Наукове обґрунтування технічних рішень з удосконалення гальмівної системи шахтного шарнірно-зчленованого локомотива.

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню питань підвищення ефективності гальмівних систем шахтних локомотивів і, перш за все, важких шарнірно-зчленованих. У роботі запропоновано нове вирішення актуальної наукової проблеми встановлення закономірностей динамічних параметрів гальмування шахтних потягів залежно від величин реальних викривлень і нерівностей шахтної рейкової колії, що шляхом розробки й запровадження нових технічних удосконалень зумовлює зменшення гальмівного шляху шахтного потяга, його безпечну зупинку й стоянку на поздовжніх ухилах колії величиною до 50 ‰. Складено уточнені розрахункові схеми гальмування шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток, що враховують одночасне й почергове гальмування за допомогою колісно-колодкових, осьових і трансмісійних дискових гальм, шляхом динамічного гальмування двигуном, а також із застосуванням магніторейкових і гравітаційних гальм. Розроблено й апробовано динамічну модель гальмування шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток за допомогою пристроїв з обмеженим фрикційним моментом і рейкових гальм на реальній рейковій колії, яка має систематичні й локальні, а також довгі й короткі нерівності. Розроблено також систему тестів для перевірки адекватності динамічної моделі гальмування шахтного потяга положенням класичної механіки. Вивчено вплив недосконалості реальної шахтної колії на максимально можливий гальмівний момент і довжину гальмівного шляху при гальмуванні шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток за допомогою пристроїв, що реалізують гальмівну силу в точці контакту колеса і рейки, а також рейкових гальм. Розроблено й апробовано алгоритм роботи пристрою для автоматичного контролю юза шахтного локомотива.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности тормозных систем шахтных локомотивов и, прежде всего, тяжелым шарнирно-сочлененным. В работе предложено новое решение актуальной научной проблемы установления закономерностей динамических параметров торможения шахтных поездов в зависимости от величин реальных искривлений и неровностей шахтного рельсового пути, что вследствие разработки и внедрения новых технических решений обеспечивает уменьшение тормозного пути шахтного поезда, его безопасную остановку и стоянку на продольных уклонах пути величиной до 50 ‰. Составлены уточненные расчетные схемы торможения шахтного шар-нирно-сочлененного локомотива с составом вагонеток, учитывающие одновременное и поочередное торможение при помощи колесно-колодочных, осевых и трансмиссионных дисковых тормозов, динамического торможения двигателем, а также с применением магниторельсовых и гравитационных тормозов. Разработана и апробирована динамическая модель торможения шахтного шарнирно-сочлененного локомотива с составом вагонеток при помощи устройств с ограниченным фрикционным моментом и рельсовых тормозов на реальном рельсовом пути, который имеет систематические и локальные, а также длинные и короткие неровности. Разработана система тестов для проверки адекватности динамической модели торможения шахтного поезда положениям классической механики. Изучено влияние несовершенства реального шахтного пути на максимально возможный тормозной момент и длину тормозного пути при торможении шахтного шарнирно-сочлененного локомотива с составом вагонеток при помощи устройств, реализующих тормозную силу в точке контакта колеса и рельса, а также рельсовых тормозов. Разработан и апробирован алгоритм работы устройства для автоматического контроля юза шахтного локомотива. Обосновано влияние промежуточной среды, обладающей свойствами вязкой несжимаемой жидкости, на характеристики фрикционного контакта системы «рельсовый тормоз – рельс» и решена задача определения коэффициента трения скольжения рельсового тормоза по дорожке катания рельса при наличии такой среды. Исследовано распределение температур в тормозной колодке гравитационного рельсового тормоза и рассчитана ее толщина по критерию нагрева-охлаждения. Доказано, что значение коэффициента трения скольжения рельсового тормоза по рельсу над загрязнениями дорожек катания рельсов при торможении шахтного локомотива пропорционально скорости движения локомотива в аппроксимирующей полиномиальной функции шестой степени такого вида: . Указанная зависимость действует при условии, что скорость движения локомотива изменяется от нуля до 5 м/с, а значение коэффициента сцепления уменьшается на 40 %. Доказано, что значение коэффициента использования силы магнитного притяжения рельсового тормоза к рельсу при торможении шахтного локомотива обратно пропорционально скорости движения локомотива в аппроксимирующей полиномиальной функции пятой степени такого вида: . Указанная зависимость действует при условии, что ско-рость движения локомотива изменяется от нуля до 5 м/с, а значение коэффициента уменьшается на 30 %. Доказано, что при торможении шахтного шарнирно-сочлененного локомотива направления тормозных сил, реализуемых его тормозными устройствами, существенно зависят от положения установки его экипажа в имеющей уширения рельсовой колее, при этом описан алгоритм определения такого положения. Если скорость движения локомотива на кривой не превышает величины, равной корню квадратному из произведения ускорения свободного падения, радиуса кривой и частного от деления суммы коэффициента трения скольжении стали по стали и поперечного уклона пути, и разницы единицы и произведения указанных величин, то первая тяговая секция шарнирно-сочлененного локомотива расположена на криволинейном участке пути в положении наибольшего отрицательно перекоса, а вторая – в положении наибольшего положительного перекоса. В противном случае обе секции расположены в хордовом положении. Шахтные испытания экспериментального образца шахтного локомотива Э10, оборудованного колесно-колодочными, дисковыми осевыми и трансмиссионными тормозами, а также магниторельсовым и гравитационными рельсовыми тормозами, который был разработан в Государственном высшем учебном заведении «Национальный горный университет» и изготовлен ХК «Лугансктепловоз», показали, что при прочих равных условиях его тормозной путь на 50 % короче, чем тормозной путь локомотивов АРВ10ГЭ или К10, оборудованных только колесно-колодочным тормозом. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования одного модернизированного электровоза Э10 в условиях шахты «Самарская» ДТЭК «Павлоградуголь» в ценах 2010 г. составляет 86 000 грн.

Dissertation is devoted to the questions of increasing efficiency of mining locomotives brake systems foremost for heavy joint-joined one. Actual scientific matter about determination of regularity for the law of dynamic parameters for mining trains braking process is decided. Source data contains a different values of real curvatures and imperfections of mining rail way, those during development of new technical decisions provides diminishing either mining train brake distance, safety stop and stand, and standing on the longitudinal slopes of the way by a value up to 50%o. Calculations those take into account a simultaneous and by turn braking of joint-joined locomotive with trainload by shoe-wheeled, axial and transmission disk brakes, and dynamic braking by engine, both magnetic and gravity brakes are made. Developed and approved dynamic model of mining joint-joined locomotive with trainload by devices with limited friction moment and rail brakes on the real rail way with either systematic and local, long and short imperfections. Also, the test system is developed for mining train dynamic model braking verification to check out adequacy to rules of classic mechanics. Influence of real mining rail way imperfections is researched on a maximally possible brake moment and mining joint-joined locomotive with trainload braking distance by the devices those realize braking force in a point of contact either wheel and rail, and rail brakes. Developed and approved algorithm of mining locomotive device for automatic control of wheel scuffing.