Погрузочное оборудование предназначается для равномерной подачи угля в вагоны, перекрытия потока угля при остановке погрузки и дозирования вагонов по объему. Для этих целей используются питатели стационарные и передвижные, ленточные конвейеры и конвейерные стрелы, погрузочные желоба, работающие с самоподпором угля, желоба-дозаторы, направляющие погрузочные желоба различных систем и затворы.
В соответствии с рекомендациями Центрогипрошахта в последние годы применяют главным образом унифицированные погрузочные устройства. Однако находит применение и индивидуальное высокопроизводительное оборудование, предназначенное для скоростной погрузки.
Большое распространение на погрузочных пунктах угольных предприятий получили качающиеся и вибрационные питатели, предназначенные для равномерной и дозированной подачи угля из ячеек погрузочных бункеров на сборные конвейеры. На отдельных предприятиях применяются и дисковые питатели.
Стационарные и передвижные конвейеры, используемые при погрузке рядовых углей, монтируются из узлов и деталей конвейеров общего назначения. Наибольшее применение нашли конвейеры с лентой шириной 800—1400 мм производительностью 500—1000 т/ч. Передвижной конвейер в отличие от стационарного оснащен приводом перемещения и имеет возможность перемещаться по рельсовым направляющим, уложенным на перекрытии погрузочного пункта.
Стационарные и передвижные конвейерные стрелы применяются при погрузке сортового угля для сохранения его сортности. При бункерной погрузке они являются также и сборными, а при безбункерной — только погрузочными механизмами. Стационарные конвейерные стрелы унифицированы и выпускаются трех типов: УКС-1, УКС-1,2 и УКС-1,4 с лентой шириной соответственно 1000, 1200 и 1400 мм [3].
Универсальная конвейерная стрела состоит из поворотной и стационарной частей, привода конвейерной ленты, привода подъема стрелы и поворотного желоба. Поворотный желоб, установленный на конце конвейерной стрелы, служит для перекрытия потока угля во время прохода межвагонного промежутка.
При применении передвижных погрузочных конвейеров и конвейерных стрел в условиях Крайнего Севера для защиты от обмерзания применяют конвейеры закрытой конструкции, снабженные вентилятором для обдува ленты теплым воздухом.
В передвижном конвейере конструкции Южгипрошахта в качестве шторного затвора, перекрывающего проем в перекрытии погрузочного пункта, используется конвейерная лента, которая наматывается на барабан при перемещении конвейера вперед и сматывается при возврате конвейера в исходное положение.
Погрузочные желоба выпускаются различных типов. Унифицированный желоб ПЖО (открытого типа) предназначен для скоростной погрузки угля из бункеров [3]. Для боковой погрузки, применяемой при малой высоте (около 6 м) и значительном удалении выпускных отверстии бункеров от оси железнодорожного пути, не позволяющем осуществить центральную погрузку, служат погрузочные желоба 1ПЖО-1 и 1ПЖО-2 соответственно для сухого и влажного угля. При этом догрузка и формирование «шапки» угля в вагоне производятся с помощью желобов для центральной погрузки 2ПЖО-1 и 2ПЖО-2. Для центральной погрузки в зависимости от типов бункеров и количества выпускных отверстий в них применяются также желоба 2ПЖО-3, 2ПЖО-4 и ЗПЖО-1.
Универсальный однорукавный погрузочный желоб ПЖУ-1 предназначен для безбункерной погрузки с накопительной емкостью и при погрузке угля стационарным конвейером в движущийся вагон, но с прекращением погрузки при переходе межвагонного промежутка. Для непрерывной бункерной и безбункерной погрузки служит универсальный двухрукавный погрузочный желоб ПЖУ-2 (3).
На шахтах Карагандинского и Кузнецкого бассейнов нашли широкое применение погрузочные желоба с двумя подъемными лотками. Устройство этого типа состоит из центральной воронки с двумя отводами, на которых шарнирно закреплены лотковые желоба, направленные в разные стороны вдоль железнодорожного пути. Желоба поднимаются и опускаются канатом. Погрузка производится через один лоток, второй предназначен для погрузки лишь в период смены вагонов и обеспечивает непрерывность погрузки.
Имеют применение и желоба с одним подъемным лотком.
Из всего разнообразия существующих типов затворов на погрузочных пунктах шахт получили распространение секторные, челюстные, лотковые, шиберные и цепные (1,8).
Секторные затворы наиболее распространены. Они выполняются с внутренним и наружным закрыванием, вертикальными и наклонными. Затвор представляет собой патрубок, нижняя часть которого перекрывается секторной задвижкой.
Челюстные Затворы в отличие от секторных имеют два сектора, перекрывающих выходное отверстие патрубка. Каждый сектор вращается на своем шарнире.
Открывание и закрывание их происходит одновременно одним приводом.
Лотковый затвор представляет собой желоб (лоток), подвешенный на шарнире в нижней части выпускного патрубка. Закрывание затвора осуществляется установкой подвижного желоба в горизонтальное положение.
Рис. 2. Классификация маневрового оборудования
В цепном затворе ЗЦ-1, разработанном институтом Гипроуглегормаш, закрывание осуществляется с помощью «цепного чулка» [9], состоящего из вертикальных отрезков круглозвенной цепи, закрепленных по периметру на внутренней и наружной цилиндрических течках. При повороте наружной течки «чулок» перекрывает проходящий внутри него поток материала. Такой затвор обладает высокой пропускной способностью.
Гусенично-щелевой затвор, разработанный этим же институтом, закрывается в результате смещения пропускных щелей [10]. В поток материала с двух противоположных сторон внедряются верхнее и нижнее полотна, каждое из которых перекрывает сечение затвора не полностью. Это позволяет производить закрывание затвора при погрузке крупнокускового материала и по сравнению с шиберным затвором уменьшает усилия при закрывании и возможность заштыбовки. Более подробно конструкции и принципы работы новых затворов описаны в главе II.
Маневровое оборудование предназначается для перемещения вагонов у погрузочных пунктов. Это необходимо в связи с тем, что загрузка вагонов производится, как правило, последовательно по одному и только в очень редких случаях — группами.
Маневровые операции могут осуществляться с помощью самого разнообразного оборудования, начиная от средств малой механизации и кончая локомотивами. На рис. 2 дана классификация этого оборудования. Каждый его вид имеет свою область применения, обусловленную объемом работ, производительностью, типом применяемого погрузочно-разгрузочного оборудования, способом погрузки, климатическими условиями и другими факторами. На шахтах и обогатительных фабриках наибольшее применение получили одно- и двухбарабанные лебедки и маневровые устройства, а на разрезах — локомотивы. На погрузочных пунктах шахт локомотивы не могут быть рационально использованы в связи с невозможностью обеспечить их полную загрузку. Известно также, что замена маневрового паровоза двухбарабанной маневровой лебедкой с дистанционным управлением в зависимости от объема погрузки снижает эксплуатационные расходы в 6—30 раз [11].
В зарубежной практике находят применение поперечные маневровые тележки и самокатные устройства уклонных путей [12]. В отечественной промышленности они используются редко и могут быть рекомендованы только для крупных железнодорожных сортировочных станций. Надо иметь в виду, что при применении этих устройств ручные операции не устраняются.
До последнего времени на шахтах и обогатительных фабриках СССР применялись в основном одно- и двухбарабанные тяговые лебедки с тяговым усилием до 12 тс.
С помощью однобарабанных маневровых лебедок, различного вида отклоняющих и обводных блоков и натяжных станций передвижение вагонов обеспечивается только в одном направлении. Для возможности перемещения вагонов в двух направлениях используются двухбарабанные и спаренные однобарабанные лебедки.
Лебедки, а также маневровые устройства с использованием лебедок,, облегчая выполнение маневровых работ, не устраняют ручных операций и не решают вопросов автоматизации погрузки угля в железнодорожные вагоны и выгрузки его из вагонов.
В связи с ростом производительности новых и реконструируемых шахт (до 3 млн. т угля в год), повышением уровня автоматизации производственных процессов, а также с переходом на безбункерный способ погрузки ряд институтов, в том числе Донгипроуглемаш, Гипроуглегормаш, Гипроуглеавтоматизация, разработали новые маневровые устройства МУП-3, МУП-3Т и их модификации МУ-6, МУ-12, МУ-12В, МУ-25, МУ-25А, МУТ-12, ТПЦ-1 и др. Широко применявшиеся в 1956—1965 гг. маневровое устройство МУП-3К и его модификации вследствие имеющихся недостатков в настоящее время имеет ограниченную область применения.
Все указанные маневровые устройства имеют тяговую тележку, перемещающуюся внутри железнодорожной колеи и оснащенную автосцепками, что позволяет исключить ручные операции. Расцепление осуществляется с помощью расцепителя, установленного на железнодорожных путях.
В последнее время широкое применение получили маневровые устройства МУ-6, МУ-12, МУ-12В, МУ-25 и МУ-25А, электротягам ПКТИ. Маневровые устройства МУ-12 и МУ-25 рекомендованы в качестве типовых, как наиболее соответствующие современному техническому уровню и необходимой степени механизации и автоматизации работ [13, 14].
Маневровое устройство МУ-12 в отличие от устройств типа МУП имеет толкающую тележку, оснащенную рычагами с роликами, которые обеспечивают автоматический захват за реборды скатов и перемещение состава. Расцепление тележки осуществляется либо при ручном нажатии на рычаг расцепителя, либо автоматически при наезде расцепителя на специальный профиль. Отличительная особенность устройства МУ-6—наличие двух шкивов трения, позволяющих обслуживать два параллельных пути, а МУ-12В — специальная конструкция тележки, обеспечивающая вталкивание вагонов в вагоноопрокидыватель.
Маневровые устройства МУ-6 и МУ-12 управляются дистанционно оператором. При работе по Челноковой схеме они могут быть переведены в автоматический режим управления.
Электротягач ПКТИ, разработанный Днепропетровским проектно-конструкторским технологическим институтом, перемещается по железнодорожной колее и получает питание от троллейных проводов. Для соединения с составом он снабжен автосцепками. Чтобы освободить путь для прохода состава, электротягач направляется на специальный тупиковый путь.
Ряд маневровых устройств (МУП-3К, МУ-6, МУ-12, МУ-12В, ТПЦ-1, МУ-20) имеет малые габариты: их основные узлы располагаются обычно внутри железнодорожной колеи, тележки перемещаются по путям, настланным также внутри колеи. Незначительно выступая по высоте над уровнем головки рельса, эти устройства не препятствуют проходу состава. Простота конструкции и сравнительно невысокая стоимость, казалось бы, дают им преимущества перед устройствами других типов. Однако следует учитывать значительную протяженность участков, обслуживаемых маневровыми устройствами с тележками, и необходимость сооружения приямков для последних.
У подвагонных цепных толкателей, монтируемых непосредственно под погрузочными устройствами, основное оборудование также находится внутри железнодорожного полотна, поэтому они подвержены не только воздействию атмосферных осадков, но и загрязнению просыпающимся при погрузке углем.
Богатый опыт эксплуатации маневровых устройств МУП-3к (14 установок) и МУ-25 (23 установки) на шахтах и обогатительных фабриках Карагандинского бассейна позволяет объективно оценить влияние климатических условий на работу маневровых устройств. В частности, основным недостатком МУП-3к является необходимость обслуживания протяженного участка и сооружения приямка для тележки, подверженного заносам, обледенению и затоплению. Затопление железобетонных камер приямков грунтовыми водами в условиях Карагандинского бассейна, происходящее главным образом в весенние периоды, требует установки насосов и подачи электроэнергии. В это время тележки обычно в приямки не спускаются. Больших затрат требуют также мероприятия, препятствующие заносам приямков снегом.
Таким образом, маневровые устройства, имеющие приямки и различные камеры для временного или постоянного расположения в них оборудования, а также узлы, расположенные непосредственно на уровне железнодорожного полотна на участках большой протяженности, не могут быть рекомендованы для многих угольных бассейнов в связи с их подверженностью засорению, заносам и обледенению.
Следует отметить, что большинство маневровых устройств, за исключением ТПЦ-1 и МУ-25, не позволяет регулировать скорость перемещения вагонов. При этом из-за несоответствия скорости перемещения потоку угля погрузка осуществляется отдельными конусами и требует планировки. Кроме того, прерывистое перемещение вагонов связано с увеличением числа включений электрооборудования и динамических нагрузок в системе.
Маневровые устройства МУ-25 (с приводом постоянного тока) и МУ-25А (с приводом переменного тока) получили после иопытания в 1963 г. опытного, а в 1964 г. опытно-промышленного образцов широкое применение не только в угольной, но и в других отраслях промышленности.
Устройство МУ-25 выгодно отличается от существующих маневровых средств своими параметрами: величиной тягового усилия, степенью автоматизации, скоростными характеристиками, способом передачи усилия составу, высокой точностью остановки, соответствием требованиям погрузки и независимостью от климатических условий. Данное устройство является перспективным и как базовая машина. Однако на реконструируемых объектах применить МУ-25 не всегда представляется возможным из-за малого расстояния между головкой рельса и верхним защитным перекрытием по высоте (6600 мм). Кроме того, внутренние размеры портала устройства МУ-25 не рассчитаны на пропуск локомотива, что в некоторых случаях ограничивает область его применения.
Продолжение табл. 1
В табл. 1 приведены основные технические показатели маневровых устройств, применяемых на погрузочных пунктах угольных предприятий. На рис. 3 показана схема по которой можно классифицировать различные маневровые устройства.
Из анализа приведенных данных следует, что устройство МУ-25 наиболее полно удовлетворяет современным требованиям к выполнению маневровых операций при погрузочно-разгрузочных работах.
В настоящее время на базе этого устройства и электротягача ПКТИ создаются более мощные машины, предназначенные для работы на высокопроизводительных пунктах погрузки. Институтом Гипроуглегормаш совместно с институтом Гипроуглеавтоматизация разработано маневровое устройство с приводом постоянного тока МУ-40, имеющее максимальное тяговое усилие 40 тс. По технико-экономическим требованиям УкрНИИ- проекта Днепропетровским ПКТИ совместно с Электротяжхимпроектом разработан электротягач сцепным весом 120 т, развивающий максимальное тяговое усилие 28 тс. Привод электротягача позволяет регулировать скорость перемещения состава в широком диапазоне.
Оборудование для отбора проб угля, применяемое и проектируемое в настоящее время, может быть разделено на два вида: для отбора проб из потока (в местах перегрузки топлива пли непосредственно с транспортерных лент) и для из отбора проб из железнодорожных вагонов. После отбора пробы производится ее разделка, включающая дробление и измельчение до необходимой крупности.
Рис. 3. Схема классификации маневровых устройств
Оборудование первого вида [15] создано и выпускается серийно. Это пробоотборники ПК-2 (Краснолучский машзавод) и ПС (Новогорловский машзавод), агрегат для разделки проб рядовых углей АР-2 (Краснолучский машзавод), машины для разделки и подготовки проб МП-200 (Тульский завод им. В. И. Ленина), МПЛ-150, МПА-150, МЛА-3 (Краснолучский машзавод).
Отбор проб из железнодорожных вагонов производится главным образом вручную. Разработанные рядом организаций пробоотборники УОПВ-1 (институт Гипроуглеобогащение), МПВ-1 (Дальгипрогормаш), П-2 (УкрНИИуглеобогащение), ОВ-2 20 (Донгипроуглемаш), МП-1, МП-2, АМТП-2 (Гипроуглегормаш) находятся в стадии доработки.
Вручную отбор проб производится дважды — отправителем и получателем, так как при этом способе он в значительной мере субъективен. Применение машин и установок для отбора проб из вагонов позволит производить объективное определение качества угля только в одном месте (например, получателем груза).
Отбор проб из вагонов перспективен для открытых разработок и при централизации опробования угля, поступающего с шахт и обогатительных фабрик на. специальных железнодорожных станциях. Для шахт и обогатительных фабрик при децентрализованном опробовании угля основным методом является отбор проб из потока.
В настоящее время проводятся работы по созданию аппаратуры контроля качества угля и продуктов обогащения, предназначенной для сокращения длительности лабораторных анализов, так как при современных методах данные анализов поступают к оператору погрузки с большим опозданием и практически не могут быть внесены своевременно в железнодорожную накладную. Освоен серийный выпуск рентгеновского автоматического золомера ЗАР-2-1 (завод «Буревестник», Ленинград). Выпущена опытно-промышленная партия рентгенометрического анализатора мелкого угля РАМ, разработанного УкрНИИуглеобогащением. Промышленные испытания прошел радиоизотопный прибор для контроля зольности рядовых углей в потоке ВСКЗ-1, разработанный ДонУГИ.
Оборудование для взвешивания вагонов, применяемое на шахтах и обогатительных фабриках, позволяет взвешивать только четырех- и шестиосные вагоны. Это платформенные весы ВВ-100, ВПП-100 и ВЦ-150. С помощью этих весов невозможно автоматизировать процесс загрузки, так как они не обеспечивают непрерывности взвешивания по мере нарастания веса угля в вагоне, а лишь регистрируют вес полностью загруженного вагона.
Переход на использование вагонов грузоподъемностью до 125 т, а также внедрение высокопроизводительной погрузки угля и необходимость автоматизации взвешивания с дистанционной регистрацией веса предъявляют особые требования к весовому хозяйству.
В настоящее время разработаны двухплатформенные вагонные весы 699-П200 для автоматического взвешивания с печатной регистрацией веса на бумажной ленте, и электронно-тензометрические весы 100Х2ТВД5 для автоматического взвешивания вагонов в движении со скоростью 3,75—6 км/ч. Изготавливать эти весы будет Одесский завод тяжелого весостроения им. П. Старостина.
Требованиями МПС строго регламентируется вес груженых вагонов. Предусматривается максимальное использование грузоподъемности вагонов при их загрузке. В то же время для предотвращения преждевременного износа вагонов Уставом железных дорог СССР не допускается превышение установленной грузоподъемности. Для существующих вагонов отношение грузоподъемности к объему кузова обычно колеблется в пределах 0,91—0,97 т/м3, а большинство марок углей имеет насыпной вес 0,8—0,9 т/м3. Это приводит к необходимости заполнения вагона с «шапкой» и строгого дозирования веса.
Для уменьшения времени загрузки состава в ряде шахт погрузка ведется до полного заполнения объема вагонов, а затем на специальных дозировочных пунктах, размещенных на отдельных путях, производится дозирование угля по грузоподъемности и фиксация коммерческого веса отгруженного угля.
Оборудование для уплотнения угля и формирования «шапки» пока применяется сравнительно мало. Необходимость этих операции с последующим нанесением защитной пленки объясняется большими потерями угля во время перевозок. Исследования Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта показывают, что потери от выдувания из одного вагона при следовании по маршруту Кузбасс—Урал составляют до 1,05т [16].
Учитывая, что в дальнейшем скорость движения поездов превысит 100 км/ч и что процент угля мелких классов увеличится (вследствие внедрения механизированной добычи угля и более полного его охвата обогащением), потери угля от выдувания, если не принять своевременных мер, значительно увеличатся. Кроме ущерба от потерь добытого топлива и засорения окружающего пространства, опасность также представляет насыщение углем щебеночной балластной призмы железнодорожных путей, снижающее их устойчивость. В связи с этим значительно возрастают расходы на содержание пути.
Институтами УкрНИИпроект, Сибгнпрошахт и НПИЖТ разработаны и рекомендованы к применению различные способы и средства для сохранения угля при перевозках, установлены параметры катков-уплотнителей и скребков-разравнивателей. Применение катков-уплотнителей предусматривается при погрузке угля с насыпным весом менее 0,9 т/м3. Для прочих углей уплотнение производится при наличии «шапки», если же ее нет, производится только разравнивание. Катки-уплотнители придают «шапке» строго определенные очертания, а скребки-разравниватели планируют поверхность угля в вагоне.
Устройство для нанесения защитной пленки устанавливается на раме катка или скребка. После укатки или разравнивания поверхности это устройство при помощи форсунок равномерно распыляет по поверхности угля подогретую смесь, например смесь битума деасфальтизации и легкого каталитического газойля. Расход смеси составляет примерно 2—2,5 кг на 1 м поверхности. Нанесенная смесь образует эластичную пленку толщиной 2—3 мм, которая вместе с мелкими частицами угля составляет сплошную корку толщиной 10—15 мм. Пленка имеет хорошее сцепление с частицами угля и с внутренними стенками вагона. Во время движения вагона она не деформируется, не ухудшает свойств угля и практически исключает потери от выдувания.