1. Железнодорожный транспорт

Железнодорожный транспорт обладает преимуществом по сравнению с другими видами транспорта при разработке больших по площади месторождений (горизонтальные размеры которых значительно превышают вертикальные), имеющих большую мощность, относительно спокойные и выдержанные залегание полезного ископаемого. Для развития транспортных коммуникаций при железнодорожном транспорте требуется большая протяженность фронта работ на уступах (свыше 300-400 м), кривые большего радиуса (свыше 120-150 м), незначительные уклоны путей (25-60 ‰, в особых случаях до 80 ‰). При этом транспорте можно достичь практически любой производительности (от сотен тысяч до 150 млн т/г и более) при экономически выгодных расстояниях транспортирования (свыше 5 км) за счет высокой пропускной способности путей и увеличения сцепной массы поезда (до 360-375т и более). Применение железнодорожного транспорта ограничивается глубиной карьера до 200 м; при больших глубинах переходят на комбинированное использование с автомобильным транспортом.

1.1. Расчет электровозного транспорта

Исходные данные к расчету являются: годовая производительность карьера; параметры, характеризующие режим работы предприятия; физико-механические свойства транспортируемых грузов; план и продольный профиль расчетной трассы; технико-экономические показатели работы транспорта на предприятии- аналоге за последние 5 лет.

Расчет электровозного транспорта состоит из двух разделов: тягового и эксплуатационного.

1. Тяговый расчет

Целью тягового расчета являются выбор подвижного состава (типа электровоза и вагонов) для заданных условий транспортирования груза.

Тяговый расчет включает:

1) предварительный выбор подвижного состава;

2) определение массовой нормы поезда;

3) определение скорости и времени движения поезда;

4) расчет тормозного пути;

5) проверку тяговых электродвигателей на нагревание;

6) определение расхода электроэнергии.

Предварительный выбор подвижного состава. Выбор различ- ных видов электровозов и тяговых агрегатов осуществляется в соответствии с годовой производительностью карьера и глубиной разработки (табл. 1.1-1.4).

Таблица 1.1

Условия эксплуатации электровозов и тяговых агрегатов

при руководящих уклонах до 40 ‰

Годовая производи-тельность А, млн т	Глубина разработки, м	Тяговые агрегаты
		Виды	Сцепная масса Мсц, т
< 40	До 150	Постоянного и переменного тока	90-150
40-70	До 200	Постоянного тока	240-360
70-100	До 250	Постоянного и переменного тока	240-360
> 100	Более 250	Постоянного тока	360-375

Таблица 1.2

Технические характеристики карьерных электровозов

Основные параметры	EL1	EL2	26E	Д94
Ширина колеи, мм	1500
Номинальное напряжение, кВ	1,5
Осевая формула	20+20+20	20+20	20+20+20	20-20
Сцепная масса, т	150	100	180	94
Часовой режим: мощность, кВт сила тяги, кН скорость, км/ч	2100 242,3 30,5	1350 161,9 30	2480 311 28,7	1635 196,2 30
Наибольшая скорость, км/ч	65			85
Длина по осям автосцепок, мм	21320	13770	21470	16400
Наименьший радиус кривой, м	60	50	60	80
Тип тягового двигателя: напряжение, кВ часовая мощность, кВт часовой ток, А длительный ток, А	СБМ-350	СБМ-350	1АД-4346	НБ-406Б
	1,5
	350 250 205		425 304 264	412,5 380 340
Вместимость песочниц, м3	0,48	0,32	0,48	0,8
Поставщик	Германия		Чехия	НПО «ДЭВЗ»*

*Научно-производственное объединение «Днепропетровский электро-возостроительный завод».

Таблица 1.3

Технические характеристики тяговых агрегатов постоянного тока

Основные параметры	ПЭ2У	ПЭ2М	ПЭ3Т	ПЭУ1
Ширина колеи, мм	1520			750
Номинальное напряжение, кВ	3,0/1,5			0,55
Состав локомотива	ЭУ+МД+МД		ЭУ+САП+МД	ЭУ
Осевая формула	3(20-20)			20-20
Сцепная масса, т	368		372	30
Грузоподъемность моторного думпкара, т	45,5	44		-
Часовой режим: мощность, кВт сила тяги, кН скорость, км/ч	5 520/2 640 663 29,5/13,9	5 460/2 570 694 28,9/12,5	6 480 662 30/24	252 53,8 16,9
Наибольшая скорость, км/ч	65			45
Длина по осям автосцепок, мм	51 306			10 670
Наименьший радиус кривой, м	-	80		40
Мощность автономного источника питания, кВт	-	-	1471	-
Тип тягового двигателя: напряжение, кВ часовая мощность, кВт часовой ток, А длительный ток, А	НБ406Б 1,5 460 - -	ДТ9Н 1,5 455 335 300		- - 63 - -
Вместимость песочниц, м3	0,72	0,72	0,72	-
Вместимость топливного бака, л	-	-	3500	-
Поставщик	НПО «ДЭВЗ»

Выбор типа вагона производиться с учетом физико-механических свойств транспортируемых грузов и применяемого выемочно-погрузочного оборудования.

Универсальные полувагоны (рис. 1.1, табл. 1.5), в основном, ис-пользуются для транспортирования угля. Тальботы (рис 1.2) применяя-ются для транспортирования сыпучих грузов. Вагоны с поднимающимся кузовом (рис. 1.3), предназначены для транспортирования легких грузов, нашли ограниченное применение. Хопперы (рис 1.4) используются для подвоза балласта. Наибольшее распространение на открытых горных разработках получили думпкары (рис 1.5, табл. 1.6).

При небольших объемах перевозок следует использовать думпкаров производительностью до 100 т. При значительной производительности (А>40млн т) целесообразно применять думпкары грузоподъемностью более 120т.

Таблица 1.4

Технические характеристики тяговых агрегатов переменного тока

Основные параметры	ОПЭ1А/ ОПЭ1АМ	ОПЭ1Б	ОПЭ2	ЕL10/EL20	ОПЭ1
Ширина колеи, мм	1 520
Номинальное напряжение, кВ	10
Состав локомотива	ЭУ+САП+МД		ЭУ+2МД		ЭУ+САП++МД
Осевая формула	3(20-20)
Сцепная масса, т	372/368	372		366	360
Грузоподъемность моторного думпкара, т	44			55	45
Часовой режим: мощность, кВт сила тяги, кН скорость, км/ч	5 325 662,4 29,80			4 770 (5 367) 668(690) 25,7(28)	5 325 810 28,5
Наибольшая скорость, км/ч	65			50	65
Длина по осям автосцепок, мм	51300	51300	51300	52 300	51 306
Наименьший радиус кривой, м	80	80	80	80	80
Мощность автономного источника питания, кВт	1103	1471	-	-	1471
Вместимость песочниц, м3	0,72	0,72	0,72	800 кг	0,72
Вместимость топливного бака, л	3500	3500	-	1700 кг	3500
Поставщик	НПО «ДЭВЗ»			Германия	НЭВЗ*

* Новочеркасский электровозостроительный завод

При выборе типа вагона в зависимости от типа применяемого вы-емочно-погрузочного оборудования сначала определяют фактическое количество ковшей экскаватора, загружаемых в кузов вагона (округляется до целого):

, (1)

где q- грузоподъемность вагона, т; V_К – вместимость ковша экскаватора, м³; γ – насыпная плотность груза, т/м³.

Рис. 1.1. Универсальный полувагон: а- поперечное сечение в транспортном положении;

б- то же, в положении разгрузки; 1- вертикальные стенки; 2- горизонтальный пол; 3- разгрузочные люки

Таблица 1.5

Технические характеристики универсальных полувагонов

Основные параметры	ПС-63	ПС-75	ПС-94	ПС-125	Полувагон для медной руды	ПС-69	ПС-71	ПС-129
Грузоподъемность, т	63	75	94	125	115	69	71	129
Вместимость кузова (гео-метрическая), м3	73	85	106	140,3	71	76	83	141
Масса тары вагона, т	22,4	25	33	46		22,5	21,3	48,4
Коэффициент тары	0,360	0,333	0,350	0,326	0,400	0,326	0,300	0,360
Число осей вагона	4		6	8		4		8
Основные размеры, мм: длина по осям автосцепок ширина			16 400	20 240 3 134	15 800 3 100			20500 3194
	13 920					13 920 3 134
	3 130	3 220
высота от головки рельса	3 484	3 746	3 790	3 870	3 100	3491	3474	3970
Размеры кузова внутри, мм	12 126x x2 878x x2 060	12 228x x2 964x x2 315	14 690x x2 922x x2 370	18 748x x2 846x x2 510	14140x2 920x x1 870	12 700x x2 878x x2 060	12 700x x2 878x x2 240	-
Число разгрузочных люков	14	14	16	22	Глухой пол	14	Глухой пол	22
Изготовитель -машино- строительный завод	Крюковский				Днепродзер- жинский	Уральский	ПО «Азовмаш», Г. Мариуполь

Вид А

Рис. 1.2. Тальбот

Вид А

Рис. 1.3. Полувагон с поднимающимся кузовом: а- поперечное сечение в транспортном положении;

б- то же, в положении разгрузки

Рис. 1.4. Хоппер

Вид А

Рис. 1.5. Шестиосный думпкар: а- поперечное сечение в транспортном положении; б- то же, в положении

разгрузки; 1- автосцепка; 2- лобовая стенка; 3- продольный борт; 4- нижняя рама; 5- верхняя рама;

6- тележка; 7- пневматическая система

Таблица 1.6

Технические характеристики думпкаров

Основные параметры	6ВС-60	ВС-66	ВС-85	2ВС-105	ВС-145 (модель 34-66)	ВС-145 (модель 34-669)	ВС-180
Грузоподъемность, т	60	66	85	105	145		180
Масса тары, т	29,04	27,72	34,85	47,25	78,01	77,87	68,4
Вместимость кузова (геометрическая), м3	26,2	35,2	38	48,5	68	50	58
Коэффициент тары	0,484	0,42	0,41	0,45	0,538	0,537	0,38
Число осей вагона	4			6	8
Основные размеры, мм: ширина кузова (наружная) высота вагона длина кузова	3 215 2 680 10 000	3 197 Н. д. Н. д.	3 520 3 236 10 580	3 750 3 240 13 400	3 500 3 635 Н. д.	3 380 3 490 Н. д.	3 460 3 285 16 216
Длина вагона по осям автосцепки, мм	11 830	12 450	12 170	14 900	17 630	Н. д.	17 580

Затем рассчитываем фактическую грузоподъемность вагона q_ф, т, по формуле

. (2)

После чего определяют коэффициент использования грузоподъ-емности вагона:

. (3)

Данные расчеты производим для 2-3 вагонов при одном типе экс-каватора и выбираем для дальнейших расчетов тот вагон, который имеет К_q, наиболее близкий к единице.

Определение массовой нормы поезда. Массовая норма поезда М_пр, т, устанавливается из условия его равномерного движения по руководящему уклону:

(4)

где М_СЦ- сцепная масса локомотива, т; g- ускорение свободного падения, м/с²; ψ- коэффициент сцепления колеса локомотива с рельсом в процессе движения (табл. 1.7); ω_о^/, ω_о^//- удельное основное сопротивление движению, соответственно, локомотива и вагона, Н/т; i_р- величина руководящего уклона, ⁰/₀₀.

Таблица 1.7

Значения коэффициента сцепления колеса локомотива с рельсом

Способ соединения двигателей	Коэффициент сцепления
	при движении	при трогании с места
Последовательно-параллельное при ступенчатом регулировании скорости (EL2, EL1, 21E, 26E, ПЭ2М)	0,22-0,24	0,28-0,30
Параллельное при ступенчатом регулировании скорости (Д94, Д100М, ОПЭ1)	0,25-0,27	0,32-0,34
Параллельное при плавном регулировании скорости (ОПЭ2, ПЭ3Т, EL10)	0,27-0,29	0,34-0,36

При подсыпке песка под движущиеся колеса значение коэффициента сцепления следует увеличить на 10-15 ⁰/₀.

Удельное основное сопротивление движению, Н/т, определяют по эмпирическим формулам:

для карьерных электровозов при движении под током

(5)

при движении без тока

(6)

для четырехосных груженых вагонов

(7)

для шестиосных и восьмиосных груженых вагонов

(8)

где - соответственно, часовая и конструктивная скорости движения локомотива, км/ч

При движении порожняком значение ω_о^// следует увеличить на 20⁰/₀

Вычисленную по формуле (4) массу проверяют по условию трога-ния поезда с места:

(9)

где: Ψ_ТР- коэффициент сцепления колеса локомотива с рельсом при тро-гании поезда с места (см. табл. 1.6); ω_ТР- дополнительное удельное сопротивление при трогании поезда с места, ω_ТР= 40-70 Н/т; i_ТР- величина уклона участка, на котором поезд трогается с места, ⁰/₀₀; а - ускорение поезда при трогании с места а = 0,05 м/с².

Из двух значений Мпр для дальнейших расчетов принимают меньшее, по которому определяется число вагонов в составе:

, (10)

где q, q_Т- соответственно, грузоподъемность и собственная масса ваго-на, т; К_Т- коэффициент тары вагона. Полученное значение n округляют в меньшую сторону и производят пересчет значения М_ПР.