CC BY
196
ГРНТИ 73.41.15
Г. Сармурзин1, А. К. Каракаев2, Х. З. Бейсенова3, Р. Ю. Зарипов4
'магистрант, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан; 2д.т.н., профессор, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан; 3ст. преподаватель, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан; 4преподаватель, Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан e-mail: 'galimzhan_st@mail.ru; 2a.karakaev@mail.ru; 4ramis.zaripov@mail.m
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ЭФФЕКТИВНОЙ РАЗГРУЗКЕ СМЕРЗШЕГОСЯ ГРУЗА ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОЛУВАГОНОВ
В настоящей статье рассмотрены основные прогрессивные решения, заложенные в технологию разрушения смерзшегося сыпучего груза в железнодорожных полувагонах перед его разгрузкой в зимнее время.
В условиях резко континентального климата при низких температурах в зимнее время повышение эффективности выгрузки смерзшихся грузов из грузовых полувагонов является актуальным направлением для исследований.
Рассмотрены стационарная виброорыхлительная установка, специальные гаражи-размораживатели (конвективный, комбинированный, с инфракрасными излучателями и горелками), вагоноопрокидыватели и дробильно-фрезерные машины. Разработана технологическая схема по эффективной выгрузке смерзшегося груза из железнодорожных полувагонов, которая включает в себя шесть основных этапов. Для каждого этапа рассмотрены типы оборудования. Применение описанных технологий позволит снизить повреждаемость грузовых полувагонов, увеличить пропускную способность пунктов разгрузки угля, сократить простои вагонов.
Ключевые слова: разгрузка смерзшегося груза, полувагон, виброорыхлительная установка, гараж-размораживатель, вагоноопрокидыватель, дробильно-фрезерная машина.
ВВЕДЕНИЕ
При эксплуатации горно-перерабатывающих предприятий выполняются, большие объемы разгрузочно-погрузочных работ. При этом наиболее сложной является разгрузка грузов, потерявших свою сыпучесть вследствие смерзания в железнодорожных полувагонах.
Вполне очевидно, что для создания эффективной технологии разгрузки мерзлых грузов, необходимо применение целого производственного комплекса, состоящего из технических средств. Однако, до последнего времени, отсутствуют рекомендации, в которых рассмотрена технологическая схема в целом, позволяющие наиболее эффективно разгружать мерзлые грузы. Поэтому в рамках данной работы предпринята попытка разработать эффективную технологическую схему разгрузки смерзшихся и агрегированных сыпучих грузов из железнодорожного транспорта посредством вагоноопрокидывателя.
Авторы понимают, что такая работа должна предварительно включать в себя весь комплекс исследований, начиная с определения механических свойств смерзшегося угля в зависимости от его влажности и температуры, а также
у « о
удельной контактной прочности примерзания груза к стенкам вагона. Затем на базе этих данных можно выполнить корректное обоснование применения необходимых тепловых размораживающих методов и вибромеханических средств для разработки эффективной технологии разупрочнения смерзающегося угля и разгрузки его из полувагонов.
На базе проведенных исследований и результатов обобщения практического опыта была разработана технологическая схема эффективной разгрузки сыпучих, смерзающихся грузов (уголь, руда, концентрат, окатыш и др.) из железнодорожных полувагонов с помощью вагоноопрокидывателя (рисунок 1). Предложенная нами технологическая схема разрабатывалась, в основном, для разгрузки смерзшихся углей, однако она применима для любых других сыпучих грузов, перевозимых железнодорожным транспортом в холодное время года.
V
Рисунок 1 - Технологическая схема разгрузки
Технологическая схема, приведенная на рисунке 1, включает в себя 6 основных элементов, выполнение которых является, с нашей точки зрения, необходимым для выполнения эффективной и высокопроизводительной разгрузки смерзшихся сыпучих грузов из ж.д. полувагонов при любой наружной отрицательной температуре воздуха. Для понимания сущности схемы далее рассмотрим основные технические средства и технологические приемы, соответственно, входящие конкретно в эти элементы технологической схемы:
1 - вибрационное рыхление мерзлого груза с помощью стационарных виброрыхлительных установок типа ВРУ или, в крайнем случае, при малой производительности переносных виброрыхлителей;
2 - разогрев полувагона с прорыхленным мерзлым грузом в гараже-размораживателе (тепляке);
3 - подача вагонов с разогретым и частично восстановившим свою сыпучесть грузом на вагоноопрокидыватель;
4 - выгрузка груза путем опрокидывания полувагона в вагоноопрокидывателе;
5 - вывод пустого полувагона из вагоноопрокидывателя для его зачистки, ремонта и собирания в, принятые технологией на данном предприятии, ставки железнодорожного состава;
6 - дробление, при необходимости, крупных агрегированных кусков груза, которые не проходят через отверстия в надбункерных решетках, вручную отбойными молотками, молотково-дробильным иили дробильно-фрезерными машинами, например, типа ДФМ.
Ниже рассмотрим основные технические средства и технологические решения, которые хорошо зарекомендовали себя и могут применяться в элементах технологии разгрузочно-погрузочного комплекса на примере рассматриваемого нами промышленного предприятия.
Стационарная виброрыхлительная установка (ВРУ), состоящая из 3-х вибромодулей, представляет собой металлическую конструкцию шириной в нижней части 5,3 м, длиной 12 м и высотой 12 м, состоящую из 2-х ярусов. ВРУ располагается над ж.д. путем таким образом, чтобы её продольная ось совпадала с осью.
Рисунок 2 - Стационарная виброрыхлительная установка
Вибромодули расположены с заданным интервалом между собой таким образом, чтобы не разрыхленные участки мерзлого груза между заходками имели незначительные размеры. Величина динамической силы регулируется количеством дебалансных масс вибровозбудителя, расчетными амплитудно-частотными характеристиками воздействия, а главное выдержкой строго определенного соотношения между массами верхней рамы и всего вибромодуля, а также жесткостью связывающих нелинейных упругих связей.
Управление ВРУ осуществляет один оператор. Управление работой ВРУ может выполняться и в автоматическом режиме. Установка ж. д. полувагонов, их фиксация, управление отметками уровня подъема вибромодуля в вертикальной площади на верхнем положении и на нижнем регулируемом уровне разрушения смерзшегося груза рыхлящими штырями может выполняться системой автоматизации, состоящей из контролера, вращающегося определителя положения вибромодуля, контроллеров, датчиков, системы самопроверки, программного обеспечения и компьютерного оснащения. Для защиты работающих и самой ВРУ от вибрации, возникающей в процессе рыхления смерзшихся грузов, применена противовибрационная траверса, удерживающая вибромодуль, а опорные узлы выполнены с резиноэластичным амортизированием.
Вторым элементом технологической схемы (рисунок 1) применяемым для разогрева разрыхленного мерзлого груза в ж.д. полувагонах используются специальные гаражи-размораживатели (тепляки). Тепляки предназначены для внутреннего долгого и пленочного быстрого оттаивания груза в полувагоне. Они представляют собой капитальные сооружения и их существует несколько типов. Далее рассмотрим основные конструкции тепляков (рисунок 3).
Рисунок 3 - Конвекционный тепляк
Конвективные тепляки состоят из одной или нескольких секций с камерами оттаивания и машинного отделения для выработки и подачи в них теплоносителя. Смерзшийся груз в вагонах оттаивается в камерах секций тепляка различными видами теплоносителя. Конвективный тепляк (рисунок 3) для оттаивания смерзшегося угля состоит из: 1 - вентилятора; 2 - машинного отделения;
3, 4 - коробов падающих и рециркуляционных; 5, 6 - рециркуляционных и падающих патрубков; 7 - бетонных коробов; 8 - нагнетательных шахт; 9 - электродвигатель. В зависимости от пропускной способности тепляка секции сооружают длиной от 156 до 320 м, для одновременного размещения в них
по 10 - 20 четырехосных или восьмиосных полувагонов. Обычно ширина каждой секции тепляка принимается 6 м, а машинного отделения 9 м.
Теплоноситель машинного отделения оборудуют специальными топками, соединенными воздухопроводящими каналами с камерами секций оттаивания и устройствами для зажигания газовоздушной смеси. Оттаивают смерзшуюся руду дымовыми газами, получаемыми от сжигания в топках смеси коксового и доменного газов. При этом продукты сгорания, имеющие температуру до 950 °С, поступают в смесительную камеру. Теплоноситель нагнетается в секции тепляка по металлическим трубопроводам, уложенным в бетонные каналы под полом. В камерах секций газовоздушная смесь распределяется при помощи соединенной с этими трубопроводами вертикальными отводами системы разводящих труб с размещенными на них через 2 м патрубками-соплами.
Через них под днище полувагона со смерзшимся грузом подается более 70 % всего объема теплоносителя. Так, например, тепляки ряда коксохимических заводов имеют длину 216 м, что обеспечивает вместимость 15 четырехосных и 13 шестиосных вагонов, ширина секции размораживания - 6 м, высота - 5,5 м. В них используется дымосос Д-15,5, производительностью 6,5* 104 м3/час, мощность ЭД дымососа - 75 кВт, производительность топок по газу 300 м3/час.
Тепляки для оттаивания смерзшейся углепородной массы отличаются в основном тем, что в них запрещена подача к углю теплоагента с температурой более 100..Л10°С.
Рисунок 4 - Тепляк с комбинированным подводом тепла
Тепляк с комбинированным подводом тепла к ж.д. полувагонам с размораживаемым грузом (рисунок 4) состоит из следующих элементов: паропровода 1; вентилятора 2; всасывающего короба 3; потолочной панели 4; конденсатной магистрали 5; общей сточной магистрали 6; нижней панели 7; кузова вагона 8; напорных воздуховодов 9; отражательных экранов 10 и 11
трубчатых панелей. Типовой тепляк по длине разделен на восемь самостоятельных теплоизлучающих секций длиной по 14 м. Каждая из них состоит из потолочной панели 4, боковых вертикально-трубчатых панелей 11, состоящих из монтажных блоков длиной 3 м, и нижних панелей 7, расположенных внутри железнодорожного пути. В секциях размещены паровые излучатели с площадями поверхности нагрева: потолочные - 82 м2, боковые - 164 м2 и нижние излучатели - 31 м2.
Рисунок 5 - Общий вид установки с газовыми инфракрасными излучателями
Рисунок 6 - Принципиальная схема установки с газовым инфракрасными излучателями
Достаточно широко разрекламированными и применяемыми в последнее время являются установки с газовыми инфракрасными излучателями для оттаивания смерзшейся угля, руды и других концентратов (рисунок 5). Принципиальная
схема установки с газовым инфракрасными излучателями поясняется на рисунке 6: газопровод - 1; фундамент металлоконструкций - 2; панели верхнего обогрева - 3; верхние обвязочные пояса, соответственно, для шестиосного - 4 и четырехосного - 5 вагонов; приводов - 6; газопровода к горелке - 7; горелки - 8; направляющей рамы - 9 и опорных металлоконструкций - 10. Установка включает в себя: агрегаты с газовыми инфракрасными излучателями с подвижными системами, системы подвода газа и воды, контрольно-измерительную аппаратуру, пульт управления, помещение установки с железнодорожным путем нормальной колеи,
и -¥"/• и и и
маневровое устройство. Каждый моноблочный элемент состоят из горелочной панели верхнего обогрева и двух перемещающихся по направляющим кареток, на которых расположены газогорелочные устройства нижнего обогрева.
Смерзшаяся в полувагоне железная руда или концентрат с толщиной слоя 200..300 мм, от стенки полувагона, оттаивает в установке в 1,5.. 2 раза быстрее, чем в конвективном тепляке. Особенно заметно увеличивается скорость размораживания (в 5..6 раз) при оттаивании слоя смерзшегося груза толщиной 20..30 мм.
Все рассмотренные способы термического оттаивания смерзшейся горной массы имеют один недостаток - они являются очень энергоемкими. Так, например, общие затраты тепла на разогрев 60-тонного вагона с учетом потерь на разогрев самого вагона и ограждающих поверхностей тепляка составляет от 3-х до 4-х млн ккал, в том числе на разогрев смерзшейся горной массы от -15 до 0 °С расходуется только 380...400 тыс. ккал, т.е. полезное использование тепла 10.20 %. Установки с инфракрасными излучателями, не смотря на то, что они позволяют увеличить скорость приконтурного размораживания в 1,5.2 раза, они также значительно увеличивают расход природного газа по сравнению с обычными тепляками и имеют достаточно сложное технологическое исполнение.
Следующим элементом общей технологической схемы является роторный стационарный вагоноопрокидыватель, который выгружает груз из полувагона путем его опрокидывания.
Рисунок 7 - Общий вид с выгружаемым вагоном
1 - ротор; 2 - прижимное устройство; 3 - привалочная стенка; 4 - малый вибратор, устанавливаемый на опорных лапах; 5 - большой вибратор, устанавливаемый на балке соединяющей диски ротора Рисунок 8 - Схема ротора
Вагоноопрокидыватель состоит из ротора, платформы с люлькой 2, механизма опрокидывания 3 и вибрационных устройств 4 для удаления остатков груза из полувагона. Ротор вагонопрокидывателя 1 связан балками, внутри него размещается платформа 2 и отбойная привалочная плита 3. Для улучшения высыпания груза из полувагона в момент его опрокидывания на роторе вагоноопрокидывателя устанавливаются вибраторы направленного действия 4, как правило, двух типов.
Малые вибраторы устанавливаются на опорные лапы вагоноопрокидывателя (обычно их три) и большие вибраторы (обычно два) устанавливаются на балках соединяющих ротор вагоноопрокидывателя. Для повышения долговечности большие вибраторы оборудуются специальной виброгасящей системой. В момент начала поворота ротора цепь энергопитания вибраторов размыкается. При включении электродвигателя вагоноопрокидывателя ротор начинает проворачиваться и платформа с полувагоном перемещается к привалочной отбойной стенке. При повороте на 175° полувагон опирается верхней обвязкой на опорные лапы с малыми вибраторами. Когда электродвигатели вагоноопрокидывателя отключаются производится включение вибраторов. Как правило, время включения вибрации составляет порядка 10...20 с.
Предпоследним пунктом технологической схемы является зачистка полувагонов от остатков восстановившим свою сыпучесть груза после его разгрузки. Данный элемент в технологической схеме необходим, поскольку практически при любой технологической схеме выполнения разгрузки требуется дополнительная очистка полувагонов. В настоящее время существует ряд
технологических решений по очистки полувагонов от остатков насыпных грузов, в частности, механическая очистка полувагонов различными вращающими вертикальными и горизонтальными щетками или скребками, использование вибраторов, турбореактивных технологий и другие. Поэтому при выборе оптимального способа очистки полувагона от остатков груза, в первую очередь, необходимо исходить из экономической целесообразности с учетом конкретных технологических условий.
Последним элементом технологической схемы является дробление крупных агрегированных кусков груза, которые могут не пройти через отверстия в надбункерных решетках под вагоноопрокидывателем. Дробление при необходимости может выполняться вручную отбойными молотками, молотково-дробильными, дробильно-роторными или дробильно-фрезерными машинами, например, типа ДФМ. Данные машины устанавливаются по одной над каждым бункером вагоноопрокидывателя.
Дробление кусков агрегированного груза производится вращающимися зубьями на основной и боковых фрезах ДФМ при ее движении вперед поперек продольной оси вагоноопрокидывателя.
Режим работы машины взаимосвязан с работой вагоноопрокидывателя наличием блокировок. Во время опрокидывания полувагона машина находится в исходном положении. Управляет ею машинист вагоноопрокидывателя с дистанционного пульта.
38
1 - электродвигатель механизма перемещения машины; 2, 3 - редуктор и цепь механизма перемещения машины; 4 - основная центральная фреза с режущими зубьями; 5, 8 - ходовые колеса для перемещения машины; 6 - редуктор двигателя фрезы; 9 - электродвигатель; 10, 11 - двухступенчатый редуктор; 12, 13 - масленка переносная с трубопроводом и стационарная Рисунок 9 - Дробильно-фрезерная машина
ВЫВОДЫ
Таким образом, разработанная технологическая схема, включающая в себя основные технические средства и приемы, позволит эффективно разгружать смерзшийся сыпучий груз из ж.д. полувагонов при любой отрицательной температуре воздуха.
При соблюдении технологии выгрузки смерзшегося груза повреждения кузова вагона будут минимизированы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Минеев, С. П. Вибрационное и волновое рыхление агрегированной сыпучей горной массы [Текст] / С. П. Минеев, А. Л. Сахненко, С. А. Обухов. - Д. : Днепр, 2005. - 212 с.
2 Батицкий, В. А., Куроедов, В. И., Рыжков, А. А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности. - М. : Недра, 2001. - 303 с.
3 Попович, Н. Г., Данильчук, Г. И., Лисовский, В. С. и Янчук, Г. М.
Автоматизация производственных процессов угольных шахт. - К. : Высшая школа, 2003. - 336 с.
4 Виброустановка для разгрузки смерзшихся сыпучих материалов из железнодорожных полувагонов [Текст] / С. П. Минеев [и др.] // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 3. - С. 86.
5 Ким, К. К., Шпилев, М. А. Комплекс для выгрузки угля из полувагонов. / Статьи: информационный портал [Электронный ресурс]. - URL: https://elibrary. ru/item.asp.id=22706030.
Материал поступил в редакцию 12.12.17.
Г. Сармурзин, А. К. Каракаев, Х. З. Бейсенова, Р. Ю. Зарипов
1ем1ржол вагондарынан муздатылган жYктердl тшмд1 тYClрудщ непзп
технологияльщ шеш1мдер1
Металлургия, машинажасау жэне келж факультет^ С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы.
Материал баспаFа 12.12.17 тYстi.
G. Sarmurzin, А. K. Karakaev., H. Z. Beisenova, R. Zaripov
Main technological solutions for effective unloading of frozen cargo from railways vagons
Faculty of Metallurgy, Machine Building and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 12.12.17.
Мацалада муздатылган жYктi темiржолдыц ашъщ вагондарында цыс мезгштде туЫрмес бурын жойышу технологиясына енгiзiлген негiзгi прогрессивтi шешiмдер царалады.
Цыс мезгiлiндегi темен температураларда курт континенталды климат жагдайында жук вагондарынан муздатылган жyктердi тиеудц ттмдшгт арттыру зерттеудщ нацты багыты болып табылады.
Б1з стационарлъщ виброкрреау крндыреысът, арнайы гараждар-дефриттерд1 (конвективтж, аралас, инфракь^ыт радиаторлар мен кыздыргыштармен), автоквлк самосвалдарын жэне унтактау машиналарын карастырамыз. Тем1ржол вагондарынан муздатылган жуктердь тшмаз туару ушт технологиялык сызба жасалды, ол алты нег1зг1 кезецдь цамтиды.
In this article, we consider the main progressive .solutions incorporated in the technology of destruction of frozen bulk cargo in railway open wagons before its unloading in winter.
In conditions of a sharply continental climate at low temperatures in the winter, an increase in the efficiency of discharging frozen cargo from freight gondola cars is an actual direction for research.
We consider stationary vibro-rummaging installation, special garages-defrosters (convective, combined, with infra-red radiators and burners), car dumpers and crushing and milling machines. A technological scheme has been developedfor efficient unloading of the frozen cargo from railway gondola cars, which includes six main stages. For each stage, the types of equipment are considered. Application of the described technologies will allow to reduce the damageability offreight gondola cars, increase the capacity of coal unloading points, and reduce downtime of cars.
