книги / Транспортные машины и комплексы
..pdfдолжен быть больше единицы при самой неблагоприятной за грузке вагонетки (рис. 87): М ъ £>ikf0пр.
Рассмотрим для примера простейший случай, когда кузов имеет прямоугольную форму (более сложную форму см. [171).
Для угля и породы с некоторым приближением можно принять угол естественного откоса материала при загрузке ср = 45°. Тогда можно легко составить уравнение опрокидывающего момента
как функцию расстояния х : М опр = |
/ (х). |
|
|||
Monp= q1l1+ q 2h = Bkxy„ (a — |
|
У» ( а~ х ~ т ) » |
(184) |
||
где В — приведенная |
ширина |
вагонетки, |
м; |
|
|
ун — насыпная плотность |
материала, |
кг/м3. |
|
||
Для определения значения х , при котором опрокидывающий |
|||||
момент будет максимальным, найдем первую производную |
и при |
||||
равняем ее нулю |
= О |
|
|
|
|
d M опр |
(Bhya- B h x )u- |
^ |
= О, |
|
|
d x |
|
||||
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
В№ |
|
|
|
|
Bha |
|
|
|
|
X |
2 |
|
|
(185) |
|
Bh |
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Подставляя это значение х в уравнение (184), находим наиболь |
|||||
шее значение опрокидывающего момента. |
|
|
|||
Восстанавливающий момент |
|
|
|
||
|
м в= с к4 + е полг, |
|
(Ш ) |
||
где GK — вес кузова, |
Н; |
|
|
|
|
6гП0л — вес полуската, Н. |
|
|
|
|
|
Коэффициент продольной устойчивости должен быть: |
|
(187)
LJKl опр
Кузов является наиболее металлоемким элементом вагонетки. Опыт эксплуатации вагонеток показывает, что большинство из них выходят из строя вследствие деформации и коррозийного износа кузова. Для повышения жесткости кузова его усиливают штампованными ребрами жесткости и обвязкой из полосовой или угловой стали.
В основном изнашивается внутренняя поверхность кузова, подверженная коррозии и истиранию. В выделяемой углем воде содержатся разъедающие соли (поваренная, хлористый магний
И др.)
Содержащиеся в угле сернистые соединения в виде сульфидов металлов ускоряют процесс коррозии. Сульфиды железа разла гаются под влиянием влаги и кислорода воздуха и образуют
растворимые сульфиды железа. Последние разлагаются путем гид ролиза с образованием серной кислоты, которая, в свою очередь, действует в качестве катализатора образования серной кислоты. Под влиянием серной кислоты или углекислоты образуются кислые капельные воды, которые в сочетании с хлоридами действуют разрушающе на металл. Попытки отвести разъедающую капельную воду через отверстия в днище кузова оказались неэффективными вследствие быстрого закупоривания отверстий угольной мелочью.
Разрушению кузова вагонетки способствуют механические воздействия при загрузке, выгрузке, встряхивании угля при движении, при очистке вращающимися щетками, которые отди рают защитный слой из сернистого кальция.
Механические, химические и электрохимические явления, дей ствуя в совокупности, поражают главным образом нижнюю часть кузова вагонетки, которую необходимо поэтому изготовлять из листов большей толщины.
Иногда следует проверять продольную устойчивость при на клонном положении вагонетки, например во время загрузки ее породой или рудой при проведении наклонных выработок. В этом случае вес материала в каждом из объемов, представленный в виде вектора, раскладывают на нормальную и тангенциальную соста вляющие и вычисляют опрокидывающий момент по формуле
|
М0Пр = 2 G<(xi 003 Р + У1sin Р), |
(188) |
где |
Gt — веса, соответствующие отдельным объемам груза; |
|
xt |
и yt — координаты центров тяжести отдельных |
объемов от |
|
носительно оси опрокидывания; |
|
|
(3 — угол наклона, градус. |
|
|
Исходными данными при проектировании вагонеток являются |
заданная вместимость, грузоподъемность п способ разгрузки. Ширина и длина кузова должны быть увязаны с типовыми сече ниями горных выработок и размерами стандартных шахтных кле тей. Конфигурацию кузова выбирают, исходя из условий получе ния максимальной емкости в пределах заданных размеров, а также лучшей очистки от остатков угля и породы.
В вагонетках малой и средней емкости с глухим кузовом по следний выполняют с полукруглым днищем (см. рис. 85, а), при котором наблюдается меньшее налипание угля и породы. Для
уменьшения налипания |
материала |
в глухих |
кузовах переходы |
от вертикальных стенок |
к днищу |
выполняют |
по радиусу (г = |
=250 -г 300 мм).
Множество типов и размеров (до 300 типоразмеров) шахтных
вагонеток затрудняло совершенствование технологии и снижение трудоемкости их изготовления. ГОСТ 15174—70 «Вагонетки шахт ные грузовые», утвержденном в 1970 г., установлены: типы ваго неток, параметрический ряд, а также некоторые качественные показатели (коэффициенты тары, срок службы до списания и др.),
а также регламентированы технические требования, методы испы таний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.
В соответствии с ГОСТом вагонетки должны изготовляться трех типов (табл. 24).
Т а б л и ц а 24
Основные типы шахтных вагонеток
Тип иагонетки
ВГ
ВД
ВБ
Наименование Область применения
Вагонетки с глухим кузовом:
емкостью до 4 м3 включи Транспортирование горной массы по
тельно |
подземным выработкам и на промыш |
||
емкостью свыше 4 м3 |
ленных площадках шахт |
|
по |
Транспортирование горной массы |
|||
Вагонетки с откидными днища |
подземным выработкам |
шахт |
по |
Транспортирование горной |
массы |
||
ми |
подземным выработкам шахт |
по |
|
Вагонетки с откидным бортом |
Транспортирование горной массы |
||
|
подземным выработкам шахт |
|
По каждому типу вагонеток предусмотрен параметрический ряд, в котором специально отмечены вагонетки, изготавливаемые только для шахт, заканчивающих в ближайшие годы свою отра ботку.
За главный параметр, по которому строится ряд в ГОСТе, принята вместимость вагонетки в кубических метрах. Для опре деления наивыгоднейшей вместимости вагонетки, подлежащей включению в ряд при подготовке проекта ГОСТа, был принят технико-экономический метод, сущность которого состоит в том, что для каждого частного случая сочетаний горнотехнических условий, производительности, расстояния откатки принималась емкость вагонетки, при которой эксплуатационные расходы
РУб* на единицу транспортной работы (1 тс-км) были бы минимальными.
На основании анализа особенностей условий эксплуатации вагонеток в шахтах
|
2 С = Сэ. п+ С э. б+ С в. п+ С выр+ С р. к, |
руб., |
(189) |
|
гДе Сэ. п |
— стоимость приобретения и содержания электровоз |
|||
|
ного парка; |
электровозных |
бригад; |
|
С9в б — стоимость содержания |
|
|||
Св. п |
— стоимость приобретения вагонного парка; |
|
||
Свыр |
— стоимость проведения, крепления и поддержания раз- |
|||
|
миновок; |
и крепления |
разгрузочных |
|
CPe к — стоимость проведения |
||||
|
кривых, а также приобретения и содержания разгру |
|||
|
зочного комплекса. |
|
|
|
Указанные стоимостные параметры могут быть выражены ма тематическими зависимостями в функции емкости вагонетки, длины откатки, годовой производительности, сечения выработки и др. Решение таких уравнений на экстремум позволило найти для данных условий емкость вагонетки, при которой эксплуатацион ные расходы будут минимальными.
Чтобы охватить разнообразные горнотехнические условия при откатке контактными и аккумуляторными электровозами для раз личных значений длины откатки и ее годовой производительности просчитано 800 тыс. вариантов на электронно-счетной машине БСМ-2. В результате обработки полученных данных установлен параметрический ряд на шахтные вагонетки, соответствующий ряду предпочтительных чисел R 20а ГОСТ 8032—56 (частота ряда 3).
Частота ряда принята на основе экономического анализа с уче том наименьших суммарных затрат на производство вагонеток
иих эксплуатацию.
ВГОСТе заложены прогрессивные показатели, например ко эффициент тары (отношение массы вагонетки к массе груза), для каждого типа вагонеток. При этом коэффициент тары принимался
исходя из |
условной насыпной плотности угля у = 1000 кг/м3 |
и руды у = |
2500 кг/м3. |
§ 3. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНЕТОК
При движении одиночной вагонетки (или целых составов) не обходимо преодолевать, во-первых, сопротивление, действующее во время ее движения, так называемое основное сопротивление, и, во-вторых, сопротивления, действующие только на отдельных участках пути, дополнительные сопротивления в кривых и на подъ емах, а также при разгоне и торможении.
Основное сопротивление зависит от конструкции и параметров вагонеток, а также состояния пути и в основном складывается из трения в подшипниках, трения качения колес по рельсам, потери живой силы от ударов о стыки рельсов и сопротивления воздушной среды. Очевидно, что одна часть основного сопротивления пропор циональна весу вагонетки, а другая — определяется скоростью движения. Дополнительные сопротивления зависят от плана и профиля пути, режимов пуска и остановки.
При движении по прямолинейному наклонному пути сопроти
вление движению |
вагонетки |
[см. (формулу |
(13)] |
|
|
= (? + ? * )(“>■cos р ± sin Р), |
Н, |
(190) |
|
где qT и q — сила |
тяжести |
соответственно |
вагонетки |
(тары) и |
груза, Н. |
|
|
|
Для малых углов наклона, что характерно для железнодорож ных путей, с достаточной точностью можно принять sinp = tg p = *=» f, a cos р ££ 1.
В тяговых расчетах локомотивного транспорта вес поезда (вагонетки) выражают в кН, а силу тяги - в Н, тогда коэффи циент основного сопротивления будет иметь размерность Н/кН; его называют удельным коэффициентом сопротивления и обозна чают w0, очевидно, что
и;0== ЮООн;-, Н/кН.
Физический смысл коэффициента w0 — сила в Н, необходимая для перемещения по горизонтали 1 кН подвижного состава.
Для малых углов наклона путей, что типично для рельсового транспорта, можно считать, что
sinp = tgp = y ,
где h — разность между отметками смежных пикетов, м; I — расстояние между пикетами, м.
Тогда уравнение можно записать так:
W = (q+ qr)wQ+ m O ( q + q t) ± , Н.
Очевидно, что i0 = 1000 ~ имеет размерность Н/кН, т. е. °/00 (ты
сячные), и численно показывает разность отметок вертикального профиля пути в метрах на 1 км рельсового пути.
Следовательно, когда сила тяжести груза в вагонетке и вес самой вагонетки выражены в кН, выражение (190) принимает вид
W = (q+ q4) (w0± i0), Н, |
(191) |
где i0 — уклон пути в °/00.
Замеры удельного сопротивления движению рудничных ваго неток в составе поезда с помощью шахтного измерительного ва гона показали, что оно может быть аппроксимировано уравнением
вида |
w0 = A + Bv, Н/кН, |
|
|
(192) |
|
|
|
|
|
||
где А "л В — коэффициенты, постоянные для |
данного |
типа |
ваго |
||
|
|
неток; |
|
|
|
|
|
v — скорость движения поезда, м/с. |
|
|
|
|
В связи с небольшим колебанием скорости движения шахтных |
||||
поездов |
(10—15 км/ч) можно при расчетах |
принимать: |
ш0 = |
||
= |
8-|-9 Н/кН — для вагонетки грузоподъемностью до 3 т и w0 = |
||||
= |
6 -i-7 |
Н/кН — для вагонеток грузоподъемностью |
свыше 3 т. |
§ 4. КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНЕТОК
Наиболее распространенными являются вагонетки с глухим кузовом типа ВГ, отличающиеся сравнительной простотой кон струкции и изготовления. В соответствии с ГОСТом емкость кузовов таких вагонеток может составлять от 0,7 до 10 м9
1
2
ев
в
ИЯ
о
я
I
О
а грузоподъемность—от 1,8 до 25 т. Последняя зависит от характера перемещаемого груза (уголь, ру да), поэтому вагонетки для уголь ных и рудных шахт несколько
отличаются |
устройством отдель |
||||
ных узлов; кроме |
того, в зависи |
||||
мости от |
грузоподъемности |
ваго |
|||
нетки могут |
быть |
с |
двумя |
или |
|
четырьмя |
колесными |
парами. |
|||
В последнем случае |
колесные |
||||
пары собираются |
в ходовые те |
||||
лежки, |
шарнирно |
закрепляемые |
на раме вагонеток (рис. 88). Основными недостатками ваго
неток, выпускаемых до послед него времени, являются жесткое крепление колесных пар к раме и жесткие буфера и сцепки, что обусловливает большие продоль ные динамические нагрузки при соударении, трогании и торможе нии поездов.
Жесткое крепление колесных пар к раме приводит к значи тельным вертикальным динамиче ским нагрузкам, особенно на стыках, что уменьшает срок служ бы подшипников и рельсового пути. Поэтому ГОСТ 1574—71 пре дусматривает, чтобы вагонетки, предназначенные для угольной промышленности, емкостью свыше 1,6 м3, а для рудной свыше 1,2 ма оснащались автоматическими сцеп ками.
Этому требованию ГОСТа пред шествовала большая научно-ис следовательская и эксперимен тальная работа, в результате которой в 1969 г. были утвер ждены два ведомственных стан дарта на автоматические сцепки для шахтных грузовых вагонеток,
параметры |
которых |
приведены |
в табл. 25. |
|
|
Одновременно в стандарте ука |
||
зывается |
ряд других |
основных |
Головная часть корпуса имеет большой зуб А и малый В . Про странство, заключенное между этими зубьями, представляет собой зев автосцепки, в который выступают головные части замка 4 и рычага 3. Специальный крюк В служит для присоединения тяго вого каната лебедки (без прицепного устройства) при маневровых работах.
В головной части корпуса имеется специальный карман, в ко тором размещаются замок с пружиной 5.
а |
А-А |
Г |
г
Б -Б
Рис. 90. Амортизирующие устройства кузова вагонетки
Головная часть корпуса заканчивается хвостовиком Д с отвер стием для валика 6 и пазом для головной части тяги 2. Центриру ющая пружина 7 надевается на втулку подвижной коробки, через отверстие которой проходит тяга. Предварительный натяг центри рующей пружины осуществляется корончатой гайкой 8.
В шахтных вагонетках эффективно применение в буферных устройствах резинометаллических амортизаторов.
Исследования показали, что оптимальная жесткость амортиза тора для однотонной вагонетки С = 2000 Н/см, при этом динами ческие нагрузки снижаются в 2—3 раза.
Резинометаллические амортизаторы могут быть также ис пользованы при применении автосцепок. Так, например, макси мальное усилие в автосцепке вагонеток ВГ-3 при наличии рези нометаллических амортизаторов пе превышало 35 000 И, т. е. в 2 раза меньше расчетного (70 000 Н) [12].
Каждая букса имеет два цилиндрических отверстия, в которые вставляются спиральные пружины из прутка диаметром 6 мм. Пружины служат для поджатия колеса к рельсам на неровностях путей.
Кузов сварной трапецеидальной формы. Состоит из двух боко вых и двух лобовых стенок, изготовленных из стальных листов.
Нижний проем кузова закрывается двумя шарнирно закреплен ными на раме плоскими днищами, изготовленными из листовой стали и усиленными ребрами жесткости.
Рио. 92. Разгрузочная рельсовая кривая над бункером при одностороннем движении ставов:
1 — основные рельсы; 2 — рельсы для роликов откидных днищ
На каждом днище монтируется по два ролика на двух отдель ных осях, которые служат для плавного открывания и закрывания днищ на разгрузочной кривой (рис. 92).
Днища удерживаются в закрытом состоянии двумя рычажными запорными устройствами.
Запорные устройства освобождают днища только при одновре менном срабатывании обоих рычагов на специальных поворотных шинах разгрузочного устройства. Автосцепка невращающаяся двустороннего действия (см. рис. 91).
Разгрузочное устройство (см. рис. 92) состоит из двух кривых, согнутых из рельсов Р24 и двух поворотных шин.
Кривые устанавливаются в яме с помощью сварных крон штейнов.
Дальнейшим развитием вагонеток с откидными днищами яв ляется секционный поезд ПС-2 (рис. 93), предназначенный для транспортирования угля по горизонтальным выработкам от по грузочных пунктов до приемных бункеров и состоящий из секций емкостью 3 м8 каждая. Форма секции в сечении представляет собой в нижней части трапецию, а в верхней — прямоугольник (подобно вагонеткам ВД). Секции шарнирно соединены между собой в состав. Каждая секция представляет собой металлический