Общие сведения. Весовая норма (расчетная масса) поезда является одним из важнейших параметров горно-транспортной системы открытых горных разработок. Наилучшие показатели работы карьерного транспорта достигаются в том случае, когда весовая норма поезда устанавливается из условия полного использования тяговых и тормозных свойств выбранного типа ЭПС. Лимитирующим участком, по которому определяется несовая норма поезда, является капитальная выездная траншея, имеющая максимальный (руководящий) уклон.

Весовая норма поезда по тяговым свойствам ЭПС рассчитывается для режима трогания с места и последующего разгона поезда до расчетной скорости (0р) на руководящем подъеме капитальной траншеи для исключения возможности сбоя графика движения поездов при их случайных (илн предусмотренных графиком) остановках на этом участке, который является также лимитирующим по пропускной способности. Проверка весовой нормы поезда по тормозным свойствам ЭПС производится также на участке траншеи с руководящим уклоном для следующих режимов торможения: спуск поезда с заданной установившейся скоростью (электрическое торможение), экстренная остановка поезда на нормированной длине тормозного пути (пневматическое торможение самостоятельно или совместно с ЭМРТ), удержание груженого поезда после его остановки (ручные тормоза ЭПС или тормозные башмаки, устанавливаемые под колесными парами ЭПС и прицепных думпкаров).

Зависимость между тяговыми и тормозными свойствами ЭПС, весовой нормой поезда и профилем пути устанавливается на основании уравнения движения поезда, которое в общем случае записывается в следующем виде:

Мщ, ЮЗ = Г_у (V, О. (2.31)

где М_пР - приведенная масса поезда, т;

Ру - равнодействующая сила, Н, приложенная к поезду и являющаяся функцией скорости движения V, м/с, и времени t, с.

Приведенная масса поезда М_ар = КивМ, где /Син=1+у называется коэффициентом инерции вращающихся частей (для тяговых агрегатов он равен 1,33, для порожних думпкаров - 1,00, для груженых-1,03), а М - физическая масса поезда, т.

Определение весовой нормы поезда по тяговым свойствам ЭПС. Равнодействующая сила при разгоне поезда на руководящем подъеме до установившейся расчетной скорости о_р

Г_у = Г_р-\Р_р, (2 32)

где В_р -расчетная сила тяги ЭПС, определяемая по формуле (2.3);

ХР_р -сопротивление движению поезда на руководящем'подъеме:

\У_р = Мя (ю₀ + /_р).

(2 33)

Здесь 1_р - эквивалентный расчетный подъем, равный сумме руководящего подъема траншеи и дополнительного удельного сопротивления при движении по кривой, которое рассчитывается по формулам (2.11) - (2.13).

При заданном среднем ускорении в процессе разгона поезда (йи/Ш=а обычно принимается равным 0,05 м/с²) весовая норма груженого поезда по тяговым свойствам ЭПС на основании выражений (2.31) - (2.33) составит

(2 34)

Для тяговых агрегатов, имеющих в своем составе моторные думпкары, формула (2.34) справедлива только при движении груженого поезда вверх по траншее. При разработке нагорных карьеров по тяговым свойствам ЭПС определяется весовая норма порожнего поезда, которая в этом случае

(2 35)

Для ЭПС, в составе которых нет моторных думпкаров, весовая норма при движении вверх по траншее груженого или порожнего поезда является одинаковой и устанавливается по формуле (2.34).

Проверка весовой нормы поезда по реостатному тормозу. В режиме электрического реостатного торможения, основным требованием к которому является обеспечение равномерного движения поезда по руководящему уклону с установившейся скоростью (а- 0), равнодействующая сила, приложенная к поезду,

/=> = - В_р + Л4? (1_Р - и>₀) = 0, (2.36)

а весовая норма поезда

При спуске груженого поезда массой Л4_рг по руководящему уклону траншей в уравнение (2.37) следует подставлять значения В_р, определенные по формуле (2.17) и приведенные в табл. 2.2. Если тормозная сила ЭПС лимитируется ие сцеплением, а мощностью тормозных резисторов, то значение В_р следует рассчитывать по формуле (2.20). При спуске порожнего поезда массой М_рп расчетные тормозные силы В_р определяют по формуле (2.18), значения которых приведены в табл. 2.2.

Проверку весовой нормы поезда, установленной по тяговым свойствам ЭПС, в режиме реостатного торможения удобно производить следующим образом. Если груженое направление движения вверх и весовая норма поезда определены по формуле (2.34), то для обеспечения надежного спуска порожнего поезда при движении в обратном направлении необходимо, чтобы его масса, равная Л1_тг(1- -Кип), была бы меньше массы Л4_рп, рассчитанной по формуле (2.37) для порожнего режима. Это условие выражается неравенством

^⁽¹-^нп) ^ ф,(1-Унмд) ₍₂₃₈₎

(®0 -Ир)^ + А:_и„а-103 (г'р - ^юо) 8 ’ ' ’

где ф_р - расчетный коэффициент сцепления при тяге, который определяют по формуле (2.5) или (2.6) в зависимости от типа ЭПС;

Кшт Каыд - коэффициенты нетто соответственно поезда и моторных думпкаров ЭПС;

ф_т - расчетный коэффициент сцепления при реостатном торможении;

Фг = 0,9ф_к/(1 + К«в), (2.39)

где фк - коэффициент сцепления, определяемый по формуле (2.5) для схемы реостатного торможения с самовозбуждением и по формуле (2.6) прн независимом возбуждении.

Коэффициент нетто поезда Кип зависит от тяговых свойств ЭПС (значений фр), руководящего подъема і_Р) грузоподъемности прицепных думпкаров, оцениваемой коэффициентом нетто Кия, и грузоподъемности тяговых агрегатов:

Для электровозов и тяговых агрегатов без моторных думпкаров коэффициенты Кп мд и /Сна равны нулю.

Если тормозная сила В_р при спуске порожнего поезда по траншее с установившейся скоростью V_т ограничена мощностью тормозных резисторов Р_Т, то неравенство (2.38) может быть записано в следующем виде:

_Ф_Р0 - ТСнп)_ _3600Я_Г_

(®о + *'р) 8 + К_ша ¦ 103 (‘р - ™₀)8У!-^г1зп'^г1гя

При груженом направлении движения вниз весовая норма поезда устанавливается, как правило, по тормозным свойствам ЭПС и рассчитывается по формуле (2.37) для груженого режима. В этом случае необходимо, чтобы масса порожнего поезда, определенная по формуле (2.35), была бы больше массы Л4рг(1-Кип), что выражается неравенством

Примечания. I. Коэффициенты нетто К_нд прицепных думпкаров ВС180, 2ВС105, 6ВС60, ВС80 соответственно равны 0,72; 0,686; 0,684; 0,678.

2. Значення К_на приведены для тяговых агрегатов, состоящих из трех тяговых единиц.

3. Для тяговых агрегатов ОПЭ1А, ОПЭ1Б и ПЭЗТ в числителе приведены значения К_на при наличии в составе по одному моторному думпкару, в знаменателе - для варианта поставки с двумя моторными думпкарами (без дизельной секции).

В реальных условиях эксплуатации при груженом движении вверх иногда возникает необходимость освободить вывозную траншею от остановившегося груженого поезда в результате аварийного повреждения системы электроснабжения и произвести его спуск в режиме реостатного торможения. Это возможно, если мощность реостатного тормоза позволяет реализовать тормозную силу по сцеплению, а Мтт<М_рг- Это неравенство может быть записано следующим образом:

(2.43)

В результате произведенных расчетов весовая норма поезда устанавливается по тяговым свойствам ЭПС только в том случае, когда она ие лимитируется в режиме электрического реостатного торможения. В противном случае ее снижают до значения, определяемого по формуле (2.37).

Исходные данные для расчетов в режиме реостатного торможения приведены в табл. 2.5.

Проверка весовой нормы поезда на экстренную остановку. Такая проверка выбранной весовой нормы поезда производится на руководящем уклоне выездной траншеи при включении пневматического тормоза самостоятельно или совместно с ЭМРТ. В этом случае тормозная задача сводится к определению зависимости между длиной тормозного пути «_т и скоростью начала торможения во, которая принимается равной скорости спуска поезда до момента подачи сигнала остановки. При нормированной длине тормозного пути (з_т = 300 м) конечной целью указанной задачи является определение допустимой скорости движения по траишее поезда установленной массы М, при которой тормозной путь в случае необходимости экстренной остановки не превышал бы заданной длины. Искомые значения скорости и тормозного пути определяют путем совместного решения дифференциальных уравнений движения поезда при торможении в удельных величинах:

где ? - замедление поезда под действием удельной равнодействующей силы в режиме торможения, равной 1 Н/кН;

Ь_т - удельная тормозная сила, приложенная к поезду массой М, Н/кН:

Лт = В,/(3*в);

шох - удельное основное сопротивление движению поезда при торможении, Н/кН, значение которого в тормозных расчетах для карьерного транспорта рекомендуется определять по следующей формуле:

®ох = 3,2 +0,03щ (2.45)

1р - руководящий уклон вывозной траншей, Н/кН, численно равный уклону, выраженному в тысячных долях (%о).

Учет кривых участков пути на руководящем уклоне при решении тормозных задач производится аналогично режиму тяги, но добавочные сопротивления от кривых вычитаются из значения уклона.

Тормозная сила Вт=В_тм+отэ зависит от характеристик применяемых одновременно типов тормозов. Тормозная сила пневматического тормоза с учетом *1(0

(2 46)

где значения действительных нажатий К_ак и коэффициентов треиия <р_Кдк определяют соответственно по формулам (2.22) и (2.23) или (2.24).

Тормозная сила ЭМРТ аналогично выражению (2.46) определяется уравнением вида

В-еэ = 41 (О КцэЧкАэт- (2.47)

Величины Кю и фкдэ рассчитывают по формулам (2.29) и (2.30). Функции времени, характеризующие процесс изменения тормозных нажатий от нуля до максимума, соответственно пневмотормоза и ЭМРТ:

где a_n*, mi-эмпирические коэффициенты (а₁*=4,4114, а_г‘=-8,5539, а₃* =

= 8,0042, а₄*=-2,826, пц = 0,4213);

<0, <01 - продолжительность времени от момента появления сигнала остановки до начала действия тормозного нажатия соответственно пневматического тормоза и ЭМРТ, с;

<пер, <пер 1 - продолжительность времени нарастания тормозного нажатия от нуля до максимума соответственно пневматического тормоза и ЭМРТ, с;

<i - момент, соответствующий достижению максимального усилия прижатия башмаков ЭМРТ к рельсу, с;

<₂ - момент, соответствующий достижению максимального нажатия колодки, с.

Описанный метод решения тормозных задач основан на решении дифференциального уравнения движения поезда за весь период торможения. Прн этом учитывается монотонное нарастание тормозного нажатия от нуля до максимума

Рис. 2.2. Функции времени, характеризующие процесс нарастания тормозного нажатия от нуля до максимума;

1 -при ЭМРТ, одиночный локомотив, <01=0,6 с, <_пер 1=2 с; 2-5 - при пневматических тормозах (2 - поезд с воздухораспределителем уел. № 498, <о=2 с, <_пер=4 с; 3 - одиночный локомотив с воздухораспределителем уел. № 498, и=2 с; 4 - одиночный локомотив с воздухораспределителем уел. № 270-005-1; <₀=2 с; <_пер = 15 с; 5 - поезд с воздухораспределителем уел. № 270-005-1, <о=4,6 с, <_пер ^-15 с)

путем введения в выражение тормозной силы так называемой функции времени [см. формулы (2.46), (2.47)], значения которой для различных сочетаний подвижного состава и типа тормозов представлены в табл. 2.6 и на рис. Ъ.%.

Проверка весовой нормы поезда на удержание ручными тормозами ЭПС. Такая проверка производится на руководящем уклоне траншеи при аварийной остановке поезда по причине снятия напряжения в контактной сети. С начала приводится в действие вспомогательный пневматический тормоз ЭПС, а затем затягиваются ручные тормоза, после проверки которых вспомогательный тормоз отпускают.

Для удержания груженого поезда массой М_тт на уклоне г_р необходимо, чтобы тормозная сила В_вт вспомогательного илн ручного тормоза (каждого в отдельности) была бы больше скатывающей силы, равной Л4_Тг?(г_Р-ш_тр), где ш_тр - удельное сопротивление движению поезда при трогаиии с места (ш_тр=4 Н/кН). Вместе с тем скатывающая сила поезда на уклоне не должна превышать допустимую силу по сцеплению. Указанные условия описываются следующим неравенством:

где Лк -число колодок, приходящихся на одну колесную пару;

ф_р -расчетный коэффициент сцепления при скорости и=0 (для тормозных расчетов принимают ф_Ко = 0,3).

Для обеспечения надежного удержания груженого поезда на руководящем подъеме на тяговых агрегатах ПЭ2М, ОПЭ2, ОПЭ1А, ОПЭ1Б и ПЭЗТ в режиме торможения вспомогательным тормозом все цилиндры получают сжатый воздух непосредственно через кран вспомогательного тормоза, отрегулированный на давление 0,49 МПа. Нажатие колодки на колесо Как в режиме удержания ручными тормозами тягового агрегата поезда на уклоне следует определять по формуле (2.22).

Пневматические тормоза с воздухораспределителями