CC BY
28
© Л.А. Крупник, И.Н. Столповских, 2003
УЛК 622.61/67
Л.А. Крупник, И.Н. Столповских
ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВЛЕНИЯ МАССЫ ПОЕЗЛА В ВЫСОКОГОРЫХ УСЛОВИЯХ ПОЛЗЕМНЫХ РУЛНИКОВ
Проводимая в странах СНГ реформа рыночных хозяйственных отношений, особенно остро ставит перед горнодобывающей промышленностью задачи увеличения добычи полезных ископаемых за счет реконструкции и освоения существующих мощностей и строительства новых предприятий путем освоения месторождений в высокогорных условиях залегания. Число таких месторождений возрастает значительно быстрее по сравнению с месторождениями, появляющимися в равнинных условиях. Анализ известных и вновь разведанных месторождений показывает, что в них преобладают самые ценные и дефицитные руды редких, благородных и цветных металлов, имеющих исключительное значение для современных технологий.
Физико-географические, технологические и экономические особенности высокогорных районов, неблагоприятно отражающиеся на работе горного электромеханического оборудования, проявляются с высоты 1000 м и особенно ощутимы на высотах более 2000 м над уровнем моря, при которых возникают трудности, не встречающиеся в равнинных районах. Поэтому при теоретических исследованиях, проектировании, строительстве и эксплуатации высокогорных рудников необходимо их учитывать.
Важнейшей особенностью условий высокогорья является сама высота, вызывающая понижение барометрического давления, плотности воздуха и происходящего вследствие этого снижения электрической прочности (разряженности) и влажности воздуха.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗЛУХА
Диапазон изменения параметров атмосферы при переходе работы от стандартных условий к высокогорным, приведен в табл. 1, из которой следует, что каждой высоте над уровнем моря соответствует определенное соотношение давления воздуха Ро, температуры ^ и плотности уо. Основная специфика высокогорных условий для работы тяговых двигателей электровозного транспорта, заключается в том, что с понижением плотности атмосферного воздуха снижается и электрическая прочность воздушных промежутков, существенно влияющих на нагревание тяговых двигателей электровозов в процессе их работы, а это является одним из условий, ограничивающих массовую норму поезда и соответственно технико-экономических показателей электровозного транспорта.
Эффективная мощность, тепловые и энергетические показатели тяговых двигателей электровозов, гарантируются при определенных атмосферных условиях. Выявление сущности воздействия внешних условий высокогорья на работу электровозного транспорта и установление качественных закономерностей этого влияния является важной задачей, конечная цель которой - их количественная оценка, позволяющая определить допустимые и рациональные режимы работы электровозного транспорта в условиях высокогорья при его проектировании с учетом требований микрологистики.
Главным недостатком сложившейся практики выбора мощности тяговых двигателей электровозов при их проектировании и конструировании является обособленность установления тяговых характеристик от реальных условий эксплуатации.
Для условий высокогорных подземных рудников нагрузки на тяговые двигатели во время рейсовой работы зависят от сочетания большого количества факторов. К основным из них относятся: грузоподъемность состава (Огр); уклоны откаточ-
Высота над уровнем моря Н, м Давление воздуха РЛ0'5, Па (кгс/см2) Температура воздуха, о оС Плотность воздуха, уо, кг/м3 Значения коэффициента электрической прочности воздушный промежутков
0 0,98 (1,0) 15 1,225
500 0,92 (0,94) 11,75 1,167
1000 0,86 (0,885) 8,5 1,112 1,0
1500 0,82 (0,835) 5,25 1,058 0,95
2000 0,77 (0,785) 2,0 1,008 0,9
2500 0,72 (0,737) -1,25 0,957 0,85
3000 0,67 (0,691) -4,5 0,909 0,8
3500 0,64 (0,65) -7,75 0,863 0,75
4000 0,60 (0,61) -11,0 0,819 0,72
4500 0,56 (0,57) -14,25 0,777 0,67
5000 0,52 (0,535) -17,5 0,736 0,62
ных путей (1); напряжение контактной сети (С) скорости движения груженых и порожних составов ( Ур, У); коэффициенты сцепления колес электровоза с рельсами при трогании (у) и при торможении (ут); относительная продолжительность действия нагрузок (£) и другие. Таким образом, мощность тяговых двигателей электровозов можно представить как функцию
Г = /(О, 1, С, Угр V, у, у ) (1)
Выполненные исследования показали, что для тяговых двигателей электровозов, работающих в одинаковых высокогорных условиях, степень влияния этих факторов и их зависимость от условий эксплуатации различна и колеблется в определенных пределах. Поэтому изучение этих воздействий, имеющих вероятностную структуру проявления, характеризующих неустановившиеся режимы работы тяговых двигателей электровозов необходимо учитывать при проектировании электромеханических характеристик, а также и при эксплуатации электровозов в высокогорных условиях подземных рудников.
Ввиду отсутствия научно обоснованных рекомендаций о влиянии атмосферных условий высокогорья на изменение теплового состояния тяговых двигателей электровозов в зависимости от снижения плотности воздуха на разных высотных отметках над уровнем моря, в современной практике проектирования при установлении допустимой массовой нормы поезда для высокогорных условий, пользуются рекомендациями ГОСТ 15150-69. Согласно им норму поезда, установленную для условий работы на высоте до 1000 м над уровнем моря снижают пропорционально уменьшению коэффициента относительной электрической прочности воздушных промежутков для различных высотных отметок над уровнем моря.
Такое решение проблемы не может быть признано научно обоснованным и, как показывает опыт, приводит не только к снижению техникоэкономических показателей этого вида транспорта, но и к увеличению аварийного выхода из строя тяговых двигателей из-за теплового пробоя изоляции их обмоток.
Масса поезда из условия допустимого нагрева тяговых двигателей электровозов является определяющим фактором при проектировании электровозного транспорта в высокогорных условиях подземных рудников.
Для этого необходимо решить одну из двух задач:
1) исходя из высокогорных условий работы, установить необходимую длительную мощность двигателя электровоза;
2) при заданной мощности двигателя, установленного на электровозе, длительная работа которого гарантируется при работе до 1000 м над уровнем моря, установить допустимую массу поезда при работе на высоте более 1000 м над уровнем моря из условия допустимого его нагрева.
Решение первой задачи связано с созданием новых типов тяговых двигателей с увеличением их длительной мощности для работы в высокогорных
условиях и в рамках данной статьи не рассматривается.
Ниже рассматриваются некоторые аспекты решения задачи установления максимальной массы поезда при работе электровоза в высокогорье.
Из условия допустимого нагрева тяговых двигателей, согласно которому значение потребляемого среднеквадратичного тока (^экв) не должно превышать величину длительного тока (^,л)
^экв - ^дл . (2)
С точки зрения эксплуатации электровозного транспорта важно знать технически обоснованную максимальную массу поезда, которая в случае необходимости, может быть скорректирована в сторону уменьшения массы состава с учетом специфики работы электровозов в высокогорных условиях.
В общем случае массовая норма поезда в соответствии с нормами технологического проектирования ограничивается следующими факторами:
1) сцеплением колес электровоза с рельсами;
2) допустимой длительной мощностью тяговых двигателей;
3) допустимым по правилам безопасности тормозным путем при экстренном торможении.
Ограничение массы поезда по условию сцепления колес электровоза с рельсами является наиболее существенным фактором, учет которого при обосновании массы поезда в условиях высокогорья обязателен. Однако, анализ результатов, выполненных исследований и данных практики электровозного транспорта в условиях высокогорных подземных рудников показывает, что расчетное количество вагонов в поезде по условию сцепления колес электровоза с рельсами значительно больше фактически применяемого в условиях высокогорья. Это свидетельствует о том, что условия сцепления колес электровоза с рельсами не вносят ограничения при выборе массы поезда.
Для установления массы поезда из условия допустимого нагревания тяговых двигателей при проектировании электровозного транспорта в условиях высокогорья используется формула
К.
- Р,
Т,
(3)
где Гдл - длительная сила тяги электровоза, Н; а -коэффициент, учитывающий нагревание двигателей при выполнении маневровых операций; т -относительная продолжительность движения; Шр -основное удельное сопротивление движению поезда, Н/кН; ірс - основное удельное сопротивление от уклона равного сопротивления, Н/кН; Р- масса электровоза, т.
Анализ составляющих формулы (3) показывает, что при ее выводе принят ряд допущений, согласно которым нормальный уклон пути заменен уклоном равного сопротивления, а установившаяся скорость - длительной скоростью, поэтому ее использование для практических расчетов может привести к ошибочным результатам. Для условий высокогорных подземных рудников, когда про-
должительность маневровых операций на погрузочных и разгрузочных пунктах зависит от количества вагонов в составе и массы поезда, уравнение (3) неприемлемо, так как оно содержит два неизвестных <Згр и т.
Результаты выполненных исследований показали, что степень влияния режимов работы электровоза и атмосферных условий на изменение эквивалентного тока и нагрева тяговых двигателей в высокогорных условиях подземных рудников различна и колеблется в широком диапазоне. Поэтому изучение графиков нагрузок и потребляемых токов тяговыми двигателями электровозов обычными известными аналитическими методами приводит, в этом случае к значительным неточностям при установлении нагрева тяговых двигателей.
Рост тяговых усилий и, соответственно, потребляемых токов по мере загрузки составов, увеличение основного удельного сопротивления при просыпании руды на погрузочных пунктах, падение напряжения в контактной сети из-за удаленности погрузочных пунктов, изменение коэффициента сцепления колес электровоза с рельсами и ряд других факторов изменяют, как мгновенное потребление тока, так и длительность операций рейса, поэтому колебания температуры нагрева тяговых двигателей имеют нерегулярный случайный характер. Таким образом, непрерывно изменяющаяся температура тяговых двигателей электровозов является такой случайной величиной, которая в каждом опыте представляет собой определенную функцию времени и ее можно рассматривать как случайную функцию, у которой:
1) для каждого значения аргумента 7 = О возможное значение температуры Т(to) представляет случайную величину;
2) любой конкретный график температуры, полученный из опыта за какой-то промежуток времени, представляет собой «реализацию» случайной функции 7(7).
Точный учет всех обстоятельств, влияющих на нагрев тяговых двигателей и величину потребляемого при этом эквивалентного тока невозможен из-за случайного их характера, однако с большой вероятностью можно установить пределы, в которых будет находиться каждая из этих величин.
При установлении массы поезда из условия допустимого нагрева тяговых двигателей в высокогорных условиях подземных рудников значение длительного тока тяговых двигателей идлв необходимо корректировать с учетом их работы в высокогорных условиях. Для этого предлагается следующая зависимость
(-)■&У. А, (4)
Уо
где уо, Ув - плотность воздуха, соответственно в нормальных и высотных условиях, кг/м3; <3'в, Осі -производительность вентилятора тягового двигателя в нормальных и высотных условиях, м3/с; ти д- показатели степеней (табл. 2).
Таблица 2
РЕКОМЕНАУЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТЕПЕНЕЙ
Установленная методика расчета нагрузок тяговых двигателей в высокогорных условиях подземных рудников с применением теории вероятностей обеспечивает хорошее совпадение расчетных и действительных значений нагрузок на тяговые двигатели и позволяет определять значение генеральной средней
нагрузки I , по которому можно устанавливать среднее превышение температуры тягового двигателя за рейс вср
При окончательном выборе массы состава определяется значение генеральной средней нагрузки I , которое не должно превышать величину скорректированного длительного тока тяговых двигателей электровоза. При невозможности выполнения этого необходимо снизить массу поезда до соблюдения условия иэкв - ^дл.в.
Приведенная методика проверки тяговых двигателей на нагревание с применением теории стационарных случайных функций обеспечивает хорошее совпадение расчетной температуры нагрева тяговых двигателей с опытными данными в производственных условиях.
Система охлаждения двигателя Значения степеней
т Я
С естественным охлаждением 0,8
С самовентиляцией 0,6 0,8
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------------
Крупник Леонид Андреевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Транспортные и горные машины» Каз-НТУ им.К.И.Сатпаева.
Столповских Иван Никитович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспортные и горные машины» Каз-НТУ им.К.И.Сатпаева.
Файл: КРУПНИК
Каталог: G:\По работе в универе\2003г\Папки
2003Ю1АВ12-03 Шаблон:
C:Шsers\Таня\AppData\Roaming\MicrosoftYШаблоны\
Когша1.^ш Заголовок: ВВЕДЕНИЕ
Содержание:
Автор: Dak1iv
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 13.10.2003 15:12:00
Число сохранений: 7
Дата сохранения: 13.10.2003 15:33:00
Сохранил: Гитис Л.Х.
Полное время правки: 21 мин.
Дата печати: 09.11.2008 18:46:00
При последней печати страниц: 3
слов: 1 940 (прибл.)
знаков: 11 061 (прибл.)
