5.3. Характеристика пути и подвижного состава железнодорожного транспорта

По условиям эксплуатации карьерные железнодорожные пути подразделяют на стационарные (постоянные) и передвижные. Стационарные пути укладывают на длительный срок, располагают на поверхности и в траншеях. Передвижные перемещают вслед за подвиганием фронта работ на уступе (забойные), отвале (отвальные) или постепенно наращивают (соединительные пути на транспортных бермах и уступах). Стандартная колея отечественных карьерных путей, измеряемая между внутренними частями головок рельсов, составляет 1520 мм (допуски +6 и –4 мм). На зарубежных карьерах ширина стандартной колеи – 1435 мм.

Линию, определяющую положение в пространстве оси железнодорожного пути, называют трассой. Горизонтальная проекция трассы образует план пути, а вертикальная – его продольный профиль.

Путь в плане состоит из прямых и закруглений, сопряженных переходными кривыми. Минимальный радиус закруглений зависит от типа подвижного состава, ширины колеи и составляет для стационарных путей 200–250м. для передвижных – 120–150 м. Максимальный затяжной подъем (уклон) пути, по величине которого определяют массу поезда при движении с расчетной скоростью, называют руководящим подъемом. Его максимально допустимая величина при электровозной и тепловозной тяге составляет 40 %, при тяговых агрегатах – 60 %, на передвижных погрузочных путях в карьере – 15 %, на разгрузочных путях отвалов – 10 %.

Основные элементы железнодорожного пути – нижнее и верхнее строение. Нижнее, строение включает земляное полотно, инженерные и водопропускные сооружения (путепроводы, мосты, тоннели, трубы), верхнее – балластный слой, шпалы, рельсы со скреплениями (рис. 5.1). Земляным полотном в карьерах служат: подошва горных выработок (траншей и съездов), транспортные бермы, рабочие площадки уступов, а на отвалах – насыпь отвалов. Ширина земляного полотна в скальных и полускальных породах на однопутных линиях широкой колеи составляет 6,5 м. При расстоянии между осями двух смежных путей 4,1 м она равна 10,9 м. В траншеях она составляет соответственно 7,9–8,3 м и 12,0–12,4 м [25].

Балласт, укладываемый на земляное полотно, служит для распределения давления, смягчения ударов от подвижного состава и дренирования влаги. Его отсыпают из щебня размером 20–70 мм, гальки, гравия, крупного песка, хвостов обогащения. Толщина балластного слоя 0,25–0,4 м – на стационарных путях и 0,15–0,25м – на передвижных. Расход балласта, соответственно, 1500–2000 м³/км и 600–1000 м³/км.

а б

Рис. 5.1. Строение железнодорожного пути: а – общая схема; б – конструкция рельсового прикрепления; 1 – земляное полотно; 2 – балластный слой; 3 – шпала; 4 – рельсы; 5 – прижим; 6 – подкладка; 7 – болт

Шпалы выполняют роль рельсовых опор и предназначены, для передачи давления от подвижного состава на балласт. Материалом для них служат дерево, железобетон и металл. Длина деревянных шпал – 2,75 м. Против гниения их пропитывают антисептиком. Число шпал, укладываемых на 1 км пути, зависит от интенсивности движения поездов и нагрузки на ось и составляет 1600–2000 шт. [25].

Выбор рельсов предопределяется нагрузкой на ось, интенсивностью и скоростью движения. По нормативам Гипроруды, на передвижных путях укладывают рельсы Р-50 (масса 1 м – 50,51 кг) или Р-65, (масса 1 м – 64,41 кг), на стационарных – Р-50, Р-65, Р-75 [25]. Стандартная длина рельсов – 12,5 и 25 м. На стационарных путях их сваривают в длинные плети, а на криволинейных участках используют короткие отрезки рельсов необходимой длины. К рельсовым скреплениям относят приспособления для прикрепления рельсов к шпалам (подкладки, костыли, шурупы, болты), соединения рельсов между собой (накладки, болты), закрепления пути от продольного смещения (противоугоны).

Для переезда поезда с одного пути на другой служат стрелочные переводы, переводимые вручную или автоматически (рис. 5.2). Их характеризуют тангенсом угла крестовины (маркой крестовины). На постоянных путях устанавливают переводы с маркой крестовины 1/9 и 1/7, на временных – с маркой крестовины 1/7 и 1/5.

Контактный провод электрифицированных железнодорожных путей подвешивают на кронштейнах или П-образных опорах. На прямолинейных и криволинейных участках с радиусом свыше 600 м расстояние между смежными опорами постоянных путей – 50 м, передвижных – 18 м. С уменьшением радиуса кривых пролет между опорами уменьшают. Например, при R_к=150 м он составит 26 м на постоянных путях и 9 м – на передвижных. Подвеска контактного провода над стационарными путями, на станциях, разъездах и под искусственными сооружениями – центральная, на передвижных путях и под погрузочными бункерами – боковая. Высота подвески над уровнем головки рельсов на стационарных путях 6500–5550 мм, на передвижных – 4900–5300 мм. Площадь поперечного сечения медного контактного провода равна 65, 85 или 100 мм².

Рис. 5.2. Схема стрелочного перевода: 1 – рамный рельс; 2 – соединительные тяги; 3 – желоб контррельса; 4 – контррельсы; 5 – сердечник; 6 – крестовина; 7 – шаг пера; 8 – стык рамных рельсов; 9 – стрелка; 10 – перо; 11 – переводной механизм; 12 – горло крестовины; 13 – желоб крестовины; 14 – усовик

Подвижной состав включает локомотивы и вагоны (приложения 10-13). В качестве локомотивов на карьерах используют электровозы, тепловозы и тяговые агрегаты. Наибольшее применение получили промышленные электровозы постоянного (напряжением 1,5 и 3 кВ) и переменного (напряжением 10 кВ) тока. Их ходовая часть состоит из двух-трех поворотных двухосных или трехосных тележек с индивидуальным приводом к осям от тяговых двигателей. Электровозы оснащены центральными (пантографами) и боковыми токосъемниками. Основные достоинства электровозной тяги: высокая скорость движения на руководящем подъеме, простое обслуживание и надежная работа в любых климатических условиях. Недостатки: зависимость от источника энергии и значительные затраты на сооружение контактной сети, тяговых подстанций и перемещение контактной сети.

Некоторые электровозы (дизель-электровозы) оснащают дизель-генераторным агрегатом. В этом случае отпадает необходимость в контактной сети на забойных и отвальных путях. В глубоких карьерах эффективны тяговые агрегаты с одним – двумя моторными вагонами и электровозом управления. При наличии в составе дизельной секции автономного питания контактную сеть содержат лишь на постоянных и соединительных путях.

Промышленные тепловозы оснащены дизельными двигателями внутреннего сгорания, что обеспечивает их автономность. Большинство современных тепловозов имеют электрическую передачу. Тяговые двигатели таких локомотивов, установленные на полуосях ходовых тележек, получают электроэнергию от главного генератора, соединенного общим валом с дизелем. К недостаткам тепловозов следует отнести резкое снижение скорости при движении на подъем, сложность ремонтных работ, недопустимость перегрузки двигателей, малые преодолеваемые подъемы.

Все локомотивы характеризуются мощностью, силой тяги, сцепной массой, давлением на ось и проходимостью по кривым.

Под сцепной массой локомотива Q_сц (т) понимают часть его общей массы, приходящейся на движущие оси. У электровозов и тепловозов все оси движущие, поэтому сцепная масса равна их общей массе. Сцепная сила тяги – внешняя сила, создаваемая двигателями локомотива (Н), затрачиваемая, в основном, на преодоление сопротивления движению:

F_сц= 1000·ψ·Q_сц ·g, (5.1)

где Q_сц – сцепная масса локомотива, т; ψ – коэффициент сцепления между бандажами ведущих колес локомотива и рельсами, при движении ψ_дв=0,22–0,26; при трогании с места ψ_дв=0,28–0,34; g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с².

Сила тяги и мощность локомотива связаны между собой:

, (5.2)

здесь N_л – мощность локомотива, кВт; V – скорость движения, км/ч; F_сц – сила тяги на ободе движущихся колес, создаваемая двигателем локомотива, кН; η – к.п.д. передачи от двигателя к ведущим колесам.

Карьерные вагоны оснащены открытым кузовом для экскаваторной погрузки и механической разгрузки. Для перевозки породы и полезного ископаемого с большой плотностью используют думпкары (рис.5.3) – вагоны с автоматически наклоняющимся кузовом и откидными или поднимающимися при разгрузке бортами. Система наклона кузова – пневматическая или гидравлическая от компрессоров (насосов) локомотива. Основные параметры думпкара – грузоподъемность, вместимость кузова, коэффициент тары, нагрузка на ось. Суммарная грузоподъемность вагонов одного поезда составляет его полезную массу. Вместимость кузова соответствует его геометрическому объему. Коэффициентом тары вагона называют отношение его собственной массы (массы тары) к грузоподъемности. Отечественная промышленность выпускает думпкары четырех типоразмеров – грузоподъемностью 60, 85, 105, 145 т и коэффициентами тары 0,41–0,48. Стадию испытаний проходят вагоны грузоподъемностью 170 и 180 т.

П

а

б

в

г

Рис. 5.3. Думпкары: а – грузоподъемностью 60 т; б – грузоподъемностью 85 т; в – грузоподъемностью 105 т; г – грузоподъемностью 180 т

еревозку полезного ископаемого, как правило, ведут в полувагонах типа «гондола», (приложение 13) реже – типа «хоппер». Дно полувагонов-гондол состоит из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки. При открывании люков груз под действием силы тяжести перемещается по наклонным поверхностям и высыпается по обе стороны от оси пути. Отечественные гондолы имеют грузоподъемность 63, 94, 125, 140 т и низкие коэффициенты тары (0,85–0,37). Вагоны типа «хоппер» оборудованы наклонными торцовыми стенками и разгружаются через люки, расположенные ниже рамы. Чаще всего их используют для перевозки и дозированной выгрузки балласта.