CC BY
40
УДК 662.271.646.647
В. Л. Яковлев, О. В. Витя ¿ев
ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ СИЛЫ ТЯГИ ПОЕЗДОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ
Горнотранспортный процесс на карьерах, включающий экскавацию и транспортирование горной массы, практически определяет всю технолоппо открытой разработки полезных ископаемых и основные технико-экономические показатели разработки. На современных карьерах его доля в себестоимости и трудоемкости добычи на глубоких карьерах составляет от 50 до 80 % всех затрат на разработку. Поэтому совершенствование горнотранспортного процесса, ею организации и управления играет решающую роль н увеличивает эффективность открытой разработки в целом, оказывая влияние на интенсификацию отработки карьеров.
Интенсификация ведения открытых горных работ за счет применения высокопроизводительного горного оборудования увеличивает темпы понижения горных работ и общую глубину карьеров, что, в свою очередь, ведет к увеличению трудоемкости работы транспортных систем карьеров.
В этих условиях, при применении железнодорожного транспорта, возникает необходимость увеличения весовой нормы поездов, применения на железнодорожных съездах карьеров крутых уклонов (более 40 %о) и, в конечном итоге, к неуклонной необходимости решения вопросов увеличения силы тяги поездов.
Увеличение объёмов добычи угля намечено осуществлять за счёт технического перевооружения и создания угольных разрезов, оснащенных высокопроизводительными экскаваторами и комплексами. С применением мощной выемочной техники на угольных разрезах возрастают темпы углубления горных работ и, следовательно, общая глубина разработки. В результате этого на разрезах повышается трудоёмкость работ на железнодорожном транспорте, появляется необходимость в увеличении массы поездов. На железнодорожных съездах глубоких разрезов приходится применять крутые уклоны величиной 60-80 %о. В этих условиях необходимо решать вопросы увеличения силы тяги поездов.
Известно также, что с увеличением глубины разрезов показатели работы горнотранспортного оборудования ухудшаются, снижается степень его интенсивного использования, растет продолжительность непроизводительных работ. В результате себестоимость добычи на больших глубинах имеет тенденцию к увеличению.
В связи с этим весьма актуальной представляется задача повышения эффективности ведения горных работ при использовании железнодорожного транспорта.
Одним из направлений успешного сё решения является комплексная оценка условий разработки. При этом необходимо изучение особенностей применения железнодорожного транспорта при отработке глубоких горизонтов разрезов, влияния основных параметров железнодорожного транспорта на интенсивность веления горных и отвальных работ и т. д.
Имеющиеся научные рекомендации ограничивают зону эффективного применения железнодорожного транспорта до глубины 250-300 м. Однако опыт работы разреза „Коркин-кий", а также выполненные проектные проработки и технико-экономические расчёты по разрезам Тургайского угольного бассейна (Республика Казахстан) и карьерам Баженовского месторождения хризотил-асбеста показа™, что область эффективного применения этого вида транспорта межет быть значительно расширена за счёт разработанных организационно-технических мероприятий.
Одним из таких мероприятий, как показывает анализ многолетнего опыта проектирования глубоких карьеров большой производственной мощности с применением железнодорожного транспорта является внедрение на железнодорожных путях разрезов уклонов более 40 %о (60-80 %•).
Однако при этом, как показывает опыт работы разреза «Коркинский», следует решить, прежде всего, вопрос об увеличении силы тяги локомотивов.
Анализ проектных решений по отработке глубоких карьеров большой производственной мощности с применением железнодорожного транспорта показал, что основным направлением 80
решения вопроса увеличения силы тяги поездов на карьерах является переход на мотор-вагонпую тягу. В этом случае поезд состоит из секции управления (дизельной секции) и моторных думпкаров, количество которых определяется по условиям технолотческсго процесса горных работ [1].
Использование мотор-вагонной тяги позволяет значительно увеличить руководящий уклон /р железнодорожных путей,
/„= 1000 у -
где: у - коэффициент сцепления (при постоянном токе у = 0,23^; \У0 - удельное сопротивление движению вагонов, отсюда
1Р = 1 ООО- 0,23 - 4,6 %• а 225 %о.
Применение такого руководящего уклона на железнодорожных путях разрезов невозможно из-за отсутствия тормозных средств, обеспечивающих безопасность движения поездов на таких уклонах. Конечно, и само создание мотор-вагонной тяги - задача весьма сложная, решение которой потребует значительного времени.
В настоящее время реальное направление увеличения силы тяги поездов и вместимости ло-комотивосостава - это создание и применение на карьерном железнодорожном транспорте нового поколения карьерных локомотивов.
Известно, что основным разработчиком и поставщиком локомотивов для открытых горных работ до последнего времени были организации и предприятия Украины.
После распада Советского Союза горные предприятия России стали ощущать трудности с обновлением парка тяговых агрегатов и обеспечением их запасными частями.
В этих условиях одним из таких нозых средств является модернизированный тяговый а!регат НП-1, разработанный Всероссийским научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом (ВЭлНИИ) и подготовленный Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) к серийному выпуску. Этот агрегат ждет заказчика.
Принципиальным отличием тягового агрегата ОПЭ-1М является: наличие центральной кабины с двумя пультами управления, вместо двух кабин по концам а-регата, и плавное тиристорнос регулирование напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги и электрического торможения, взамен ступенчатого. Первое новшество упрощает и облегчает эксплуатацию агрегата, второе -повышает использование сцепной массы, что позволяет увеличить реализуемую силу тяги на 8-10%.
Электрический реостатный тормоз мощностью 3200 кВт заменен рекуперативным мощностью 7850 кВт. В дополнение к традиционным тормозам применены магниторельсовые тормоза, предусмотрено принудительное охлаждение тяговых двигателей не только при питании от контактной сети, но и при работе в автономном режиме, установлен дизель-генератор 12-26Г вместо 14ДГ. Тяговый афегат НП-1 может работать на уклоне 80 %о.
Реальным решением является и оборудование составов электронным устройством СМЕТ, разработанным Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), которое обеспечивает возможность объединить два состава в один локомотиво-состав и управлять локомотивами с головного тягового агрегата. Кроме того, при отсутствии тяговых агрегатов электронное устройство СМЕТ позволяет оперативно соединить несколько электровозов вместе, управлять которым может один машинист с головного электровоза.
Таким образом, с помощью аппаратуры оперативного соединения можно компоновать локомотив в соответствии с экономически обоснованной вместимостью состава и применяемым горным оборудованием. Совершенно очевидно, что система СМЕТ открывает путь к внедрению принципиально новой технологии транспортирования.
Не вызывает сомнения, что эта система может эффективно применяться и на карьерном железнодорожном транспорте при отработке глубоких горизонтов карьеров большой производственной мощности.
Применение системы СМЕТ позволит получить следующее:
- почти в 2 раза увеличить вместимость локомотивосоставг, что в свою очередь повысит производительность забойных экскаваторэв на 22-25 %;
- увеличить провозную и пропускную способность выездных траншей и упростить схему их путевого развития;
- сократить штат машинистов;
- повысить безопасность движения поездов.
Результаты исследований и разработок ВЭлНИИ показывают, что принципиально новыг локомотивы для открытых разработок могут быть созданы при применении асинхронных и индукторных тяговых двигателей. Это позволит увеличить мощность локомотивов на 25-30 % при сохранении их габаритов и сцепной массы, повысить силу тяги не только за счёт увеличения мощности, но и за счёт улучшения использования сцепной массы.
На локомотивах с асинхронным тяговым двигателем регулирование режимов работы осуществляется изменением частоты тока /, и величины питающего напряжения С/1. При этом в большинстве случаев изменение частоты производится в зависимости от частоты вращения ротора двигателя /щ, в соответствии с равенством
где: /¡^д- заданное значение частоты тока (знаки «+» и «-» указывают соответственно на двигательный или генераторный режим работы асинхронного двигателя).
Одним из наиболее важных свойств разработанного локомотива является возможность реализации предельных по условиям сцепления колеса с рельсом тяговых усилий. Это свойство зависит от вида тяговой характеристики и склонности тяговых двигателей к разносному буксованию. Применительно к локомотиву с асинхронным двигателем тяговым двигателем прн срыве сцепления колеса с рельсом и регулировании частоты вращения ротора двигателя вид тяговой характеристики определяется, прежде всего, способом измерения частоты вращения Из всех способов наиболее приемлем способ, когда датчики измеряют только скорость поступательного движения и не реагируют на увеличение частоты вращения буксующей колёсной пары. В этом случае, при срыве сцепления, частота вращения колбеной пары не может сколько-нибудь возрасти. Это связано с тем, что при увеличении частоты вращения ротора на величину/2 (которая обычно составляет 0,5-1,0 Гц и соответствует линейной скорости на ободе колеса 0,5-1,0 км/ч), она достигает синхронной частоты, и вращающий момент и тяговое усилие асинхронного тягового двигателя снижается до нуля. Поэтому в случае рсулирования частоты с измерением поступательной скорости движения локомотива тяговая характеристика асинхронного тягового двигателя при срыве сцепления колеса с рельсами имеет естественную жесткость характеристики асинхронного двигателя, соответствующую его работе при постоянной частоте /¡. При этом возможность разностного буксования двигателей исключается, что позволяет реализовывать предельные по условиям сцепления тяговые усилия. Возможность реализации предельных по условиям сцепления колеса с рельсом тяговых усилий подтверждена результатами испытаний, которые показали, что в сложных условиях (мокрый снег) увеличение скорости на ободе колеса при срывах сцепления не превышало 0,5 км/ч, и устойчиво реализовывалась сила тяги до 8,0-8,5 т с на ось, что соответствует коэффициенту сцепления 0,33-0,35.
С учётом полученных результатов, к настоящему времени отработаны различные варианты асинхронного тягового двигателя для тяговых агрегатов постоянного и переменного тока мощностью до 500 кВт на ось.
В созданных для этого приводах статических преобразователях использованы силовые полупроводниковые приборы, выпускаемые отечественной промышленностью. Это в 2-2,5 раза снижает первоначальную цену тяговой единицы по сравнению с вариантом, когда преобразователь выполнен на полупроводниках дальнего зарубежья, облегчает и удешевляет обеспечение запасными частями.
Разработка и применение на карьерах новых тяговых агрегатов позволит уменьшить затраты электроэнергии на тягу путём оптимизации режимов работы, снизить трудоёмкость и общи: затраты на эксплуатацию и ремонт.
Однако следует отметить, что .тля появления тяговых агрегатов с асинхронным двигателем на открытых горных работах нужны заказчики.
По индукторному приводу институт (ВЭлНИИ) выполнил цикл научно-исследовательских работ. Полученные результаты подтверждают возможность и целесообразность такого привода в устройствах, где имеют место периодически повторяющиеся большие перегрузки и неблагоприятные условия эксплуатации. По данным ВЭлНИИ созданы и прошли стендовые испытания несколько вариантов индукторного привода различной мощности.
Анализ результатов выполненных научно-исследовательских и конструкторских работ позволяет сделать вывод о том, что наличие организации-разработчика крупного комплекса производства даст возможность создать в короткие сроки для горнодобывающей промышленности локомотивы, отвечающие требованиям эксплуатации и с высокой степенью отработки конструкции и технологии изготовления, т. е. имеющие хорошие эксплуатационные характеристики и высокую надёжность. Кроме того, результаты этих разработок могут быть использованы при решении вопроса создания мотор-вагонной тяги для горнодобывающих предприятий.
Таким образом, в настоящее время основным направлением развития силы тяги поездов на глубоких карьерах является внедрение на карьерном железнодорожном транспорте имеющихся новых эффективных результатов научно-исследовательских работ и конструкторских решений, что позволит значительно расширить возможности применения железнодорожного транспорта для отработки глубоких горизонтов карьеров большой производственной мощности.
БИБЛИ01ТАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Витя {ев О. В. Ввод железнодорожного транспорта на глубокие горизонты карьеров // Горный журнал. 1989. №6. С. 23-25.
2.Яковлев В. Л.. Витязев О. В. Современное состояние транспортных систем глубоких железорудных карьеров СНГ // Горный журнал. 1996. № 11-12.
Ъ.Яковлев В. Л. Транспорт глубоких горизонтов - настоящее и будущее // Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами: Сб. докл. Междунар. конф. Челябинск, 1997. С. 77-79.
4. Результаты работы по созданию рудничных электровозов // Сборник науч. трудов / Пол общ. ред. М. Б. Бондаренко. Вссрос. научно-исследов и проект.-конструкт, институт электровозостроения. Новочеркасск, 1997. 232 с.
УДК 662.271.646.647
О. В. Ви тязев
СПЕЦИФИКА ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ КАРЬЕРОВ
В практике проектирования и эксплуатации глубоких карьеров (Коркинского, Баженовского месторождения и др.), разрабатываемых с применением железнодорожного транспорта, наибольшее распространение получил способ вскрытия и отработки глубоких горизонтов тупиковыми съездами.
При этом постоянные съезды располагаются, как правило, на лежачем борту и позволяют иметь в работе до двадцати и более горизонтов. Размеры движения на них возрастают по мере приближения к поверхности карьера. Общая протяженность тупиковых съездов зависит от руководящего уклона высоты между транспортными горизонтами и может достигать десятков километров.
В этих условиях особое значение приобретает принятая организация движения поездоо.
Существующее на карьерах «маятниковое» движение поездов при транспортировании горной массы с глубоких горизонтов характеризуется движением двух видов: скюзным и угловым.
Угловое движение поездов требует периодических остановок на раздельных пунктах, связанных с изменением направления движения поездов. Как показывает анализ схемы поездопото-ков на угольном разрезе «Коркинский:> (рис. 1), размеры углового движения поездов увеличива-
