ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

У наш час в розвинених країнах дуже широко використовується підвісний монорейковий транспорт. З його допомогою вирішуються проблеми надземної розв'язки транспортних потоків. Зарубіжна і вітчизняна практика показує успішні результати в застосуванні монорейкового транспорту не тільки як надземного, але і як підземного. При експлуатації в шахті монорейкового транспорту дозволені або спрощуються завдання при перевезенні людей і допоміжних матеріалів по виробках. Особливою його перевагою є практичність у застосуванні і безпека.

Існують дві системи монорейкових доріг: з канатною і локомотивною тягою. З них слід віддати перевагу другій, так як вона забезпечує дуже високу безпеку. Також при експлуатації доріг з канатною тягою виникають проблеми можливості роботи на розгалужених лініях і перевезень на далекі відстані.

1. Історія монорейки

Перша монорейка в світі з'явилася в 1820 році в Росії. Тоді мешканець села Мячково в Підмосков'ї Іван Ельманов побудував "Дорогу на стовпах" – по верхньому подовжньому брусу котилися вагонетки, які тягнули коні. Трохи пізніше, незалежно від російського винахідника, монорейка схожої конструкції був винайдена у Великобританії Генрі Робінзоном Пальмером. Він запатентував свій винахід 22 листопада 1821 року. У 1824 році у Великобританії була побудована перша діюча монорейка. Вона використовувався на військово-морської верфі виключно для перевезення вантажів. Перша пасажирська монорейка в світі була відкрита 25 червня 1825 року.

Після цього протягом приблизно півстоліття нічого нового в області будови монорейки не відбувалося. Спроби створити працездатну монорейку, тепер вже на паровій тязі, поновилися в кінці XIX століття. Відомо, що в 1872 році на політехнічній виставці в Москві демонструвалася ділянка монорейкової дороги конструкції інженера Лярского.

Загалом в кінці XIX століття монорейка була частим гостем на різноманітних виставках. У 1872 році монорейка на кабельній тязі демонструвалася в Ліоні, в 1891 році в Сент-Луїсі демонструвалася монорейка з вагонами на зразок трамвайних.

У той же час створення діючої, працездатної монорейки виявилося набагато більш складною справою. У XIX столітті було створено величезну кількість конструкцій монорейки, але більшість з них так і залишилися на папері, а ті, які були реалізовані, не відрізнялися довголіттям. У 1878 році почала діяти парова монорейка, що з'єднує Брадфорд і Гілмор (Пенсільванія). Їі довжина становила 6,4 км. Ця монорейка створювалася для перевезень промислового устаткування, але вона також перевозила пасажирів. Брадфордська монорейка закрилася незабаром після серйозної катастрофи, що трапилася 27 січня 1879 року, коли загинув машиніст монорейки і три його пасажири.

З розвитком електротехніки на монорейках стали використовувати електричний привід. Одна з перших електричних монорейкових доріг, відома як Enos Electric Railway, була побудована в 1887 році в Грінвіль, Нью-Джерсі.

Як вже було зазначено вище, незважаючи на активні пошуки, створити монорейку, здатну бути повноцінним транспортним засобом, в XIX столітті так і не вдалося. Єдина успішна монорейка тієї епохи – побудована в Ірландії в 1888 році монорейка, з'єднувала Баллібуніон і Лістоуел. Вона проіснувала до 1924 року. Однак поширення ця конструкція не отримала.

Перші монорейки на кінній тязі були підвісними. Парові монорейки мали своєрідну напівпідвесну конструкцію: склад спирався на несучу рейку, стабільність забезпечувалася бічними напрямними рейками. Поперечний розріз такого шляху нагадував букву "А", де верхня точка відповідає несучій рейці, а точки з'єднання бічних сторін і поперечної перекладини – направляють. З появою електричних монорейок знову стала використовуватися підвісна компоновка.

Однак пропонувалися і більш незвичайні конструкції. У 1894 році в США була побудована монорейкова залізниця Boynton Unicycle Railway. На цій дорозі поїзд спирався на одну несучу рейку, зверху ж проходил підтримуюча дерев'яна рейка. Основним недоліком такої дороги було те, що на поворотах через інерції ("відцентрової сили") на підтримуючу рейку діяли високі сили.

В кінці XIX століття з'явилися опорні монорельси. У 1886 році в США була побудована дослідна монорейка такого типу, Meigs Monorail, але в ті часи поширення така конструкція не отримала. Що з'явилася в Америці система капітана Мейгса складається з двох рейок, розташованих одна над іншою прямовисно і підтримуючих металевими колонами. У підставу цієї системи покладена ідея зосередження всього тиску, переданого на шлях рухомим складом, в осьовій лінії поїзда. Кожен вагон спочиває на парі поворотних візків, підтримуваних двома напрямними горизонтальними колесами і чотирма похилими колесами, з клиноподібними жолобами по обіду. Останні котяться на двох рейках квадратного перетину, прикріплених до нижніх поясів гратчастих балок, створюючих нижню будову колії. Горизонтальні колеса локомотива служать, разом з тим, для передачі руху, а тому ці колеса, для збільшення тиску, притискаються особливими пристосуваннями до рейок.

1.1 Монорейковий транспорт – це насамперед безпека

У наш час активно почали впроваджувати нововведення, які забезпечують безпечну роботу гірників. Впровадження монорейкового транспорту дозволило різко скоротити обсяги ручної праці на доставних роботах, зменшити травматизм, пов'язаний з перевантаженнями, причіпними пристроями рухомого складу, маневрами на розминовках, обривами каната, сходом транспортних судин з рейкової колії, вирішити проблему доставки людей до місця ведення робіт і назад до виходу на поверхню. Завдяки перевезенню людей по гірничих виробках монорейковою дорогою, з дотриманням чіткого графіка доставки, тепер робочим немає необхідності йти пішки або їхати на засобах, не призначених для перевезення людей. Застосування монорейкових дизелевозів в монтажних камерах дозволило різко скоротити терміни і знизити трудомісткість монтажно-демонтажних робіт.

Монорейкова дорога – це транспортна система, в якій вагони переміщаються по балці-монорельсу, встановленої на окремих опорах або естакаді. Однак таке визначення занадто розпливчасто. Реально монорейкові дороги підрозділяються на ряд дуже специфічних різновидів, спільне між якими – тільки монорейка.

1.2 Підвісна дорога призначена для перевезення матеріалів і людей в гірничій виробці

Гірнича виробка може бути збудована в гірській породі з кріпленням бетонної, блокової, панельної або анкерної, найчастіше однак арочної.

На підвісній дорозі можна транспортувати склади, тягнуті тяговим пристроєм з власним приводом або за допомогою відкритого або нескінченного каната і лебідки.

Підвісні дороги можна застосовувати в середовищі з небезпекою вибуху метану і вугільного пилу.

Рисунок 1 – Схема руху монорейкового складу

Рисунок 1 – Схема руху монорейкового складу
(анімація: 6 кадрів, 8 циклів повторення)

2. Актуальність теми

Тема про монорейкові дороги, зокрема з локомотивною тягою є однією з поширених, що розвиваються тем доповідей, наукових робіт, досліджень в наш час. Монорейкові дороги відіграють важливу роль у розвитку гірничої промисловості в усьому світі. Але не всі країни можуть впроваджувати новітні установки в промисловість, також вся система має безліч недоробок. Якщо не розвивати і не покращувати характеристики експлуатації даного виду транспорту, то втративши свою цінність, його перестануть використовувати. Безліч вчених зробили свій найцінніший внесок у розвиток монорейкового транспорту. Деякі з них: Докт. техн. наук B.C. Берсенєв, канд. техн. наук Л.І. Айзеншток, А.С Вєткін, Л.Г. Желтухін, В.М. Григор'єв, В.В. Бухановський та інші. Найбільш докладно результати наукових досліджень по створенню монорейкових локомотивів наводяться в роботах B.C. Берсенєва. Основним напрямком робіт А.С. Вєткіна з'явилися дослідження процесу вписування рухомого складу. Отримані закономірності не можуть бути використані для визначення параметрів тягового пристрою, так як вони ставляться до причіпної частини складу. Слід зазначити, що, незважаючи на велику кількість публікацій, присвячених питанням створення монорейкових локомотивів, опублікованих в радянській та зарубіжній літературі, не існує певної методики, що дозволяє однозначно визначити основні параметри монорейкових доріг. Перші спроби в узагальненні цих питань належать В.М. Григор'єву. На підставі широких досліджень ім виявлено основні конструктивні схеми тягових пристроїв, визначено раціональні області застосування монорейкових доріг, розглянуті питання впливу конструктивних особливостей монорейкового локомотива на параметри руху, про можливу швидкість руху поїзда і достатньої потужності локомотива, а також про спосіб регулювання приводу.

У нашій країні, починаючи з 60 років, розробкою монорейкових транспортних засобів для вугільних шахт займається ряд науково-дослідних організацій, в числі яких необхідно відзначити ВНІІгідровуголь, Гіпровуглегормаш, Дондіпровуглемаш, ІГД ім. А. А.Скочінского, МакНДІ, НВО "Вуглемеханізація" та ін.

3. Дослідження параметрів монорейкового тягового пристрою підвісної дороги

3.1 Математична модель руху

Рух локомотива на підвісних рейкових дорогах здійснюється по спрямованому шляху (рейки) і в більшості випадків у шахтних умовах є рухом у системі колесо-рейка.

Для того щоб отримати рівняння руху поїзда, необхідно прийняти наступне розташування осей координат: вісь ХХ – горизонтальна, уздовж осі рейки; вісь YY – вертикальна, спрямована вгору; і вісь ZZ горизонтальна, перпендикулярна до осі ХХ і спрямована вправо. Розглянемо поїзд як матеріальну точку, розташовану в центрі його тяжіння.

На малюнку 2 наведена схема підвісного поїзда і діючих на нього сил. Точки O1 і O2 – центр ваги поїзда і аеродинамічний центр тиску відповідно. Початок координат в точці О.

Рисунок 2 – Схема підвісного поїзда і діючих на нього сил: 1 – рейка; 2 – тягач; 3 – вагони

Рисунок 2 – Схема підвісного поїзда і діючих на нього сил:
1 – рейка; 2 – тягач; 3 – вагони

У загальному випадку при русі поїзда масою m по прямій, на нього діють деякі сили:

Вертикальні і горизонтальні сили реакції рейки на малюнку 1 не показані. При русі по кривій на поїзд діє відцентрова сила mv^2/r , спрямована по осі ZZ з точкою докладання O1.

За наявності кута нахилу шляху до обрію (alfa>0), вага поїзда розкладається на дві складові: G по осі ХХ і G, перпендикулярно до осі ХХ вниз.

Спроектувавши всі сили на вісь ХХ (напрямок руху) отримаємо основне рівняння руху поїзда:

formula (1) (1)

де gamma – коефіцієнт, що враховує інерцію обертових мас рухомого складу;
s – шлях руху поїзда у напрямку осі ХХ, м;
t – час, с;
знак "+" відповідає дії сил по напрямку руху поїзда.

Для визначення складових рівняння 1 розглянемо енергетичну складову процесів тяги. Для цього запишемо вираз для механічної роботи на деякому малому проміжку ds в режимі тяги:

formula (2) (2)

де A – механічна робота локомотива зі складом поїзда, Дж;
Wk – повний опір руху поїзда, Н;
dE – прирощення кінетичної енергії руху поїзда, Дж.

Для режиму вибігу, коли робота сил опору здійснюється за рахунок зменшення кінетичної енергії

formula (3) (3)

У режимі гальмування додаткові втрати кінетичної енергії відбуваються в гальмівних пристроях поїзда:

formula (4) (4)

де Bt – гальмівна сила поїзда, Н.

З (2), (3) і (4) можна записати формулу для загального випадку:

formula (5) (5)

Величина повного опору включає в себе основний і додатковий. Додатковий включає в себе складові, які залежать від: конструкції рухомого складу, стану зовнішнього середовища, параметрів підвісного шляху. Таким чином величину повного опору можна записати як:

formula (6) (6)

Приріст кінетичної енергії визначається тільки заданною масою поїзда, яка не змінюється під час поїздки, і швидкістю його руху. Швидкість залежить від співвідношення робіт сил тяги, опору і гальмування. При експлуатації кожна складова рівняння (5) терплять зміни, які можна оцінити за допомогою поправочних коефіцієнтів, які визначаються як відношення фактичного значення роботи і розрахункових значень. Тоді рівняння (5) можна записати як:

formula (7) (7)

де kf,kw,kb – коефіціент зміни роботи відповідно сили тяги, сил опору і гальмівної сили поїзда.

Розглянемо складову, яка враховує сили додаткового опору від плану і профілю колії:

formula (8) (8)

де i – крутість ухилу профілю колії, ‰.

Звідси з урахуванням формули 7 знайдемо крутість нахилу ділянки шляху довжиною ds:

formula (9) (9)

Сили опору руху і гальмування визначаються через відповідні питомі сили, які залежать від швидкості руху:

formula (10) (10)
formula (11) (11)

де w0 – питомі сили опору локомотива і складу відповідно, Н/кН;
bt – питома гальмівна сила, Н/кН;
P, Q – маса локомотива і складу відповідно, т.

Приріст кінетичної енергії руху при зміні швидкості від vn до vk на ділянці шляху довжиною ds визначається за формулою:

formula (12) (12)

Тягове зусилля на приводних колесах можна знайти з виразу:

formula (13) (13)

де Me – крутний момент на валу двигуна в установленому режимі, кНм;
n –коефіцієнт потужностних втрат;
Up – передавальне число трансмісії тягового пристрою;
D – діаметр приводних коліс, м.

Для руху локомотива з постійною швидкістю по прямолінійній ділянці шляху необхідно долати опору руху поїзда. При цьому максимальне зусилля на приводних колесах тягового пристрою має бути:

formula (14) (14)

де m – маса перевезеного вантажу, т;
m0 – власна маса причіпної частини поїзда, що включає маси контейнерів, піддонів і зчіпних тяг, т;
g – прискорення вільного падіння, м/с^2;
beta – кут нахилу монорейки, град;
M – маса локомотива, т;
W' – коефіцієнт опору руху ходових коліс причіпної частини поїзда з вантажем;
Wl,Wk – коефіцієнти опору руху ходових і приводних коліс локомотива відповідно;
Zk – число пар приводних коліс (приводних модулів);
Р – сумарне зусилля притиснення пари приводних коліс, кН.

Крім цього необхідно, щоб визначаєме з рівняння (14) максимальне зусилля на приводних колесах не перевищувало силу зчеплення, яку прийнято вважати рівною:

formula (15) (15)

де psi – коефіцієнт зчеплення приводних коліс з монорейкою.

Значення коефіцієнта зчеплення приводних коліс з монорейкою наведені в таблиці 1:

Таблиця 1 – Значення коефіцієнта зчеплення приводних коліс з монорейкою

Таблиця 1 – Значення коефіцієнта зчеплення приводних коліс з монорейкою

З (14) і (15) випливає, що граничне значення перевезеного вантажу можна знайти за рівнянням встановленого режиму

formula (16) (16)

Вхідні в це рівняння коефіцієнти psi, W', Wl,Wk є емпіричними. Розглядається встановлений режим, оскільки інерційні навантаження, характерні для несталого режиму, незначні порівняно з силами статичних опорів, що пояснюється низькими швидкостями руху монорейкових локомотивів в шахтних умовах.

Отримане рівняння (16) пов'язує між собою три змінні: допустиму масу вантажу за умовами зчеплення приводних коліс з монорейкою, кут нахилу монорейкового шляху і зусилля притиснення приводних коліс.

Опір повітря руху складу тим більше, чим вище швидкість руху і значніше лобова площа складу. Сила Wb опору повітря також залежить від геометрічених форм локомотива і причіпної частини – обтікаємості. У шахтних умовах має місце швидкість повітря при провітрюванні виробітку vb, по якій рухається склад. Причому vb приймає як позитивні так і негативні значення, залежно від напрямку руху складу щодо напрямку повітряного потоку.

Виходячи з цього, можна записати вираз для визначення повітряного опору руху складу:

formula (17) (17)

де: S – лобова площа, м^2;
v – швидкість руху рухомого складу, м/с;
k – коефіцієнт обтікаємості, Нс^2/м^4;
vb – швидкість повітря провітрювання виробки.



При написанні даного реферату магістерська робота не завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2013 року.

Перелік посилань

  1. Петренко О.С. Подвесные рельсовые дороги. М.: Машиностроение, 1982.
  2. Проектування та конструювання транспортних і підйомних машин та комплексів./Під ред. В.О.Будішевського – Донецьк: Норд-Пресс, 2009. – 599с.
  3. Подземный транспорт шахт и рудников./Под ред. Пейсаховича Г.Я., Ремизова И.П. – М.: Недра, 1985. – 566с.
  4. Григорьев В.Н. Выбор рациональных схем тяговых устройств монорельсовых локомотивов// РЖ «Горное дело». – 1973. - №6 – А202.
  5. Ширин Л.Н. Оценка эксплуатационных параметров подвесных монорельсовых дорог / Ширин Л.Н., Посунько Л.Н., Расцветаев В.А. // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2008. – Вип. 76. – С. 91 – 96.
  6. Гиленко В.А. Монорельсовый транспорт при проходке горизонтальных горных выработок / Гиленко В.А., Кадышев В.В, Костюченко С.И. // Обзор. – М. – 1975. – 35 c.
  7. Лобов И.А. Дизельные локомотивы для монорельсовой транспортной системы шахт// РЖ «Горное дело». – 1974. - №1 – Б418.
  8. Веткин А.С. Вписывание локомотивов в вертикальные закругления монорельсовых путей. Горные, строительные и дорожные машины. - Киев, 1983.
  9. Ороховский И.И. Монорельсовые дороги с дизельным приводом / И.И. Ороховский, Кулевкин, Г.С. Руденко. – М.: ЦНИЭИуголь, 1980. – 40 с.
  10. Beal M. Усовершенствование монорельсовой установки на шахте// РЖ «Горное дело». – 1975. - №11 – Б474.
  11. Шахтарь П.С. Рудничные локомотивы. – М.: Недра, 1992. – 296с.
  12. Шамин В.С., Сардов А.И., Ли А.А., Свадковский В.Г. Подвеска для закрепления монорельса в горных выработках// РЖ «Горное дело». – 1974. - №12 Б253.
  13. Айзеншток Л.И. Исследование динамики и обоснование параметров конструкции и условий эксплуатации шахтных скоростных монорельсовых дорог: Автореф. дис. Канд. тех. наук. – Днепропетровск, 1983.
  14. Arnold Hartmut. Методы исследований монорельсовых и напольных дорог// РЖ «Горное дело». – 1974. - №10 – А259.
  15. Григорьев В.Н. Установление зависимости между весом и мощностью монорельсовых локомотивов// РЖ «Горное дело». – 1973. - №5 – Б699.
  16. Мерецкий В.М., Лобов И.А. Особенности расчета тяговой характеристики монорельсового дизелевоза ДМВ-5// РЖ «Горное дело». – 1972. - №11 – Б533.
  17. Нос В.С., Айзеншток Л.И. О зазорах в выработках при монорельсовом транспорте // Безопасность труда в промышленности. Сб. науч. тр. / МакНИИ. – 1982. – №2. – С. 47-48.
  18. Лещов Г.К., Хан В.В. Аварийно-стояночная тормозная система монорельсового состава с дизелевозом ДМВ-5// РЖ «Горное дело». – 1975. - №10 – Б684.
  19. SMT Scharf [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://smtscharf.com/cms/front_content.php?lang=5&idcat=3. Дата обращения 01.06.2011.