Шахтний локомотив

Шахтний локомотив, який містить привідний блок із шківом тертя, тяговий орган з натяжним пристроєм та дві колісні пари, який відрізняється тим, що містить другий привідний блок, при цьому кожний блок безпосередньо зв'язаний з відповідною колісною парою і за допомогою редуктора - із шківом тертя, натяжний пристрій тягового органу виконано гідравлічним, причому тяговий орган виконано у вигляді агрегату, що складається з кількох сталевих канатів, поміщених у гумову оболонку. Винахід належить до гірничої техніки, а саме до ша хтного рейкового транспорту у гірничих виробках, що мають ділянки рейкового шляху з уклонами більше 50%, де застосування локомотивної відкатки заборонено правилами безпеки. Відомий шахтний локомотив - електровоз, який переміщується по рейковому шляху за рахунок сили зчеплення між ним та колісними парами, що обертаються через редуктори від привідних електричних двигунів, які живляться від акумуляторних батарей або від контактної мережі [Транспорт на горных предприятиях./Под. ред. Б.А.Кузнецова . - М.: Недра, 1976. - 551с.]. Недолік цього локомотива - обмежені умовами зчеплення привідних колес з рейками сили тяги та гальмування, що з вужує область застосування машини до уклонів рейкового шляху не вище 50%. Відомий також шахтний локомотив, який обладнано додатковим привідним зубчастим колесом, що входить у зачеплення з зубчастою рейкою, яка встановлена на ділянці рейкового шляху з завищеним профілем [Becker for inteligent sistems. Перевозки людей и материалов в подземных выработка х. © Becker Mining Sistems]. Недолік цього локомотива - складність забезпечення надійного зачеплення у момент зустрічі ведучої шестерні із зубчатою рейкою. Найбільш близьким до пропонованого винаходу по технічній сутності і досягаємому результату є канатовоз (канатно - рейкова дорога з одним або кількома нерухомими канатами), у якому тяго ве зусилля передається за рахунок сил тертя між канатоведучими шківами, що встановлені на напіввісях замість ведучи х зірок привідного блоку та двома робочими сталевими канатами, які розташовані у межах рейкової колії і натягуються вантажним пристроєм [Белая H.M., Прохоренко А.Г. Канатные лесотранспортные установки. - М.: Лесная промышленность, 1964. - 299с.]. Недоліки: постійний зв'язок канатоведучи х шківів з канатами не дозволяє йому працювати на ділянках рейкового шляху, які не обладнані робочими канатами, а застосування вантажного натяжного пристрою призводить до значної трудомісткості процесу зміни натягу каната у залежності від маси составу. Крім того, застосовувані сталеві канати у підземних умовах мають низьку довговічність у зв'язку з інтенсивним зносом через між (19) UA (11) 84343 (13) C2 (21) a200613030 (22) 11.12.2006 (24) 10.10.2008 (46) 10.10.2008, Бюл.№ 19, 2008 р. (72) ДЕНИЩЕНКО ОЛЕКСАНДР ВАЛЕРІЙОВИЧ, UA (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) GB 2349263 23.05.1944 GB 919768 27.02.1963 WO 0168973 A1 20.09.2001 SU 285187 29.10.1970 US 3498236 03.03.1970 WO 9109762 A1 11.07.1991 3 84343 виткове тертя на багатоохопни х привідних шківах, корозію і високі контактні напруження. В основу винаходу покладено задачу удосконалення шахтного локомотива, у якому шляхом включення нових конструктивних елементів досягається можливість своєчасного регулювання зусиль у тяговому органі при зміні уклонів шляху гірничих виробок незалежно від зчіпної маси локомотива в т.ч. більше 50%, зниження діаметрів канатів, привідного шківа та їх зносу, зниження тр удомісткості процесу регулювання зусиль у тяго вом у органі, і за ра хунок цього розширення області застосування, підвищення продуктивності, довговічності та безпеки. Задача вирішується тим, що у відомому ша хтному локомотиві, який містить привідний блок із шківом, тяговий канат з натяжним пристроєм та колісні пари згідно з винаходом введено другий привідний блок, при цьому кожний блок зв'язаний з відповідною колісною парою і за допомогою редуктора - із шківом тертя, тяго вий орган має натяжний гідравлічний пристрій і його виконано у вигляді агрега ту, що складається з кількох сталевих канатів, поміщених у гумову оболонку. На Фіг.1 показано шахтний локомотив, кінематична схема; на Фіг.2 - те ж, у гірничій виробці; на Фіг.3 - привідний шків з тяговим органом. Шахтний локомотив містить два електричних двигуна 1, які через редуктори 2 з'єднані з колесними парами 3, а через редуктори 4 - з привідним шківом 5, що зна ходи ться у фрикційному зв'язку з гн учким тя говим ор ганом 6, який розташований у похилій частині гірничої виробки і розтягується за допомогою гідравлічного натяжного пристрою, до складу якого входять: насос 7, вентилі 8, 9, бак з робочою рідиною10, манометр 11, гідроциліндр 12, запобіжний 13 та зворотний 14 клапани. Шахтний локомотив працює так. Тягові зусилля від привідних електрични х двигунів 1 через редуктори 2 передаються колісним парам 3 і через редуктори 4 - привідному шківу тертя 5 і локомотив починає рух по горизонтальній ділянці гірничої виробки. На початку похилої частини рейкового шляху локомотив зупиняється і гнучкий гумотросовий тяговий орган 6 вводиться у фрикційний зв'язок з привідним шківом 5, насос 7 натяжного пристрою вмикається і робоча рідина через вентиль 8 подається до робочої порожнини гідроциліндра 12. При цьому вентиль 9 закритий і натяг тягового органу контролюється за допомогою манометра 11. Після досягнення необхідного натягу вентиль 8 перекривається, насос 7 вимикається, вмикаються привідні електродвигуни 1 електровоза і локомотив починає рухатися по похилій ділянці гірничої виробки. При досягненні составом верхньої точки підйому локомотив зупиняється, на гідравлічному натяжному пристрої відкривається вентиль 9, робоча рідина з гідроциліндру 12 зливається у бак 10, натяг тягового органу зменшується до нуля, привідний шків тертя 5 виводиться із фрикційного зв'язку з тяговим гумотросовим органом 6 і подальший рух локомотива здійснюється по горизонтальній частині виробки за раху 4 нок зчеплення колісних пар 3 з рейковим шляхом. Запобіжний клапан 13 захищає насос 7 та нагнітальну магістраль від перевищення припустимого тиску, а зворотний клапан 14 перешкоджає зливу робочої рідини з магістралі всмоктування. Застосування винаходу дозволяє в порівнянні з відомими підвищити ефективність роботи шахтного локомотива шляхом розширення області застосування, підвищення продуктивності, довговічності і безпеки експлуатації. Введення у констр укцію ша хтного локомотива привідного шківа тертя , який входить у фрикційну взаємодію з тяговим органом забезпечує підвищення тягового зусилля машини і розширення області застосування локомотивної відкатки на гірничі виробки з ділянками рейкового шляху з уклонами вище 50%. Максимальна сила тяги локомотива за умови збереження зчеплення між ведучими колісними парами та рейковим шляхом: Fmax = G × y (1) де G - сила тяжіння локомотива, Н; y - коефіцієнт зчеплення ведучи х колес з рейками. Значення коефіцієнта y залежить від ряду факторів і для вугільних шахт знаходиться у межах від 0,07 до 0,18 [1]. Аналіз формули (1) показує, що максимальна сила тяги локомотива від реалізації тягового зусилля двигунів за рахунок зчеплення ведучих колес з рейками не може перевищувати величини, що складає 0,2 від сили тяжіння електровоза. Максимальне тягове зусилля при взаємодії привідного шківа тертя з нерухомим тяговим органом згідно з формулою Л. Ейлера для моменту зривання зчеплення: æ fa ö F (2) max = FH - F = F ç e - 1÷ C C è ø де FH=FCef a - зусилля у точці набігання тягового органу на привідний шків, Н; FC - зусилля у точці збігання тягового органу з привідного шківа, яке регулюється гідравлічним натяжним пристроєм, Н; f - коефіцієнт тертя між тяговим органом та привідним шківом; a - кут обхвату тяговим органом привідного шківа, рад. Аналіз виразу (2) показує, що тягове зусилля у цьому випадку не залежить від зчіпної маси локомотива, а залежить від натягу тягового органу у точці збігання його з привідного шківа, коефіцієнта тертя та кута обхвату тяговим органом привідного 2p шківа. Так, при куті обхва ту у і коефіцієнті 3 тертя між футерованим привідним шківом і гумотросовим тяговим органом 0,8, тягове зусилля приводу перевищує силу натяжного пристрою приблизно у 5 разів і збільшуючи натяг у то чці збігання тягового орган у з привідного шківа, це зусилля можна пропорційно збільшувати. Використання кількох канатів, поміщених у гумову оболонку дозволяє знизити вплив корозії на метал дротів каната та зменшити контактні напруження в ньому, що підви щує до вгові чність тягового орган у. Застосування кількох канатів замість одного дозволяє зменшити їх діаметр і, як 5 84343 наслідок, зменшити діаметр привідного шківа і його металомісткість. Гумова поверхня тягового органу дозволя є о тримати у йо го контак ті із гумовою футерівкою привідно го шківа коефіцієнт тертя, що суттєво (у 6...8 разів) перевищує цей показник для пари «сталевий канат - сталевий шків». Окрім цього, таке рішення дозволяє відмовитися від бага тоо хопного шківа тертя, на якому відбувається інтенсивний знос каната за рахунок міжвиткового тертя і використовувати однообхопний привідний шків. Застосування для натягу робочого тяго вого органу гідравлічного натяжного пристрою дозволяє швидко змінювати величину натягу у залежності від маси причіпної частини поїзда та знімати натяг у періоди, коли локомотив не працює на даній ділянці і, як наслідок, зменшити тр удомісткість процесу регулювання натягу тягового органу, підвищити його довговічність та безпеку експлуатації. Витрату електричної енергії за підйом вантаженого состава, яка віднесена до шківа тертя, що працює від двигунів електровоза, можна визначити за механічною роботою, яку здійснено потягом: А=0,278 10-6 FpL, кВт год, (3) 6 де 0 ,278 10 - 6 - ко е фіцієн т пе ре во ду ме ха н і чно ї ро бо ти (Н м ) в елек три чн у (кВт год); Fp стале значення сили тяги електровозу на підйом, яке визначається з рівняння руху потягу: Fp = (m л + m c )g(w + i), H (4) де m л,m с - маса, відповідно, локомотива і причіпної частини потягу, т; w - основний питомий опір руху Н/кН; і - уклон рейкової колії, %. Енергомісткість тягової батареї типу 96 ТНЖШ-500, якою обладнано вітчизняний електровоз типу АМ-8Д складає 55кВт•год, при цьому розрахунок показує, що витрата електричної енергії батареї під час руху канатного локомотива з составом з 5 вантажених вагонів типу ВГ-3,3 на підйом i=50% на ділянці довжиною 200 метрів складає 0,8кВт•год, тобто не перевищує 2% енергомісткості батареї. Таким чином припустимо вважати, що умовою, яка може обмежити використання канатних локомотивів буде не витрата енергії, а сумарна потужність привідних двигунів. Найбільший ефект від обладнання локомотивів привідним канатним шківом можна отримати на контактних машинах - розрахунок показує, що електровоз масою 10т у змозі транспортува ти состав з семи вантажених вагонів тип у ВГ-3,3 на підйом i=100%. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84343 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601