Маневровые устройства МУ-25 и МУ-25А применяют для перемещения вагонов, при погрузке угля в железнодорожные вагоны как в проектах новых шахт, так и на действующих взамен тяговых лебедок и других средств. Все многообразие схем погрузки, а следовательно, и циклов работы маневровых устройств можно свести к двум основным вариантам: погрузка в движущийся вагон (без взвешивания); погрузка в неподвижный вагон (со взвешиванием).
Очевидно, что техническая производительность маневровых устройств цикличного действия всегда меньше производительности устройств непрерывного действия из-за наличия непроизводительных операций. Поэтому при погрузке в движущийся вагон для сокращения времени погрузочного цикла маневровое устройство устанавливают таким образом, чтобы его возврат в исходное положение совмещался с отсыпкой первичного конуса угля в следующий вагон.
Догрузку вагона целесообразно производить при непрерывном перемещении состава, что при существующей производительности погрузочного оборудования требует наличия у маневрового устройства низкой рабочей скорости (0,1 м/с и ниже) и возможности ее регулирования для согласования с меняющейся интенсивностью потока угля.
При безбункерной погрузке непроизводительное время цикла работы маневрового устройства должно быть меньше или равно времени отсыпки первичного конуса. В противном случае необходимо останавливать поток угля, поступающий на погрузочный пункт. Поэтому отношение рабочей скорости перемещения вагонов υр к скорости возврата υв (без учета времени подъема и опускания балки) равно отношению массы угля в первичном конусе к массе догружаемого угля:
Так как у маневровых устройств МУ-25 номинальная скорость υн в 2 раза меньше скорости возврата
то при непрерывной работе погрузочного пункта, когда время возврата меньше или равно времени отсыпки первичного конуса, υp должна быть примерно в два раза меньше υн. Такое соотношение приводит к неполному использованию двигателя постоянного тока и препятствует увеличению производительности пункта погрузки.
Максимально возможную техническую производительность маневрового устройства можно определить из условия возврата его в исходное положение за время отсыпки первичного конуса. При постоянной интенсивности потока угля она равна
где q=62 т — грузоподъемность четырехосного вагона; k3=0,25 — коэффициент, учитывающий, какую часть емкости вагона составляет первичный конус без учета угля, погруженного за время прохождения межвагонного промежутка под погрузочным устройством; Тв — время возврата устройства; Тс=25 с — время
вспомогательных операций, состоящее из времени подъема и опускания балки и времени успокоения состава после его остановки; lв=14 м—длина вагона (размер по осям автосцепок); υн=0,36 м/с — скорость перемещения устройства при возврате; υн= 1,2—коэффициент, учитывающий увеличение времени перемещения устройства при возврате за счет операций поиска автосцепки.
После подстановки принятых значений в формулу получим Qм.у=0,216 т/с=778 т/ч.
Повысить производительность маневрового устройства можно путем кратковременного аккумулирования угля в накопительной воронке, емкость которой больше, чем необходимо для приема угля, поступающего в период прохода под погрузочным устройством межвагонного промежутка. Накопленный за время возврата маневрового устройства уголь затем более интенсивно грузится в вагон при большей скорости перемещения состава.
Максимальная емкость воронки рассчитывается, исходя из необходимости накапливания в ней количества угля qR достаточного для заполнения оставшейся части вагона при непрерывном его перемещении после отсыпки первичного конуса. При расчете емкости воронки необходимо учитывать объем угля, поступающего за время догрузки вагона.
Наличие накопительной воронки, помимо увеличения производительности, позволяет исключить зависимость скорости маневрового устройства от интенсивности и неравномерности поступления угля на пункт погрузки и лучше использовать маневровое устройство по скорости его перемещения.
Производительность маневрового устройства при наличии накопительной воронки определяется по формуле
где
— время перемещения состава на длину одного
вагона; ин=0,18 м/с — номинальная скорость устройства.
После подстановки принятых значений в формуле имеем "Рм.у=0>415 т/с = 1495 т/ч.
Для достижения этой производительности должна быть повышена производительность погрузочного устройства, которая определяется по формуле
где
— время догрузки вагона; k4=0,8 — коэффициент, учитывающий, какую часть длины вагона составляет путь догрузки.
Поставив принятые значения в формулу, получаем Qпу= 0,75 т/с = 2700 т/ч.
При безбункерной погрузке угля в неподвижный вагон перемещающимся конвейером необходимо устанавливать вагон под погрузку до того, как конвейер с накопленным углем вернется в исходное положение. Поскольку при этом υр=υн=0,5υв, минимальное время поступления угля на конвейер, равное времени перемещения вагона, ограничивает производительность погрузки. Так как конвейер используется как накопитель, то его погонная нагрузка для улучшения показателей работы маневрового устройства должна быть повышена. Однако но конструктивным соображениям размеры конвейера и его погонная нагрузка зачастую ограничены, поэтому установка накопительной воронки перед конвейером также дает возможность повысить производительность пункта погрузки и стабилизировать скорость перемещения конвейера при загрузке вагона. Максимальная емкость накопительной воронки определяется временем перемещения вагона. За это время уголь накапливается в воронке и частично на конвейере, а затем более интенсивно выгружается в вагон.
Расчеты показывают, что при погрузке в неподвижный вагон, так же как и при погрузке в движущийся вагон, наличие накопительной воронки позволяет более чем в два раза увеличить производительность маневрового устройства. При этом также требуется увеличение производительности погрузочного устройства (конвейера).
Наиболее эффективна высокопроизводительная погрузка при непрерывном перемещении вагонов, исключающем потерн времени на непроизводительные операции и затраты энергии для придания составу нужной скорости. При цикличной работе энергию движущегося состава после его перемещения на длину вагона необходимо погасить либо механическими тормозами, либо электрическим торможением с рекуперацией энергии в сеть. Возникающие при этом частые динамические перегрузки в приводе и в конструктивных элементах маневрового устройства снижают надежность его работы.
Маневровое устройство непрерывного действия после подачи порожнего состава на погрузочный путь производит его перемещение на всю длину в процессе загрузки, а затем отсоединяется и возвращается в исходное положение. Скорость подхода и возврата для сокращения времени цикла погрузки принимают большей, чем скорость перемещения состава (обычно в 2 раза). Имея ряд преимуществ по производительности и динамике движения, такие устройства обладают рядом недостатков, связанных как со значительными капитальными и эксплуатационными затратами, обусловленными большой протяженностью зоны обслуживания, так и с нестабильностью скорости перемещения состава, вызываемой пробуксовкой ведущих колес маневрового устройства и наличием зазоров в автосцепках вагонов. Кроме того, отсутствие высокопроизводительного погрузочного оборудования приводит к тому, что преимущества маневровых устройств непрерывного действия в настоящее время практически не реализуется. Непрерывное перемещение вагонов при загрузке возможно лишь в том случае, если погрузочное устройство успеет отсыпать первичный конус за время прохода под ним соответствующей части вагона.
Время отсыпки первичного конуса t определяется его объемом и производительностью погрузочного устройства Qп.у
С другой стороны, оно определяется величиной перемещения вагона за время отсыпки lп.к и скоростью перемещения υ
Скорость непрерывного перемещения состава зависит от заданной технической производительности погрузки Q и типа вагона
где Vв— объем угля, загружаемого в вагон; lв — длина вагона (по автосцепкам).
Приравнивая выражения, соответствующие t, и решая полученное выражение относительно Qп.у, получаем
При загрузке состава, состоящего из четырехосных вагонов (lп=13,9 м), углем с насыпным весом γ=0,8 т/м3, для которого объем первичного конуса максимален, значения указанных величин составляют: Vв=78,8 м3; Vп.к=16,8 м3 и lп.к=0,5 м. При этом производительность погрузочного устройства в момент отсыпки первичного конуса должна превышать техническую производительность пункта погрузки почти в 6 раз. Установку такого погрузочного устройства нельзя считать целесообразной, поэтому погрузочное устройство выполняется в виде поворотного желоба (либо передвижного конвейера), следящего по мере перемещения вагона за отсыпкой первичного конуса. После отсыпки устройство остается в том же положении до конца загрузки вагона. Во время прохода межвагонного промежутка подача угля прекращается и загрузочное устройство возвращается в исходное положение навстречу следующему вагону.
Для определения возможности увеличения производительности погрузочного пункта при переходе на непрерывную погрузку необходимо сравнить техническую производительность маневровых устройств непрерывного и цикличного действия за время погрузки одного состава, состоящего из п вагонов.
Техническая производительность маневрового устройства определяется по формуле
где Т — полное время работы маневрового устройства при погрузке состава.
Для устройства непрерывного действия время работы складывается из времени, затрачиваемого на подход к составу, непосредственно перемещение состава и возврат в исходное положение,
где Δl длина пути от состава до места стоянки маневрового устройства (для электротягача ПКТИ Δl = 40 м).
Для устройства цикличного действия при работе с накопительной воронкой время погрузки состава определяется как сумма времени обслуживания всех вагонов состава
Отсюда, принимая во внимание, что скорость возврата вдвое больше рабочей, получаем производительность маневрового устройства:
непрерывного действия
цикличного действия
Из анализа полученных выражений следует, что техническая производительность маневрового устройства определяется в основном его рабочей скоростью. Количество вагонов в составе на производительность устройств непрерывного действия влияет незначительно.
Рис. 49. Зависимость кратности увеличения скорости перемещения вагонов при замене устройства непрерывного действия цикличным от производительности пункта погрузки
Рис. 48. Зависимость технической производительности маневровых устройств от скорости перемещения вагонов
Снижение производительности устройств цикличного действия определяется в основном потерями времени на выполнение вспомогательных операций после каждого цикла перемещения вагонов: подъема и опускания балки и успокоения состава.
На рис. 48 показаны зависимости технической производительности маневрового устройства непрерывного действия ПКТИ на погрузке четырехосных вагонов (1 — при п= 10 вагонов; 2 — при п=40 вагонов) и устройства цикличного действия МУ-25 (3) от скорости перемещения вагонов. Из рисунка видно, что использование маневровых устройств непрерывного действия обеспечит существенное увеличение производительности при рабочей скорости выше 0,3 м/с.
На рис. 49, построенном на основании зависимости Qм.у=f(vp), показана необходимая кратность увеличения скорости перемещения вагонов при замене устройства непрерывного действия цикличным в зависимости от производительности пункта погрузки Qп.п для составов из 10 вагонов (кривая 1) и и 40 вагонов (кривая 2). Однако с увеличением скорости перемещения состава устройством цикличного действия растут динамические нагрузки. Уменьшить их можно за счет увеличения времени разгона и замедления посредством применения регулируемого привода постоянного тока.
Таким образом, для высокопроизводительной погрузки (до 3000 т/ч) могут быть применены маневровые устройства цикличного действия, имеющие регулируемый привод постоянного тока. Причем их применение не требует наличия сложных погрузочных устройств, производящих отсыпку первичного конуса угля в движущиеся вагоны.