3.3. Подвижной состав карьерного железнодорожного транспорта

Технологический подвижной состав железнодорожного транспорта на карьерах состоит из локомотивов и вагонов.

На открытых разработках получили распространение локомотивы на тепловозной и электрической тяге, а также их комбинация, использующая преимущество обоих видов.

Тепловозом называется локомотив, оборудованный двигателем внутреннего сгорания. Тепловозы с электрической передачей находят широкое применение на железных дорогах общего пользования и на карьерах. Принцип ее действия заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания (дизель) вращает генератор постоянного или переменного тока, который пи­тает электроэнергией тяговые электродвигатели и вспомогательные машины.

Для оценки тепловозной тяги по технико-эксплуатационным показателям наиболее важны­ми характеристиками являются: КПД тепловозов, составляющий 24 – 26%; значительная автономность тепловозов, не требующих контактной сети и не нуждаю­щихся в частом пополнении запаса воды и топлива; высокая приспособленность к переменному режиму работы, характерному для карьер­ных условий (по гибкости регулирования силы тяги тепловоз с электрической передачей стоит выше электровоза).

Оборудование тепловоза ТЭМ-2 монтируется на главной раме, которая устанав­ливается на двух трехосных тележках.

Кузов тепловоза капотного типа состоит из пяти основных частей: холодильной камеры, отсека над дизельным помещением, отсека над аппаратной (высоковольтной) камерой, кабины машиниста и отсека над аккумуляторным помещением. Части кузова над двигателем и аппаратной камерой съёмные для возможности выемки расположенного под ними крупного оборудования. Остальные части кузова приварены к главной раме, в них есть боковые двери и люки в крыше.

В кабине установлен пульт с приборами управления тепловозом.

Трехосная тележка состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозной системы. Кроме того, между боковинами рамы тележки на каждой оси размещается тяговый электродвигатель, приводящий ось во вращение.

Рама тележки представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух боковин и двух межрамных креплений коробчатого сечения, двух концевых балок и шкворневой балки. Буксовые челюсти и отлиты из стали и вварены в боковины.

Рессорное подвешивание на каждой стороне тележки сбалансировано в отдельную группу (точку). Вертикальная нагрузка на тележке воспринимается четырьмя восьмилистовыми рессорами, опирающимися через резиновые амортизаторы на нижний пояс боковин. По концам тележки также через резиновые амортизаторы нагрузка воспринимается цилиндрическими спиральными пружинами.

Колесная пара тепловоза состоит из оси, двух колесных центров с напрессованными бандажами и двух зубчатых колес, расположенных между центрами. На концах осей предусмотрено закре­пление шайб буксовых подшипников.

Электрическая тяга на карьерах имеет ряд преимуществ, основными из которых являются возможность преодоления значительных подъемов без существенного снижения скоростей движения (до 45‰, а при тяговых агре­гатах – до 60‰), высокая удельная мощность (10 – 18 кВт) и способность вы­держивать значительные кратковременные перегрузки, возможность увели­чения сцепной массы объединением нескольких секций, высокая экономич­ность (КПД электрического локомотива состав­ляет 0,86 – 0,88), незначительная зависимость от климатических условий и свойств транспортируемого груза.

Электровозы могут быть аккумуляторными и контактными. На карьерах, как правило, используют контактные электровозы по­стоянного и переменного тока. Электровозы постоянного тока питаются от контактной сети постоянного тока напряжением 1,5 или 3,0 кВ, а электровозы переменного тока – от сети переменного тока напряжением 10,0 кВ.

Контактная сеть характеризуется большими потерями энергии, кроме того, наличие контактной сети на экскаваторных усту­пах и отвалах затрудняет производство буровзрывных и экскавационных работ, во время которых возникает опасность сопри­косновения с контактной сетью ковша экскаватора, поврежде­ния ее в момент взрыва или загрузки вагонов. Некоторые операции по обслуживанию контактной сети свя­заны с большими затратами ручного труда.

На карьерах нашей страны все большее распространение по­лучают тяговые агрегаты, представляющие собой комбинацию из электровоза, дизель-генераторной секции и моторного ваго­на. При движении такого агрегата по постоянным путям он пи­тается электроэнергией от контактной сети, а при движении по экскаваторному уступу питание тяговых двигателей осущест­вляется от дизель-генератора.

Электровоз (тяговый агрегат) состоит из механической, электрической и пневматической частей. К механическому оборудованию относятся: кузов с опорами, тележки с колесными пара­ми, ударно-тяговые приборы, рессорное подвешивание, буксы, зубчатые передачи и подвеска тя­говых двигателей. Электрическая часть состоит из тяговых двигателей, пускорегулирующей ап­паратуры, токоприемников, аппаратуры защиты и вспомогательных машин. В пневматическую часть входит тормозное и пневматическое оборудование.

Тяговый агрегат переменного тока ОПЭ-1 состоит из электровоза управления, секции автономного питания и моторного думпкара. Ходовая часть каждой секции имеет две унифицированные не­сочлененные двухосные тележки. Для перехода из электровоза управления в секцию автономного питания и улучшения условий ухода за оборудованием принята форма кузова вагонного типа с ка­бинами по концам секций.

Для питания тяговых двигателей в электровозном режиме на электровозе управления уста­навливается преобразовательный агрегат, состоящий из силового трансформатора, группового пе­реключателя и двух выпрямительных установок.

Пуск и регулирование скорости тягового агрегата производятся ступенчатым изменением величины подводимого к тяговым двигателям напряжения путем переключения сек­ций обмоток трансформатора.

Управление тяговым агрегатом при любом режиме работы может производиться из кабины электровоза управления или секции автономного питания.

Пневматическая часть электровоза (тягового агрегата) состоит из следующих систем: тормозной, служащей для пневматического торможения электровоза и состава; управления, снаб­жающей сжатым воздухом приборы управления с пневматическим приводом; вспомогательной, обслуживающей сигнализацию, сеть пескоподачи и разгрузки думпкаров.

Сжатый воздух пневматическая система получает от установленных на электровозе ­компрессоров, включение и выключение которых происходит автоматически – в зависимости от давления воздуха в магистрали. Из компрессоров через маслоотделитель и обратные клапаны, препятствующие движению воздуха в сторону компрессоров, сжатый воздух попадает в главные резервуары. Затем от пита­тельной магистрали воздух подводится к кранам на каждом посту управления. С помощью крана производятся торможение и зарядка тормозной магистрали, откуда сжатый воздух подается во все воздухораспределители и запасные резервуары вагонов.

Пневматическая система цепей управления снабжает сжатым воздухом при давлении 500 кПа токоприемники и аппараты (контакторы, реверсоры, регуляторы).

Вспомогательная пневматическая система служит для подачи воздуха в форсунки песочниц для подсыпки песка под колеса электровоза, в звуковые сигналы, в управление автосцепкой и в магистраль опрокидывания вагонов для разгрузки.

Управление электровозом заключается в трогании с места, регулировании скорости, изменении направления движения, электрическом торможении. Для выполнения этих операций на электровозе имеется комплект пускорегулирующей электроаппаратуры (контроллер, электропневматические и электромагнитные контакторы, реверсор, реле и электроизмерительные прибо­ры).

Для питания электрической энергией силовая цепь подключается, с одной стороны к кон­тактной сети через токоприемники, а с другой – через ходовые части подвижного состава к рель­сам, служащим обратным проводом.

Питание электроэнергией от контактной сети осуществляется при помощи центральных и боковых токоприемников, расположенных на кузове электровоза.

Центральные токоприемники (пантографы) представляют собой шарнир­ную рамную конструкцию. При движении электровоза подвижная часть пантографа под действи­ем пружин всегда прижата к контактному проводу.

Управление пантографом пневматическое.

Боковые токоприемники (по одному с каждой стороны электровоза) используются при движении по передвижным путям с боковой контактной сетью. В нерабочем положении токопри­емника его полоз направлен параллельно оси электровоза. При подаче сжатого воздуха в цилиндр плечо токоприемника поворачивается на 90°, затем поднимается полоз.

Контактная сеть в карьерах подразделяется на стационарную (на стационарных участках пути) и передвижную (на передвижных участках, за­бойных или отвальных). Основными элементами контактной сети являются опоры и медный контактный провод.

Стационарная контактная сеть подвешивается над осью пути на металлических или железобетонных опорах. Передвижная контактная сеть, переме­щаемая вслед за продвиганием фронта работ, располагается сбоку от желез­нодорожного полотна, чтобы не мешать экскаваторной загрузке вагонов.

Типажный ряд железнодорожных вагонов представлен большим коли­чеством разнообразных по конструкциям и основным параметрам транспорт­ных сосудов. Основное распространение в карьерах получили полувагоны, т.е. открытые вагоны, благо­даря удобству погрузки и разгрузки в условиях открытых разработок.

Универсальные полувагоны (гондолы) применяют для транспорти­рования легких мелкокусковых полезных ископаемых по внешней сети к по­требителю и на обогатительную фабрику. Кузов такого вагона имеет верти­кальные стенки и горизонтальный пол.

Разгрузка может осуществляться при открывании запирающихся меха­низмов крышек люков, расположенных в горизонтальном полу и образую­щих в положении разгрузки две наклонные плоскости, по которым груз под действием собственного веса ссыпается по обе стороны от пути (саморазгружающийся универсальный полувагон). Открывание и, главным образом, за­крывание разгрузочных люков представляет собой трудоемкую, в большей степени ручную операцию.

Универсальные полувагоны имеют относительно простую конструк­цию, небольшой технический коэффициент тары (0,35 – 0,37).

Вагоны-самосвалы (думпкары) – это вагоны, разгружаемые наклоном кузова в сторону при одновременном опускании или поднятии борта, а также комбинации этих двух движений. Наклон кузова производится пневматиче­скими цилиндрами, а открывание бортов – рычажным механизмом.

Думпкары используются для транспортирования вскрышных пород, а на рудных карьерах – и полезного ископаемого. У нас в стране основное распространение получили думпкары с дву­сторонней разгрузкой и откидывающимся бортом. Раму и кузов думпкаров выполняют массивными и с большой прочно­стью, поэтому коэффициент тары их достаточно высок (0,4­ – 0,5).

Кузов думпкара состоит из верхней рамы (рамы кузова) с настилом по­ла, двух лобовых стенок и двух продольных бортов. Под настилом пола по­мещается амортизационная прокладка (например, из деревянных брусьев) для возможности погрузки крупных глыб. Наклон кузова производится пневматическими цилиндрами, закрепленными на кронштейнах нижней рамы вагона. Штоки цилиндров шарнирно соединены с рамой кузова (верхней рамой).

Рама вагона (нижняя рама) опирается на ходовые тележки. При накло­не кузова борт (шарнирно соединенный с верхней рамой) при помощи ры­чажных механизмов (смонтированных в лобовых стенках кузова) откидыва­ется и составляет продолжение пола кузова.

Для обеспечения устойчивости думпкара открывание борта несколько опережает наклон кузова. В транспортное положение кузов возвращается под действием собственного веса или принудительно цилиндрами двойного дей­ствия.

Хоппер – полувагон с кузовом в форме бункера с наклонными торцовы­ми стенками, по которым груз ссыпается через разгрузочные люки. На от­крытых разработках хопперы используют для транспортирования угля и в ка­честве дозаторов балласта для путевых работ.

Платформы используются в карьерах для доставки материалов и оборудования, перевозки буровых станков, бульдозеров и т.п.; платформы применяются также при звеньевой укладке пути кранами. Для перевозки экскаваторов и другого тяжелого оборудования применяются специаль­ные мощные многоосные платформы – транспортеры.

В каждом вагоне могут быть выделены общие для всех вагонов основные узлы: ходовые части (сюда входят тележки, колесные пары, буксы с подшипниками, рессоры), рама и кузов, ударно-тяговые приборы, пневматическая система.

Ударно-тяговые устройства служат для соединения вагонов, между собой и локомотивом, а также для передачи и смягчения растягивающих и сжимающих усилий, возникающих при движе­нии поезда. Ударно-тяговые функции могут быть разделены между различными приборами или объединены в одном приборе.

Автосцепка является объединенным ударно-тяговым прибором; выполняется в виде стального литого корпу­са, головка которого имеет большой и малый зуб, образующие зев. Внутри зева расположен замок.

При столкновении вагонов малые зубья автосцепок входят в зевы и нажимают на высту­пающие части замков, которые уходят внутрь. Когда малые зубья занимают свои крайние положе­ния в зевах, замки освобождаются и, возвращаясь в исходное положение, запирают автосцепки, так как заполняют пространство между малыми зубьями и препятствуют их обратному выходу.

Для расцепления служит расцепной рычаг, после поворота которого замок одной из автосцепок убирается внутрь. Для передачи ударно-тяговых усилий служит ударное устройство с пружинным поглощающим аппаратом.