Вивчення локомотивів

ЛОКОМОТИВИ

1. Призначення і класифікація

При будівництві і експлуатації підземних споруд (шахт) локомотиви набули розповсюдження як засіб зовнішнього і внутрішнього транспорту. Початок їхнього застосування відносять до 30-х рр. XIX ст. Перший російський паровоз побудували Ю. О. і М. Ю. Черепанови в 1833--1834 рр. на Нижньотагильському металургійному заводі.

Виникнення машин на електричній тязі зв'язують з появоіо відповідного двигуна, який винайшов російський вчений Б. С. Якобі. Перші спроби щодо пересування вагона електричним двигуном здійснив Ф. А. Піроцький в 1880 р. Далі конструкції локомотивів безперервно вдосконалювались, а застосування їх в різних галузях промисловості неухильно розширювалось.

Локомотиви, використовувані при будівництві підземних споруд (шахт), класифікують таким чином. За призначенням вони розподіляються на магістральні й допоміжні; за типом силової установки -- на електровози (контактні, акумуляторні і високочастотні), тепловози, дизелевози, повітровози, гіровози; за виконанням -- на звичайні, підвищеної надійності і вибухобезпечні; за масою -- на легкі (до 7 т), середні (від 7 до 10 т) і важкі (більше 10 т). Для підземних умов серійно випускаються такі локомотиви (табл. 1); акумуляторні (АРВ, АМ), контактні (К) і високочастотні (В) електровози, дизелевози (ДВ) і гіровози (ГР).

Акумуляторні й контактні електровози -- це основні транспортні засоби в горизонтальних виробках і при уклоні колій і=0,003... 0,005, а в деяких випадках і при і ==0,03. ..0,05 (вугільні шахти з малими кутами падіння пластів, коли профіль траси визначається гірничо-геологічними умовами). Такі локомотиви випускають з єдиними зчіпними масами: 5, 7, 10, 20, 28 т. Дійсні значення відхилення становлять ± 1 т.

Найбільш широкого застосування набули контактні електровози типів К7, КЮ і К14, а також акумуляторні--5АРВ і АМ8Д. У їхні назви, крім маси в тоннах (5, 8, 10 і т. д.), входять буквенні позначення: К--контактний, А--акумуляторний, Р--рудничний,В -- вибухобезпечний, М -- модернізований і Д -- з реостатним електродинамічним гальмуванням.

Для шахт, небезпечних по газу або пилу (І--III категорії і надкатегорійні), акумуляторні локомотиви виготовляють вибухо-безпечними і підвищеної надійності. Перші з них призначені для всіх виробок, а другі -- для відкаточних: із свіжим потоком повітря (підприємства III категорії і надкатегорійні по газу), а також в шахтах І і II категорій. На магістралях з вихідним потоком повітря, в підготовчих виробках шахт III категорії і надкатего-рійних акумуляторні електровози підвищеної надійності можуть працювати тільки з дозволу головного інженера об'єднання.

Контактні локомотиви підвищеної надійності використовують у виробках із свіжим потоком повітря шахт І і II категорій, а при рудниковому виконанні -- на всіх шахтах, безпечних по газу і пилу.

2. Складові частини

Електровоз включає раму, привод, ходову частину, ресори, гальмову і пісочну системи, зчіпні і буферні пристрої.

Рама в акумуляторному локомотиві являє собою жорстку зварну конструкцію, а в контактному -- розбірну, її виготовляють із поздовжніх і поперечних сталевих листів. У передній її частині розташовують кабіну, де розміщують сидіння машиніста, контролер, пульт керування гальмовою і пісочною системами, сигнальний дзвінок та ін., у середній -- привід, пристосування для зміни батарейного ящика і гальмові пристрої, в задній -- пускові опори.

Привод, як правило, складається з двох тягових двигунів (постійного струму послідовного збудження) і одно- або двоступінчастого редуктора із зубчатою передачею, який передає обертовий момент колісній парі. На окремих типах локомотивів застосовуються гідропередячі, що дозволяють безступінчасте регулювати швидкість руху. Крім того, завдяки їм можна спростити електроустаткування і зменшити втрати енергії. Привод--індивідуальний,тобто кожна колісна пара приводиться в рух окремим електродвигуном.

Ходова частина включає колісні пари (ходова вісь із зубчатим колесом, колісні центри, бандажі) і букси, що являють собою з'єднувальні ланки між приводом і рамою, зв'язаною, в свою чергу, з буксами за допомогою листових або циліндричних пружин.

Залежно від того, як з'єднана рама з ресорами, розрізняють індивідуальне і балансирне підвішування. У першому випадку ресори опираються на раму обома кінцями і кожна з них працює самостійно, а в другому--перерозподіл навантаження на колісні пари забезпечується за допомогою поперечних або поздовжніх балансів.

Ресорна підвіска рами дозволяє пом'якшити (поглинути) удари і поштовхи при проходженні локомотива по стиках рейок, стрілочних переводах і нерівностях колій. Вона більш рівномірно передає зчіпну масу електровоза на колеса, а також створює більш сприятливі умови для роботи обслуговуючого персоналу.

Гальма на локомотивах можуть бути встановлені трьох різновидів: колодкові (з ручним, пневматичним або гідравлічним приводами), електродинамічні (гальмування тяговими двигунами), рейкові електромагнітні.

На локомотивах, які працюють в підземних умовах, найчастіше зустрічаються колодкові гальма, що складаються із ряду горизонтальних і вертикальних тяг, колодок і привода.

Пісочна система призначена для подання під колеса електровоза піску, який поліпшує їхнє зчеплення з рейками, що особливо важливо під час пуску і гальмування важких составів у виробках із забрудненими рейками. Ця система складається із задніх і передніх пісочниць, тяг і важелів, які приводяться в дію рукояткою, розташованою в кабіні машиніста.

Зчіпні і буферні пристрої забезпечують з'єднання локомотива з вагонетками, пом'якшують удари і захищають його устаткування від пошкоджень. За конструкцією буфери ділять на еластичні (під-пружинені і з гумовим прошарком), а також жорсткі (литі, чавунні й стальні).

Електроустаткування -- це тягова апаратура, яка служить для підведення живлення до двигунів (струмознімачі, вимикачі, контролери, роз'єднувачі і пускові опори). Вона дозволяє вмикати і вимикати тягові машини, а також регулювати швидкість руху.

Струмознімачі бувають дугові, пантографні (на поверхні), штангові і спеціальні. Найбільше поширення набули перші два типи. Зокрема, пантографні струмознімачі забезпечують надійне з'єднання з контактним дротом, не потребують перестановки при зміні напряму руху, зручні для дистанційного керування локомотивом.

Автоматичні вимикачі захитають силове електричне коло від перевантажень і коротких замикань. Включення і виключення тягових двигунів, а також зміна режимів пуху, в тому числі і реверсування, проводять за допомогою контролера, який складається із сталевого корпусу, кулачкових елементів, головного і реверсивного барабанів. Останні мають механічне блокування, що дозволяє проводити реверсування тільки при нульовому розташуванні головної рукоятки контролера. При обертанні головного барабана в певній послідовності замикаються і розмикаються контакти, чим досягається необхідне з'єднання електричних ліній.

Пускогальмові опори обмежують струм тягових електродвигунів при запуску і використовуються також для поглинання енергії при динамічному гальмуванні.

Двигуни контактних електровозів живляться постійним струмом (напругою 250...550 В) від мідного провода спеціального профіля, який підвішується вздовж відкаточної виробки і закріплюється лінійною арматурою.

Основний тип установок для живлення контактної сітки -- автоматизовані шахтні тягові підстанції АТП-500/275 на напівпровідникових кремнійових випрямлячах, які перетворюють трьох-фазний змінний струм частотою 50 Гц в постійний.

Джерелом енергії вітчизняних акумуляторних електровозів служать лужні залізонікелеві елементи типу ТЖНШ. Батареї із них міцні, мають великий строк служби і можуть зберігатися в розрядженому або напіврозрядженому стані. Позначаються вони, наприклад, так: 96ТЖНШ-350 (96 тягових залізонікелевих елементів місткістю 350 А-г).

Акумулятори знаходяться в батарейному ящику. Виготовлений із сталевих листів і покритий всередині електроізоляційним матеріалом, він захищає елементи від механічних пошкоджень і попадання бруду. Зверху ящик закривається сталевою кришкою, де розташовані щільові пакети, призначені для розвантаження цієї місткості від внутрішнього тиску, який може виникнути тут при вибухові газу, а також для допоміжної ве;лиляції з метою виведення киснево-водневої суміші, що виникає при роботі батареї.

Окислення водню, який виділяється із акумуляторів, проходить за допомогою спеціальних каталізаторів. Заряджають батареї напівпровідниковими пристроями ЗУК-75/120 і ЗУК-155/230 М з кремнійовими вентилями.

Заряджувальні камери, обладнані столами в один ряд, розташовують в спеціальних місцях з відокремленим провітрюванням або на розширенні відкаточних виробок. Батареї переставляють кран-балками. Для заливання в акумулятори води служать напірний бачок і перекачувальний насос. Поряд з камерою знаходиться підстанція із заряджувальними пристроями.

Високочастотний електровоз, який використовують у виробках вибухонебезпечних шахт. складається із двох основних частин:

верхньої -- приймально-силової, апаратура якої закріплена в опорно-рамній конструкції, і нижньої -- ходової, що включає раму, привід, гідравлічну гальмову і пісочну системи, контролер і реверсор. Принцип дії такого електровоза заснований на передачі енергії від тягової мережі до локомотива без електричного контакту (електромагнітною індукцією). Генератор підстанції живить цю мережу (два кабелі на гнучких підвісках) стабільним, що не залежить від навантаження, струмом високої частоти (5 кГц).

Енергоприймач електровоза складається із феромагнітного сердечника і кількох витків високочастотного кабелю. Таким чином, тягова мережа і енергоприймач утворюють трансформатор, роль первинної обмотки якого виконує мережа, а вторинної -- електро-приймач. Наведена в останньому ЕРС високої частоти випрямляється кремнійовими випрямлячами. Керування двигунами -- без-реостатне, безступінчасте.

Інерційний локомотив (гіровоз) призначений для транспортування составів вагонеток по рейкових коліях горизонтальних виробок шахт, небезпечних по газу або пилу. Він включає (рис. 1): раму 1, маховик 2, пісочну (3) і гальмову (6) системи, механізм переключення швидкостей 4, двоступінчастий редуктор 5, ходову частину 7 і пневматичний двигун 8.

Для роботи інерційних локомотивів використовується кінетична енергія змонтованого на рамі маховика, що обертається. Гіровози застосовуються тільки на шахтах, де є розгалужене повітряно-компресорне господарство.

Повітровоз служить для переміщення вантажів по вибухонебезпечних виробках. Характерна особливість його конструкції -- наявність пневмодвигунів, акумулюючих балонів і системи передачі енергії. Пневмодвигуни приводяться в рух стисненим повітрям із балонів, розташованих на локомотиві. Заряджаються вони від спеціальної пневматичної системи високого тиску або від загально-шахтної мережі.

Витрата повітря, ступінь наповнення циліндрів і хід локомотива регулюється золотниковим розподіляючим пристроєм, а перетворювання поступального переміщення поршнів двигуна в обертовий рух колісних пар досягається за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

Дизелевоз у вибухобезпечному виконанні використовується при транспортуванні вантажів по головних відкаточних і вентиляційних виробках шахт, небезпечних по газу і пилу (на свіжому і вихідному потоках повітря). Для шахт 1 і 11 категорій по газу випускаються локомотиви і у виконанні РН (рудникове нормальне).

Дизелевоз складається із рами, механічної частини, дизельних двигунів, механічної і гідравлічної передач, системи охолодження і пристрою для очищення вихлопних газів.

Механічні частини дизелевоза і електровоза аналогічні. Потужні двигуни, запуск яких проводиться за допомогою інерційних пневматичних або гідравлічних пускачів, працюють на безсірковому паливі в режимі, який забезпечує подачу в циліндри повністю спалимої (збідненої) суміші. Вихлопні гази охолоджуються і очищаються хімічними розчинами, що сприяє зниженню забруднення шахтного середовища. У системі охолодження передбачається автоматичне відключення подачі пального на випадок припинення циркуляції води.

3. Вибір засобів локомотивного транспорту

Щоб визначити типи і кількість машин та устаткування локомотивного транспорту, потрібних для шахти, необхідно скласти гірничо-технічне обгрунтування. Для нього збираються такі основні дані: категорія шахти (рудника) по пилу і газу, довжина транспортування, характеристика вагонеток, стан відкаточних виробок, план і профіль рейкових колій, змінна продуктивність пунктів завантаження.

Вибір типу рейкових колій, розміщення яких зумовлюється площею перерізу гірничих виробок, проводиться згідно з правилами безпеки у вугільних і сланцевих шахтах -- залежно від маси рухомого складу і вінтажопотоку. Відповідно до норм технологічного проектування підземних споруд для магістральних виробок використовують рейки з лінійною щільністю 33...38 кг/м, для головних відкаточних виробок--24...33 кг/м, вентиляційних та інших допоміжних -- 18...24 кг/м.

Так, в основних відкаточних виробках, похилих стволах, бремсбергах і уклонах при використанні вагоне гок місткістю до 2 м укладають рейки типу Р24, а при великих розмірах посудин -- РЗЗ і Р38. Рейки Р18 настилають тільки в проміжних вентиляційних виробках.

Вагонетки для перевезення насипних матеріалів вибирають з врахуванням вантажопотоку, довжини відкатки в тих чи інших виробках і площі їхнього перерізу, виду використовуваного транспорту, в тому числі й у стволі.

На новопроектованих і реконструйованих шахтах доставку гірничої маси доцільно проводити: у магістральних виробках--секційними поїздами з донним розвантажуванням, а із підготовчих забоїв -- вагонетками типу ВДК. При підготовці нового горизонту допускається застосування посудин з глухим кузовом.

Для конкретних умов оптимальні тип і вантажопідйомність вагонеток визначаюіь за техніко-економічпими розрахунками. Критерієм в даному випадку є мінімум зведених витрат на локомотивну відкатку, включаючи витрати на посудини і тягові засоби, устаткування навантажувальних і обмінних пунктів, спорудження і підтримку гірничих виробок (якщо площа їхньою перерізу обумовлюється видом тпанспорту) та іп

Тип локомигива вибирають із ряду машин, що випускає промисловість (див. табл. 1), керуючись нормами проектування, основними іехнічними напрямами розвитку галузі і діючими правилами безпеки на прничовидобувних підприємствах. Для негазових шахт приймають контактні електровози, а для решти--акумуляторні. У магістральних виробках з великим вантажопотоком використовують, як правило, важкі локомотиви, а на вентиляційних горизонтах (при виконанні допоміжних транспортних операцій) -- машини середньої маси.

Кількість локомотивів визначаюіь із відношення потрібної змінної продуктивності до продуктивності одного із них або шляхом детального розрахунку, для чого попередньо знаходять масу поїзда, можливе число рейсів однієї машин.і за зміну та ін.

У наш час у підземних умовах працюють найрізноманітніші локомотиви і відкаточні посудини. Оіже, вибір оптимальних типів транспортних засобів являє собою варіаційну задачу, розв'язувати яку можна при значно менших витратах праці і часу, якщо замість ручного рахунку звернутись до зручної номограми (рис. 2), побудованої в прямокутній системі координат з рівномірною шкалою. Порядок розв'язування завдання показаний стрілками. Якщо шукана точка виходить за межі поля номограми, це означає, що дана умова не є лімітуючою.

4. Монтаж і експлуатація засобів локомотивного транспорту

Монтаж контактної мережі починають з установлювання точок кріплення дроту на перегонах, розминках тощо. На заокругленнях його підвішують по хордах, для чого застосовують відтяжки. Відстань між точками кріплення не повинна перевищувати 5 м на прямолінійних ділянках колій і 3 м -- на криволінійних. Потім монтують крюки, поперечні відтяжки і підвісну арматуру.

Кінці дроту, який повинен знаходитись над головкою рейки на висоті не менше 2 м, забивають і затискують в проводотримачах. Щоб кінці, що виходять із проводотримачів, не перешкоджали рухові струмоприймача електровоза, їх загинають уверх.

Наступні операції--монтаж живильних і відвідних пунктів, дільничних ізоляторів і вимикачів. Через кожні 200 м колій, де підвішений контактний провід, а також на схрещеннях з іншими трасами і на заокругленнях необхідно мати світні надписи: “Бережись провода”.

Перед експлуатацією локомотива треба перевірити: справність необхідних інструментів і захисних засобів; стан електричних двигунів і устаткування; вмикання апаратів при тяговому і гальмовому режимах; наявність мастила і піску; правильність установки гальмових колодок; кріплення деталей тощо. Особливо пильно перевіряють роботу підшипників, контролерів, акумуляторної батареї, зчіпних пристроїв, освітлення, гальмової і пісочної систем. Всі виявлені неполадки і несправності, відмітивши у спеціальному журналі, усувають до виходу в рейс.

Пуск локомотива проводять при звільнених гальмах. Здійснюють його плавно, затримуючи рукоятку керування контролера (на З...5 с) на кожному проміжному положенні. Переведення двигунів з паралельного з'єднання на послідовне або тимчасове вимикання дозволяє регулювати швидкість руху поїзда.

При роботі локомотива прагнуть найповніше використовувати його кінетичну енергію. Наприклад, перед затяжним підйомом швидкість збільшують, щоб більшу частину цього шляху пройти за рахунок сил інерції. В результаті знижується перенавантаження двигунів і акумуляторних батарей. Гальмують поступово, не доводячи колеса до заклинювання, тому то рух юзом не тільки підвищує знос коліс, але й погіршує умови для самого гальмування.

Машиніст локомотива, який знаходиться в головній частині состава, зобов'язаний подавати сигнали перед заокругленнями і пересіченнями з іншими виробками, а також в усіх випадках, коли на колії з'являються люди.

Пункти посадки людей в поїзд повинні бути освітлені. Ділянка контактного проводу біля цих пунктів на час посадки (виходу) вимикається. До составів, призначених для перевезення людей, дозволяється причіплювати не більше двох посудин з інструментом. На початку кожної зміни вагонетки для перевезення людей підлягають огляду. Особливу увагу приділяють їхнім гальмам, зчіпним і сигнальним пристроям.

З метою підвищення продуктивності локомотивів у приствольних дворах і основних відкаточних виробках застосовуються електричні установки для централізованого і автоматичного керування стрілками і сигналами (СЦБ). Зв'язок рухомого електровоза з даною апаратурою здійснюється через колійні датчики індуктивної або натискної дії. На віддалених виробках функціонують спеціальні пристрої для подання сигналів.

Використання різних засобів автоматизації дозволяє покращити організацію руху поїздів, знизити кількість тягових машин на підземних станціях, збільшити швидкість, підвищити безпеку робіт і продуктивність локомотивного транспорту.

Локомотиви, застосовувані при будівництві підземних споруд і шахт, прості за будовою, надійні, економічні і маневрені в роботі. Еони мають високу продуктивність, здатні переміщувати матеріали і устаткування на великі відстані і в обидва напрямки, можуть обслуговувати декілька навантажувально-обмінних пунктів.

Дизелевози, тепловози і акумуляторні електровози мають значну автономність. Двигуни контактних і акумуляторних локомотивів добре працюють при різних режимах і умовах експлуатації. Дизелевози і тепловози не потребують складних екіпіровальних пристроїв. Застосування повітровозів, гіровозів і високочастотних електровозів дозволяє підтримувати високий рівень безпеки робіт в шахтах, небезпечних по газу і пилу.

Але всі вони використовуються тільки в виробках з малими кутами нахилу. Контактні електровози потребують спеціальних перетворювальних підстанцій і силової електромережі, а акумуляторні -- складного екіпірувального устаткування. Повітровози характеризуються високими капітальними витратами. Гіровози споживають велику кількість енергії.

Тому удосконалення локомотивів іде шляхом поліпшення конструкції основних вузлів, підвищення їхньої маси і швидкості руху, а також якості виготовлення. Доцільне широке застосування апаратури СЦБ.