Создание секционного рельсового тормоза шахтного локомотива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© В.А. Салов, В.А. Серлюк, 2002

УЛК 622.62

В.А. Салов, В.А. Серлюк

СОЗЛАНИЕ СЕКЦИОННОГО РЕЛЬСОВОГО ТОРМОЗА ШАХТНОГО ЛОКОМОТИВА

адача современного горного машиностроения - повышение безопасности движения и тормозных характеристик шахтных локомотивов при транспортировании на участках пути со знакопеременными продольными уклонами.

Для решения этой задачи известны такие технические решения как электромагнитные рельсовые тормоза шахтного подвижного состава с продольным и поперечным замыканием магнитного потока относительно головки рельса. Для повышения надежности и эффективности электромагнитные тормоза предлагается устанавливать на специальных тормозных платформах, оборудованных аккумуляторными батареями, предложена и исследована высокая подвеска тормоза, оснащенная пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами, системой привода тормозного блока за счет действия гравитационных сил. Разработаны рельсовые тормоза на постоянных магнитах с магнитным компенсатором системы отключения тормоза методом нейтрализации магнитного потока, которые по своей эффективности уступают аналогичным электромагнитным рельсовым тормозам.

Электромагнитные рельсовые тормоза, применяемые на промышленном и магистральном железнодорожном транспорте, работают в диапазоне скоростей и условиях, значительно отличающихся от шахтного транспорта. Известные методики определения магнитного потока тормозного блока не позволяют определять силу магнитного притяжения в процессе движения и получать картину магнитного поля под полюсом при движении шахтного локомотива по рельсовому пути с малой жесткостью и значитель-

ными геометрическими и физическими несовершенствами.

В данной работе определены параметры секционных рельсовых тормозов на постоянных магнитах для шахтных локомотивов с повышенными тормозными характеристиками на рельсовом пути с несовершенствами, обусловленными горным давлением, загрязнением и обводненностью.

Предложенная методика определения параметров заключается в рассмотрении рельсовых тормозов шахтного локомотива и шахтного рельсового пути как единой механической системы с учетом магнитного сопротивления воздушных зазоров и промежуточной среды, влияния вихревых токов и фрикционного нагрева.

Установлены основные зависимости между геометрическими, режимными, силовыми и температурными параметрами для определения рациональных параметров рельсовых тормозов, применение которых позволит обеспечить повышение тормозной силы, технико-экономических показателей транспортирования и безопасности движения шахтного рельсового транспорта.

При разработке методики решены следующие задачи:

• определены электромагнитные поля и силы взаимодействия при движении секционного рельсового тормоза по рельсу с учетом изменения кинематических и геометрических параметров, неровностей рельса;

• установлены зависимости влияния промежуточной среды на свойства фрикционного контакта рельсового тормоза и рельса, при этом определено изменение сил трения от геометрических и кинематических параметров движения тормоза по рельсу;

• решена задача теплопроводности секции рельсового тор-

моза, при этом определено предельное значение скорости движения и времени торможения шахтного локомотива;

• разработана математическая модель системы шахтный локомотив - рельсовый тормоз -путь, учитывающая инерционно-жесткостные характеристики системы подвешивания шахтного локомотива и рельсового пути;

• определены рациональные параметры секционного рельсового тормоза, позволяющие в реальных условиях эксплуатации улучшить тормозные характеристики шахтного локомотива.

При составлении расчетной схемы учтены упругие и инерционные свойства пути в вертикальном и горизонтальном направлениях, влияние промежуточной среды на свойства фрикционного контакта тормоз-рельс, позволяющие определить геометрические и силовые параметры, повышающие тормозную силу и долговечность полюсных наконечников. На основании полученных закономерностей электромагнитного взаимодействия тормоза и рельса получены зависимости допускаемых скоростей движения, параметры секций тормоза и упруго-диссипа-тивных связей, обеспечивающие торможение шахтного локомотива с минимальной длиной тормозного пути. На основании решения задачи теплопроводности получены параметры фрикционного теплообразования в тормозном блоке с учетом неравномерного теплового потока и охлаждения боковых поверхностей тормоза, определены зависимости безопасного удаления магнитного блока от силовых и кинематических параметров при торможении.

Найденные параметры секционного тормоза обеспечивают торможение на криволинейных участках рельсового пути. Применение секционного тормоза позволяет повысить тормозные характеристики на 40 %, а также является наиболее эффективным средством существенного улучшения тормозных характеристик при транспортировке состава на тяжелом профиле пути

Разработанные методические рекомендации по выбору параметров секционного рельсового тор-

моза отличаются учетом связанных пространственных колебаний при движении по рельсовому пути с реальными параметрами возмущений, наличием упругодиссипативных связей между секциями и рамой локомотива, особенностями взаимодействия тормоза с рельсами при наличии промежуточной среды и вихревых токов. Разработанные параметры секционного тормоза для шахтных локомотивов использованы при изготовлении опытно-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

промышленной партии тормозов шахтных локомотивов Э10, которые в настоящее время работают на шахте ГКХ «Павлоградуголь», шахта «Тернов-ская»; Днепропетровский электровозостроительный завод использовал методические рекомендации по выбору параметров секционного рельсового тормоза при модернизации электровоза К10; Дружковский машиностроительный завод использовал методические рекомендации по выбору параметров секционно-

го рельсового тормоза при модернизации электровоза АМ8Д; Украинский электровозостроительный НИИ использовал методические рекомендации по выбору параметров рельсовых тормозов. Внедрение результатов работы дает фактический экономический эффект 75 тыс. грн в год на один электровоз при эксплуатации шахтных локомотивов К10 при продольном уклоне рельсового пути 30-50

Салов В.А. - профессор, кандидат технических наук, НГА Украины г. Днепропетровск. Сердюк В.А. - аспирант, НГА Украины г. Днепропетровск.

© И.А. Таран, А.В. Ильчаков, 2002

УАК 622.62

И.А. Таран, А.В. Ильчаков

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗААНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ШАХТНОГО РЕАЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

Для безотказной и безопасной эксплуатации высокопроизводительного шахтного рельсового транспорта требуется создание шахтных локомотивов, обеспечивающих повышенные тяговотормозные характеристики, высокую устойчивость против схода с рельсового пути. Интенсивность вибраций и ударов на ходовую часть локомотива, опасность схода с рельсового пути, воздействие на путь возрастают с увеличением массы локомотива и скорости движения. Создание тормозных устройств, обладающих ограниченными размерами с необходимой характеристикой для обеспечения безопасности движения шахтных локомотивов, является технической задачей, решение которой возможно при использовании теоретико - эксперименталь-

ного подхода проектирования оптимальных ходовых частей.

Опыт эксплуатации тормозных систем шахтных локомотивов показал, что на эффективность их работы влияют следующие факторы: уширение рельсовой колеи, уменьшение ширины колесной пары за счет износа реборд колес, радиусы закруглений рельсового пути, изломы пути в плане, наличие промежуточной среды в виде дисперсии породы и полезного ископаемого. Уширение рельсовой колеи и уменьшение ширины колесной пары влияют на зазоры между рельсовыми нитями и нями колес. Зазоры между рельсовыми нитями и гребнями колес вызывают поперечные виляющие движения электровоза, а вместе с ним и рельсового тормоза.

Согласно данным литературы максимальные значения уширений рельсовой колеи составляют 7-8-кратные значения допусков, предусмотренных правилами безо-

пасности, что составляет 28-32 мм. При таких уширениях рельсовой колеи смещение продольных осей тормоза и рельса составит 19-21 мм и тормоз может не сработать. Срабатывание тормоза произойдет при наезде на рельс при меньших смещениях осей тор-тормоза и рельса, но при этом увеличится время срабатывания.

Надежная работа рельсовых тормозов зависит от параметров магнитной системы, вихревых токов, тепловых и динамических нагрузок, а также от работоспособности системы передачи тормозного усилия, устойчивости движения по рельсу.

В Национальной горной академии Украины, разработана и применена система подвешивания рельсового тормоза, связанная с буксовым подвешиванием электровоза, которая содержит двуплечие поводки, установленные на раме секции с помощью резинометаллических шарниров на опытных образцах секционного шахтного электровоза Э10, изготовленных ПО " Л угансктепловоз". Прижатие тормоза к рельсу в режиме торможения осуществляется за счет магнитного и гравитационного взаимодей-