Лекции по "Геологии"

Рельсы являются направляющими для колес подвижного состава, воспринимающими и передающими давление от них на шпалы.

На карьерных путях  применяются широкоподошвенные  рельсы, так как рельс с такой  подошвой обладает большей устойчивостью. Ширина подошвы составляет 0,8 – 0,9 высоты рельсы. Длина рельса принята для  нормальной колеи 12,5 и 25 м, для узкой  колеи 7 и 8 м. При длине рельсов 25 м число стыков уменьшается, что улучшает взаимодействие пути и состава.

Шпалы необходимы для соединения рельсовых ниток в жесткую единую конструкцию (колею) и передачи давления подвижного состава на балласт. Для скрепления рельсов со шпалами применяют подкладки и крепящие элементы (костыли, болты, шурупы). Подкладки передают давление от рельсов к шпалам (рис.II.8 из Андр.).

Для самоцентрирования  с помощью клиновых подкладок  рельсам придается уклон до 1 : 20 внутрь колеи, что совпадает с конусностью колес. Самоцентрирование обеспечивается тем, что при заносе вагона в сторону одно колесо полуската набегает на больший диаметр, а другое на меньший и вагон занимает нормальное положение. Крепление рельсов наиболее надежное – болтовое и обеспечивает более плотное прижатие рельсов к шпалам. При переукладки забойных и отвальных путей рельсов, костыли выдергиваются.

Стыки в настоящее  время, взамен плоских, стыки соединяются  двухголовными накладками. На стыках оставляют температурный зазор. При применении электротяги рельсы выполняют функцию обратного провода. В этом случае концы рельсов соединяют медным тросом, зажатым в манжетах, приваренных к рельсам или присоединенных с помощью болтов (для передвижных путей).

Для предотвращения продольного смещения рельсов, возникающих под действием касательных сил, особенно заметного на спусках при торможении составов, применяют противоугоны.

Прочность и устойчивость пути определяется числом шпал на 1 км. Обычно на 1 км расход шпал составляет до 2000. Деревянные шпалы по ГОСТу выпускают трех типов, отличающихся толщиной (18, 16, 15 см). Длина шпал для всех типов 270 см. В последнее время выпускаю струнобетонные шпалы, с предварительно-напряженной арматурой из стальных проволок диаметром 2,6 или 3 мм.

Балласт представляет собой упругую подушку из щебня или гравия, на которую укладываются пути и которая равномерно распределяет давление и смягчает удары от подвижного состава. Для нормальной колеи толщина балластного слоя колеблется от 25 до 40 см. на постоянных путях и от 15 до 25 см на передвижных путях. Щебень представляет дробленую горную породу фракциями от 20 до 80 мм с хорошей водоотдачей. Например, гранита.

Верхнее строение пути рассчитывают на прочность. Методики расчетов приведены  в справочных материалах.

Закругления железнодорожного пути

Основными параметрами  закруглений ж/д пути являются угол поворота альфа, радиус R и тангенс угла альфа на два (рис. II.10 из андр.). Путь от прямолинейного участка переходит к закруглению постепенно через переходные кривые. На кривых участках пути под действием центробежной силы появляется опрокидывающий момент, вызывающий неравномерное давление колес подвижного состава на рельсы (перегрузка наружного рельса). Поэтому, для уменьшения нагрузки наружный рельс устанавливается с возвышением относительно внутреннего. Это также облегчает прохождение состава криволинейного участка. Возвышение не должно превышать 150 мм для нормальной колеи и 40 мм для узкой колеи. Возвышение определяется расчетным путем по специальной методике, которая приводится в справочниках. Кроме того, для возможности прохождения составов на кривых участках пути производится уширение колеи от 6 до 29 мм, в зависимости от радиуса закруглений.

Минимальная величина радиуса  кривых зависит от жесткой базы подвижного состава и от скорости движения составов. Минимальный радиус кривых на стационарных путях 200 м, на передвижных – 100 м.

Уклоны ж/д пути

Величина уклона рельсового пути i есть тангенс угла наклона пути, т.е. отношение разности отметок h к горизонтальной проекции участка пути. Так например, при h = 35 м и l = 1000 м

 

i = tga = h/l = 35/1000 = 0,035.

 

Так как обозначение  уклонов десятичными дробями  неудобно, то их обозначают числом тысячных (умножают на 1000). Так уклон i = 0,035 обозначают i = 35 %о  .

Для тяговых расчетов решающее значение имеет руководящий  уклон i_Р, который является наиболее затяжным уклоном пути (обычно подъемом пути из выездной траншеи). По правилам технической эксплуатации величина руководящего уклона не должна превышать при электровозной и тепловозной тяге 40 %о.

Соединение  рельсовых путей

Соединение рельсовых  путей осуществляется в карьерах на раздельных пунктах (постах, разъездах  и станциях) и на съездах. Съезды обычно устраиваются в карьерах для  того, чтобы составы при необходимости могли переходить с одного пути на другой (рис II.12 из андр.). Съезды бывают правые и левые по отношению к направлению движения. Комбинация нескольких съездов образует путевой треугольник и стрелочную улицу, которая применяется на ж/д карьерных станциях и обычно располагается под углом α крестовины стрелочного перевода (рис.II 12 в).

Основным элементом, посредством  которого осуществляется соединение ж/д  путей, является стрелочный перевод.

Стрелочный перевод  приведен на рис. II. 13 и состоит:

1 - крестовина с сердечником (на рис. закрашен);

2 – рамные рельсы;

3 – переводная кривая;

4 – остряки (перья), посредством которых переводят  стрелку;

5 – контррельсы для  удерживания реборд колес заданном  направлении;

6 – мертвое пространство;

7 – предельный столбик для контроля остановки локомотива, при разъезде с встречным составом;

8 - электропривод.

Основной параметр стрелочного  перевода – угол, под которым  пересекаются грани сердечника крестовины. Маркой крестовины называется отношение  основания сердечника к его высоте:

 

М = 2 tga/2 ≈ tga.

 

На карьерном пути применяют крестовины марки 1 : 9,и 1 : 11.

При М = 1 : 9 получается выигрыш в сокращении длины стрелочного перевода (L_П = 28 м) и проигрыш в условиях прохождения составом стрелочного перевода (увеличивается возможность схода состава с рельсов), а при М = 1 : 11 длина стрелочного перевода увеличивается (L_П = 32 м), но безопасность прохождения состава возрастает.

Подвижной состав

Основной характеристикой  ж/д транспорта является грузооборот, то есть количество груза в тоннах или кубических метрах, перевозимого в единицу времени. Грузооборот карьера складывается из грузооборота пустых пород, полезного ископаемого и материалов.

Как вид ж/д транспорт  представляет собой поезда, перемещающиеся по рельсовому пути. Принцип его работы заключается в перемещении горной породы в гондолах, хопперах и думпкарах из забоев к месту разгрузки электровозами или тепловозами. Гондолы обычно используются для перевозки мягких полезных ископаемых. В последнее время гондолы выпускаются как цельнометаллические из стальных штампованных листов. Раньше выпускались с деревянной обшивкой на металлическом каркасе.

Хопперы предназначены  для транспортирования главным  образом балласта или угля. Они  представляют собой полувагоны с  наклонными торцевыми стенками, напоминающими по внешнему виду бункеры. Разгрузка хоппера производится через механизированные люки, расположенные в седлообразном дне. Для вспомогательных целей используются платформы, которые состоят из ходовой рамы с настилом. Для доставки особо крупного оборудования используются мощные специальные многоосные платформы – транспортеры. Для перевозки рабочих используются крытые пассажирские вагоны.

Наиболее распространенным типом вагона является думпкар грузоподъемностью 80 - 180 и больше т. Думпкар представляет собой полувагон с высотой бортов 1300 мм. От обычных полувагонов отличается наличием усиленных кузовов, рамы и механизма опрокидывания.

При погрузке объем перевозимого насыпного груза может превышать  емкость вагона на 10 – 15  %  (погрузка "с шапкой").

Степень использования  грузоподъемности п/вагона и его  емкости зависит от плотности  перевозимой породы.

Масса перевозимого груза  в п/вагоне, т определяется из выражения

 

Q_В = Е_Вγ_Нk_З,

 

где Е_В – емкость п/вагона, м³; γ_Н – плотность насыпной породы в п/вагоне, т/м³ ; k_З – коэффициент загрузки вагона.

Экономичность перевозок  зависит от коэффициента тары, определяемого  отношением массы вагона к его  грузоподъемности. Чем меньше коэффициент  тары, тем экономичней перевозки.

Часть общей массы вагона (тара и полезная масса), приходящаяся на каждую ось, характеризует нагрузку на ось, которая составляет от 220 до 300 кН и определяет требования к строению верхнего пути.

В качестве локомотивов  на карьерах применяют в основном электровозы, реже тепловозы. Тепловозы используются промышленного назначения.

Электровоз, в отличии  от обычных имеет специальную  конструкцию, способную обеспечить эффективную работу ж/д транспорта на карьерах с большой интенсивностью движения, сложностью трасс с малыми радиусами закруглений, большими подъемами, большой грузоподъемностью составов и неблагоприятными климатическими условиями.

Основной характеристикой  является сцепной вес – это  вес, отнесенный к приводным осям. Для увеличения сцепного веса локомотивов, а следовательно, и грузоподъемности поезда специально для карьеров сконструированы тяговые агрегаты, состоящие из электровоза и одного или двух моторных думпкаров, которые включаются в состав поезда.

Питание электровозов осуществляется от контактной сети (троллеи) через токоприемники (пантографы), В местах погрузки горной массы в забоях троллея располагается сбоку от ж/д пути, поэтому электровозы оборудуются дополнительными боковыми токоприемниками. Напряжение постоянного ока 1500 – 3000 В обеспечивается карьерной преобразовательной подстанцией, располагаемой на поверхности.

Чтобы исключить трудности  эксплуатации контактной сети на рабочей  площадке и на отвале, тяговый агрегат  имеет небольшую дизель-генераторную установку, которой достаточно, чтобы  перемещать состав по забойным горизонтальным путям с небольшой скоростью. Технические характеристики подвижного состава приведены в справочной литературе.

Локомотивы характеризуются  сцепным весом, силой тяги, мощностью, давлением на ось и проходимостью  по кривым.

Сцепным весом Р_СЦ, локомотива называется часть его расчетного веса Р_Р, приходящаяся на ведущие оси.

У электровозов и тепловозов обычно все оси ведущие, т. е. Р_СЦ = Р_Р.

Сила тяги F ( в Кн) и мощность локомотива N_Л (в кВТ) находится в прямо пропорциональной зависимости

N_Л = Fv/367,

где v – скорость движения. км/ч.

Максимальная сила тяги (в кН) по условиям сцепления колес  с рельсами ограничивается условием

 

F_СЦ = 10 Р_СЦφ,

 

где Р_СЦ - сцепной вес локомотива, кН; φ – коэффициент сцепления движущихся колес с рельсами (обычно равен 0,18 – 0,34).

 

Схемы развития железнодорожных путей  на карьерах

 

На карьерах протяженность железнодорожных  путей достигает многих десятков, а иногда и сотен километров.

Карьерные ж/д пути подразделяются на

1, 7 – забойные и отвальные временные пути, периодически перемещаемые по мере продвигания фронта работ;

2 – соединительные  пути, связывающие забойные и  отвальные пути с постоянными  путями в капитальных траншеях и на поверхности;

3 – пути капитальных  траншей и съездов, связывающие рабочие горизонты в карьере с путями на поверхности;

4 – откаточные, главные  цеховые и хозяйственные пути  на поверхности;

5 – магистральные  пути, соединяющие карьер с путями  МПС;

6 – раздельные пункты (железнодорожный путь по длине  делится на участки, которые называют перегонами, а пункты, ограничивающие перегоны, называются раздельными).

К раздельным пунктам  относятся станции, разъезды и посты.

Пост – это раздельный пункт, не имеющий путевого развития и предназначенный для регулирования на прилегающем перегоне движение поездов путем их остановки или пропуска. Согласно правилам на одном перегоне может находиться только один состав (поезд). Разделение больших перегонов постами на более короткие перегоны обеспечивает возможность одновременного движения большего числа поездов, что ведет ук увеличению пропускной способности пути. Обычно посты располагают на подходах к карьеру или отвалу, а также в пунктах примыкания забойных дорог к стационарным. При автоблокировке посты заменяют проходными автоматическими светофорами.

Разъезд (см. схему) предназначен для скрещивания (встречи), обгона и обмена поездов. Располагается он в непосредственной близости от карьера или отвала. При значительной длине перегона разъезды устраиваются и для увеличения пропускной способности пути. В простейшем случае разъезд, кроме главного пути, имеет один приемно-отправочный путь. Длина разъезда (в м) определяется из выражения l_P = l_П + 2l_О + 15, где, l_П – длина поезда, l_О – расстояние о начала стрелочного перевода до предельного столбика, м; 15 – расстояние, учитывающее неточность установки поезда, м.