Выбор параметров движения подвижного состава в карьерах существенно зависит от величины уклонов и эксплуатационного состояния железнодорожных путей. Под эксплуатационным состоянием железнодорожных путей подразумевается их надежность, прочность, работоспособность и соответствие техническим условиям эксплуатации.
К параметрам движения, с точки зрения взаимодействия железнодорожного пути и подвижного состава, относятся: скорость, тормозные процессы и, как следствие этих факторов, время оборота локомотивосоставов. Последнее оказывает влияние на технико-экономические показатели транспортного процесса в целом.
Скорость движения подвижного состава промышленных предприятий устанавливается местными инструкциями на основе данных о профиле, плане и эксплуатационном состоянии рельсовых путей, а также тормозных расчетов. На эти показатели распространяются «Правила технической эксплуатации железнодорожного транспорта промышленных предприятий», составленные на основе методик и рекомендаций МПС.
Анализ фактических материалов свидетельствует, что на большинстве карьеров установлены следующие скорости движения (км/ч):
на постоянных путях перегонов . до 40;
в капитальных траншеях при движении под уклон ...20— 25;
на постоянных путях на участках кривых с радиусами до 300 м .. 20—25;
на станционных путях .. 15—20;
на передвижных забойных и отвальных путях . . 10—15.
Низкие скорости движения предопределяются опасениями возможных аварий и сходов подвижного состава по причинам неудовлетворительного качества рельсовых путей. Одновременно с этим, как указывалось ранее, современные конструкции и технические средства железнодорожных путей удовлетворительно воспринимают напряжения от осевых нагрузок 30—40 тс при скоростях движения на постоянных путях до 60 км/ч, а на передвижных — до 25 км/ч. Для внедрения этих параметров необходимо повысить эффективность путевых работ на основе рациональной и высокопроизводительной механизации процесса.
Рис. 6. Зависимость величины тормозного пути Sт от скорости υн и ее приращения Δυ при движении груженого поезда под уклон 0,04 при различных тормозных исполнительных органах:
1 — чугунные тормозные колодки; 2 — композиционные тормозные колодки
Наблюдения показывают, что особенностью постоянных путей с большими уклонами является интенсивный износ рельсов в результате большого количества торможений подвижного состава при поездной работе. Для уменьшения условий потери управляемости поездами и явления «юза» на таких участках скорость движения на спуске ограничивается. В конечном счете уклоны отрицательно влияют как на состояние и обслуживание рельсовых путей, так и на технико-экономические показатели подвижного состава.
Исследованиями установлено, что в применяемые для карьерного транспорта правила тяговых расчетов и таблиц МПС при поездной работе на уклонах более 20% следует вносить поправки. Экспериментальными поездками установлены значительные приращения скорости поезда при его движении под уклон в предтормозной период, который характеризуется отсутствием силы тяги и свободным скатыванием поезда. На уклонах 40% и скорости движения 20—25 км/ч приращение ее за предтормозной период с 15—17 достигает величины 10—15 км/ч. На рис. 6 показан характер зависимости тормозного пути груженого поезда от скорости и ее приращения при движении под уклон 40%, найденный на основе экспериментальных работ.
Применение рассмотренной методики расчетов параметров движения и тормозных процессов в условиях карьеров Качканарского, Соколовско-Сарбайского, Коршуновского ГОКов и других позволило установить допустимые скорости и ликвидировать случаи превышения тормозного пути и явления «юза» при поездной работе па уклонах. Так, в условиях Качканарского ГОКа при движении груженых поездов под уклон 35—40% расчетная безопасная скорость составила 15 км/ч вместо расчетной по методике МПС 25 км/ч.
При большой длине перевозок и наличии нулевых уклонов поверхностных путей этого предприятия только на искусственных сооружениях ограничение скорости повлекло снижение эффективности транспорта. Повышение безопасной скорости движения поездов в таких условиях возможно за счет внедрения:
исполнительных тормозных органов с повышенным коэффициентом трения;
электропневматической тормозной системы; перестановки воздухораспределителей тормозов думпкаров на груженый и порожний режимы.
Перспективным направлением в этой области является оборудование подвижного состава магниторельсовыми тормозами.
Фактические данные карьеров свидетельствуют, что местные инструкции и методика расчетов времени оборота локомотивосоставов не дают полной характеристики транспортного процесса действующего карьера. Более полное представление о процессе можно получить с учетом временных ограничений скорости движения поездов. Временные ограничения скорости чаше всего устанавливаются на участках с недостаточной протяженностью экскаваторных тупиков, а также при отступлениях от технических условий. При ликвидации этих отступлений, допускаемых правилами технической эксплуатации, ограничения скорости снимаются, и поездная работа выполняется в соответствии с местной инструкцией. Частота и длительность ограничений зависят от горнотехнических факторов и эффективности путевых работ.
Анализ свидетельствует, что при наиболее распространенной схеме работы карьеров — 7—12 экскаваторов в забоях и 3—7 экскаваторов на отвалах, при протяженности железнодорожных путей 40—60 км среднее суточное число ограничений составляет 3—5, а длительность их изменяется от 3 до 6 смен. Преобладающее количество ограничений относится к участкам передвижных путей. В зависимости от эксплуатационного состояния и качества рельсовых путей ограничения скорости движения поездов оказывают заметное влияние на технико-экономические показатели карьеров, и при решении горнотранспортных задач их следует учитывать. Для определения этой зависимости выполняются исследования и расчеты:
технически возможных и фактических скоростей движения;
частоты и распределения ограничений скорости в зависимости от количества экскаваторов в работе;
влияния ограничений скорости на время движения поездов по характерным участкам;
зависимости производительности экскаваторов от количества и длительности ограничений скорости.
Использование этой методики при решении горнотранспортных задач по фактическим данным карьеров показывает достоверность получаемых результатов.
В качестве примера можно привести исследования и расчеты, выполненные применительно к условиям карьера № 1 Криворожского Центрального ГОКа. Вскрышной горнотранспортный комплекс этого карьера изменяется от 5 до 10 экскаваторов при работе в забоях, 3—6 экскаваторов на отвалах, 16—24 локомотивосоставов с осевыми нагрузками на рельсы до 30 тс. Комплекс включает 60 км железнодорожных путей, в том числе 30—35 км передвижных, уложенных на балластное основание из отходов сухого обогащения, с фракционным составом 0—25 мм. Средняя длина экскаваторного тупика в забоях — 0,8 км, на отвалах — 1,2 км. Скорости движения подвижного состава установлены местной инструкцией и соответствуют распространенным, указанным выше. Временными ограничениями скорость движения устанавливается не более 5 км/ч.
Таблица 6
Временные ограничения скорости движения поездов (по данным карьера № 1 Криворожского Центрального ГОКа)
В результате расчетов установлено, что техническая средневзвешенная скорость движения локомотивосоставов, в соответствии с местной инструкцией, в рассматриваемых условиях составляет 18,2 км/ч.
Сравнение фактической производительности экскаваторов показывает высокую достоверность полученных результатов. Расчетами установлено, что временные ограничения скорости движения поездов снижают сменную производительность забойных экскаваторов на 5—7%, отвальных экскаваторов — на 8—10%.
Снижение отрицательной зависимости параметров движения подвижного состава от эксплуатационного состояния и уклонов железнодорожных путей возможно на основе внедрения целесообразной конструкции рельсошпальной решетки, оборудованной современными техническими средствами, и повышения эффективности карьерных путевых работ на основе создания высокомеханизированных подвижных путеремонтных бригад, способных быстро и качественно восстанавливать расстройства пути.