Эксплуатационный расчет электровозного транспорта

где F_г и F_n — сила тяги электровоза соответственно в грузовом и порожнем направлениях, Н:

F_г = F'_г n_дв;  F_n = F'_n n_дв.

Расход  энергии (МДж) контактными электровозами  за рейс, отнесенный к шинам подстанции,

где η_э = 0,6, η_c = 0,95, η_п = 0,93 — КПД соответственно электровоза, тяговой сети и подстанции.

Удельный расход энергии за смену [МДж/(т·км)]

Общий расход энергии за смену (МДж)

Потребная мощность тяговой подстанции (кВт)

где U — напряжение сети, В; k₀ — коэффициент одновременности (k₀ = 1 при N_p ≤ 2; k₀ = 0,55 + N_р^-1 при N_p > 2).

Средний ток (А)

Потребное количество тяговых подстанций

где Р_атп — мощность одной автоматизированной подстанции, кВт.

Максимально допустимую длину участка (км) по одну сторону от тяговой подстанции определяют по условиям падения напряжения:

где ΔU — допустимое падение напряжения в контактной сети,, которое при наибольшей нагрузке не должно превышать 15— 20%, В; R_cp = R_к + R_р — среднее сопротивление контактного провода и рельсовых путей, Ом/км (табл. 10.5 и 10.6).

Таблица 10.5

Сопротивление контактного провода R_n, Ом/км

Путь	Сечение провода, мм2
	65	85	100
Одноколейный	0,32	0,14	0,11
Двухколейный	0,16	0,12	0,105
Трехколейный	0,11	0,08	0,07

Таблица 10.6

Сопротивление рельсового пути R_р Ом/км

Тип рельса	Число колей пути
	1	2	3
Р24	0,043	0,022	0,014
Р33	0,032	0,016	0,011
Р38	0,028	0,014	0,009

Если  по расчету длина L_у окажется меньше длины откаточного участка, то прокладывают усиливающий кабель от тяговой подстанции на ²/₃ длины откаточного участка. Усиливающий кабель присоединяют к контактной сети через каждые 200— 300 м.

Пример расчета электровозного транспорта. Исходные данные; транспортируемый груз — железная руда насыпной плотностью 2,5 т/м³; план, профиль пути, длины участков (ортов) и их производительность — см. рис. 10.10 и табл. 10.7; ширина рельсовой колеи 750 мм; тип рельсов главных откаточных путей — Р38; состояние рельсов — чистые сухие; организация работ — электровозы закреплены за составами; продолжительность смены 6 ч; рудная шахта, не опасная по газу или пыли.

Рис. 10.10. Схема электровозного транспорта: а — действительная; б — расчетная

Таблица 10.7

Условия работы электровозного транспорта

Параметры
	1	2	3	4	5	6
Сменная производительность орта, т	530	470	420	570	510	480
Расстояние транспортирования, км	1,6	1,8	2,1	1,6	1,9	2,3
Средний уклон пути, ‰	4

Задачи расчета: выбор типа электровоза и вагонетки; определение числа вагонеток в составе, числа электровозов, производительности одного электровоза, расхода энергии и потребной мощности тяговой подстанции.

Исходя  из производительности шахты и длины  откатки принимаем контактный электровоз K14M (см. 10.1) и вагонетку с глухим кузовом типа ВГ4,5А (см. табл. 9.2), технические характеристики которых см. табл. 9.1 и 10.1.

Обработка исходных данных. Действительную схему транспорта (рис. 10.10, а) заменяем на расчетную (рис. 10.10, б).

Так как  электровозы закреплены за составами, то согласно расчетной схеме средневзвешенное расстояние транспортирования определяем по формуле (10.2):

Средний уклон пути (расчетный) i_c = i_p = 4‰.

Суммарная сменная производительность всех 6 ортов откаточного горизонта Q_см = 2980 т.

Определение числа вагонеток в  составе. Масса поезда при трогании на подъем на засоренных путях у погрузочных пунктов при ψ = 0,18 (см. табл. 10.2), ω_г = 5 Н/кН и ω_п = 8 Н/кН (см. табл. 10.3), i_p = 4‰, ω_кр = 0, .a = 0,03 м/c² и Р = 14 т вычислим по формуле (10.7):

Масса вагонетки  ВГ4,5А G₀ = 4,2 т, вместимость кузова V_в = 4,5 м³ (см. табл. 9.1). Тогда число вагонеток в составе

Принимаем z=10.

Определим параметры состава:

масса груза  в одном вагоне

G = 4,5·2,5 = 11,25 т;

действительная  масса порожнего поезда

G_п.п = 10·4,2 = 42 т;

масса груженого  поезда без локомотива

G_п.г = 10 (11,25 + 4,2) = 154,5 т;

длина поезда

l_n = l_э + zl_в = 5,21 + 10 · 4,1 = 46,2 м.

Проверка массы поезда по условию  торможения. Допустимая скорость груженого поезда n_доп.г. на расчетном преобладающем уклоне определим по формуле (10.10), учитывая, что l_т £ 40 м, В_доп = 0 (на электровозе не установлены рельсовые электромагнитные тормоза) и

Таким образом, допустимая скорость:

Проверка массы поезда по условию  нагрева тяговых двигателей электровоза. Эффективный ток тягового двигателя I_эф электровоза К14М определяем по формуле (10.13), а длительный ток I_дл £ 122 А — по его технической характеристике (см. табл. 10.1).

Предварительно  по формулам (10.14) и (10.15) вычислим установившуюся силу тяги, отнесенную к одному двигателю, в грузовом F_г и порожняковом F_п¢ направлениях:

Согласно  электромеханической характеристике электродвигателя ДТН45 полученным значениям  силы тяги соответствуют токи I_г = 34 А и I_п = 86 А.

Время движения груженого состава определим  исходя из допустимой по торможению скорости движения n_доп. _г = 15,3 км/ч:

а время движения порожнего состава — исходя из скорости движения v_п согласно электромеханической характеристике: при силе тока I_п = 86 А скорость n_п = 20,5 км/ч. Таким образом,

Продолжительность пауз q_ц включает продолжительность маневровых операций (см. табл. 10.4) и резерв времени на различные задержки (10 мин):

q_ц = 10·2,0 + 10·0,67 + 10 = 36,7 мин.

Продолжительность одного рейса

t_р = 9,7 + 6,8 + 36,7 = 53,2 мин.

Эффективный ток [см. формулу (10.13)]

Таким образом, I_эф < I_дл, поэтому оставляем в составе 10 вагонеток (z = 10).

По полученным результатам расчетов массы состава  по условиям трогания, торможения и нагрева двигателей принимаем окончательное число вагонеток в составе z = 10.

Длина поезда составляет 46,21 м, следовательно, длина разминовки для размещения поезда должна быть не менее 48—50 м.

Определение числа электровозов и  их производительности. Число рейсов одного электровоза за смену [см. формулу (10.18)]

а потребное  число рейсов в смену [см. формулу (10.19)]

Число электровозов, необходимых для работы,

Принимаем резерв электровозов N_рез = 2, а инвентарное число электровозов N_и = 7 + 2 = 9.

Сменная производительность электровоза

Расход энергии на электровозный  транспорт. Расход энергии за один: рейс, отнесенный к колесам электровоза [см. формулу (10.24)],

Расход  электровозом энергии за рейс, отнесенный к шинам подстанции [см. формулу (10.25)],

Удельный  расход энергии на шинах подстанции, отнесенный к 1 т-км транспортируемого  груза [см. формулу (10.26)],

Общий расход энергии за смену [см. формулу (10.27)] 

Э_см = Э_удQ_смL_г = 0,137·2980·1,86=760 МДж

Потребную мощность тяговой подстанции оцределяем по формуле (10.28) при коэффициенте одновременности

и среднем токе [см. формулу (10.29)]

Таким образом, потребная  мощность тяговой подстанции

Р_ст = 10^-3k₀UI_срN_р = 10^-3·0,69·250·110,8·7 = 137,8 кВт.

Принимаем одну тяговую подстанцию АТП-500/275М  мощностью 137,5 кВт.