н) в грузовом F_г^' и порожняковом F_п^' направлениях, приходящейся на один двигатель:

где n_дв — число тяговых двигателей электровоза.

Время одного рейса (мин)

Время движения (мин) груженого и порожнего составов:

где ν_г и v_n — действительные скорости движения соответственно груженого и порожнего составов, км/ч; k_г = 0,75 и k_п = 0,8 коэффициенты, учитывающее снижение скорости  в периоды разгона и торможения; L_г и L_п — длина пути соответственно в грузовом и порожняковом направлениях, км; θ_ц — продолжительность пауз за цикл, включая время загрузки и разгрузки и время на различные задержки, мин.

Значения  скоростей v_г и v_п определяют по электромеханической характеристике тягового двигателя в зависимости от значений силы тока I_г и I_п.

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 I_эф по формуле (10.3) окажется, что I_эф > I_дл, то необходимо уменьшить число вагонеток z в составе и продолжить расчеты до тех пор, пока не будет соблюдено условие I_эф ≤ I_дл.

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 l_р — лимитированная длина разминовки, м; l_э — длина электровоза; l_в — длина вагонетки, м; 2 — запас длины по условиям установки состава на разминовке, м.

Если  определенное ранее число вагонеток  в составе z > z_p, то необходимо увеличить длину разминовки. Если это невозможно, то число вагонеток принимают равным z_р.

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 n_см, необходимое для вывоза горной массы при суммарной сменной производительности Q_см (т),

где t_см - продолжительность смены, ч; k_э — коэффициент, учитывающий время подготовки электровоза к эксплуатации (принимается равным 0,8 для контактных электровозов и 0,7 — для аккумуляторных); k_н — коэффициент неравномерности поступления груза, равный 1,25 — при наличии аккумулирующей емкости и 1,6 — при отсутствии последней; n_л = 1 и n_м = 1 — число рейсов на одно крыло соответственно с людьми и вспомогательными материалами.

Число электровозов, необходимых для работы,

Инвентарное число электровозов

где N_рез — число резервных электровозов, принимаемое из следующих условий:

N_р  ≤6   7-12   ≥13

N_рез    1      2        3

Сменная производительность одного электровоза (т·км)

Необходимое число вагонеток (парк вагонеток) z_в.п определяют путем расстановки составов по рабочим местам:

где z_в.м — число вагонеток, транспортирующих вспомогательные материалы.

Расход  энергии (МДж) за один рейс, отнесенный к колесам электровоза,