Рассмотрены основные несовершенства конструкции транспортного средства и рельсовых путей, являющихся причиной возникновения колебаний и вызывающих дополнительные динамические нагрузки в элементах механической системы локомотива. Проанализирована продольная динамика шахтного локомотива и построена его динамическая модель, позволяющая составить уравнения движения локомотива без учета колебаний его обрессоренных масс, которые наиболее полно учитывают крутильные и продольные колебания в звеньях кинематической цепи механизма привода и ходовой части локомотива.

Освещены эксплуатационные режимы системы шахтного транспорта. Описаны принципы формирования режимов работы электротехнических комплексов. Приведены статистические характеристики параметров тяговой сети, числовые характеристики случайных значений тока двигателей электровозов. Рассмотрены вопросы оптимизации параметров параллельного колебательного контура тяговой нагрузки, повышения устойчивости пуска преобразователя частоты на тяговую сеть, регулирования тока в тяговой сети шахтного транспорта.

Висвітлено методичні засади розрахунку шахтного локомотивного транспорту, зокрема, запропоновано методи визначення кількості вагонів у поїзді, а також кількості електровозів та їх продуктивності. Розроблено методики розрахунку локомотивної відкатки дизелевозами та інерційними локомотивами (гіровозами). Визначено критерії вибору основного устаткування зарядної та тягової підстанцій, розглянуто приклади розрахунку шахтного електровозного транспорту. Наведено технічну характеристику шахтних контактних електровозів, акумуляторних електровозів, вантажних вагонів і секційних поїздів, а також вагонів для перевезення людей, тягових акумуляторних батарей, тягових і зарядних підстанцій з напівпровідниковими випрямлячами та тягових електродвигунів шахтних електровозів. Визначено характерні особливості вантажів, що транспортуються та рухомих одиниць поїзду. Розглянуто тягові характеристики локомотива й електромеханічні характеристики різних видів тягових двигунів. Наведено приклади розрахунку локомотивного транспорту за допомогою сучасних математичних пакетів і мов програмування.

Освещены методические основы расчета шахтного локомотивного транспорта, в частности, даны методы определения количества вагонов в составе, а также количества электровозов и их продуктивности. Разработаны методики расчета локомотивной откатки дизелевозами и инерционными локомотивами (гировозами). Определены критерии выбора основного оборудования зарядной и тяговой подстанций, рассмотрены примеры расчета шахтного электровозного транспорта. Дана техническая характеристика шахтных контактных электровозов, аккумуляторных электровозов, грузовых вагонов и секционных поездов, а также вагонов для перевозки людей, тяговых аккумуляторных батарей, тяговых и зарядных подстанций с полупроводниковыми выпрямителями и тяговых электродвигателей шахтных электровозов. Определены характерные особенности транспортируемых грузов и движимых единиц поезда. Рассмотрены тяговые характеристики локомотива и электромеханические характеристики различных видов тяговых двигателей. Даны примеры расчета локомотивного транспорта с помощью современных математических пакетов и языков программирования.

Приведено аналитическое решение задачи о нахождении температурного поля, возникающего в тормозном диске и фрикционных накладках, выполненных в виде кольцевого сектора, дискового тормоза шахтного локомотива как функции времени и координат. Получена зависимость относительной температуры от времени на поверхности трения тормозного диска в режиме движения торможение-разгон.

Приведены результаты экспериментального исследования влияния упруго-диссипативных свойств системы подвески на износ бандажей колесных пар шахтного локомотива. Установлено, что применение упругих буксовых узлов, включающих резинометаллические элементы, уменьшает износ бандажей колесных пар.

На основании результатов шахтного эксперимента установлено, что сила торможения шахтного локомотива зависит от величины относительного скольжения. Получены зависимости коэффициента сцепления колес от относительного скольжения в процессе торможения для различного состояния рельсов.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню вентильного реактивного двигуна (ВРД) для шахтного акумуляторного електровоза. Показано шляхи визначення геометричних і електричних параметрів електромеханічного перетворювача вентильного реактивного тягового двигуна, що забезпечують отримання заданих електромеханічних характеристик у габаритах базової машини. Розроблено моделі електромагнітних досліджень ВРД. Для розрахунку магнітного поля використано метод скінченних елементів. Результати математичного моделювання дозволили уточнити параметри ВРД і склали основу для визначення електромеханічних характеристик апробованими методами з наступною експериментальною перевіркою на повномасштабних фізичних моделях.

Наведено результати досліджень взаємозв'язку параметрів режимів і електрообладнання тягових мереж безконтактного шахтного транспорту. З урахуванням зосереджених параметрів компенсаційних пунктів, розподілених параметрів та особливостей мережі розроблено математичну модель вхідного опору мережі та математичну модель електробезпеки компенсаційного пункту. На основі досліджень розроблено метод і пристрій визначення місця розташування компенсуючого конденсатора з міжвивідним коротким замиканням і рекомендації щодо підвищення рівня електробезпеки компенсаційного пункту. Це дозволяє підвищити ефективність транспортної системи шляхом зменшення часу на пошук та усунення несправності компенсуючих конденсаторів.

Розглянуто питання створення методів і алгоритмів керування живленням рудникових контактних електровозів у разі застосування засобів запобігання електричних розрядів у струмознімальних пристроях за принципом випереджувального переривання електричного живлення. Встановлено, що для необхідного обмеження негативного впливу переривчастого характеру напруги електричного живлення на роботу контактного електровоза у разі застосування засобів запобігання електричних розрядів доцільне використання згладжувального фільтра та роздільного вентильного шунтування якоря та обмотки збудження тягових електродвигунів. Запропоновано методику реалізації найбільшої індуктивності згладжувального дроселя у випадку заданих обмежень його габаритних і електричних параметрів. Проаналізовано особливості алгоритму керування живленням рудникового електровоза на підставі прогнозування з використанням режиму переривчастого живлення тягових двигунів з примусовим упереджувальним перериванням струму, споживаного від конкретної мережі. Розроблено структуру системи керування живленням рудникових електровозів від контактної мережі за умов шахт, небезпечних щодо наявності газу та пилу.

Визначено конструкції систем підвішування ходової частини шахтних локомотивів у процесі розгляду просторових коливань та оптимізації параметрів пружно-дисипативних зв'язків з урахуванням динамічних характеристик як багатомасових нелінійних механічних систем. Сформульовано задачу оптимізації пружно-дисипативних параметрів зв'язків системи підвішування шахтних локомотивів з використанням розробленої узагальненої моделі шахтного локомотива рамного компонування та запропонованого функціоналу якості ходової частини. У результаті розв'язання задачі оптимізації знайдено залежності оптимальних параметрів пружно-дисипативних зв'язків шахтних локомотивів від стану рейкової колії та швидкості руху, що дозволяють за реальних умов експлуатації підвищити стійкість та динамічні характеристики шахтного локомотива. Коефіцієнт запасу стійкості підвищено на 35 %, коефіцієнти динамічності знижено на 40 %.

Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних для з'ясування впливу дисипативних зв'язків у системі буксового підвішування з метою зменшення динамічних навантажень вузлів механічної системи шахтного локомотива і зносу бандажів колісних пар. Отримано залежності між динамічними та кінематичними параметрами ланок пари з урахуванням пружно-дисипативних зв'язків у системі підвішування шахтного локомотива і характеристики фрикційної пари колесо-рейка.

Розроблено й апробовано математичну модель гальмування шахтного локомотива дисковим гальмом. Знайдено залежності коефіцієнта зчеплення від відносного ковзання у режимі гальмування для різних станів рейкової колії. Розв'язано задачу про знаходження температурного поля, що виникає в гальмовому диску та фрикційних накладках. Проведено експериментальні дослідження щодо визначення відносної температури нагрівання гальмового диска та коефіцієнта тертя фрикційної пари з урахуванням відносної вологості та наявності пилу. Вивчено процес гальмування шахтного локомотива дисковим гальмом, що створює пульсуючий гальмовий момент. Створено й апробовано методики вибору раціональних параметрів дискового гальма шахтного локомотива та визначення динамічних і кінематичних характеристик його привода під час гальмування дисковим гальмом з багатосекторним диском. Обгрунтовано раціональні параметри дискового гальма шахтного локомотива.

Теоретично обгрунтовано й експериментально досліджено взаємодію секційної гальмівної колодки з колесом шахтного локомотива. Завдяки аналізу процесів формування теплових потоків та їх впливу на механічні властивості пар тертя встановлено закономірності: формування нестаціонарних теплових потоків, коливань температур на поверхні контакту тертьових тіл, розповсюдження теплових потоків між колесом і колодкою. За результатами розв'язку рівнянь коливань фракціонів секційної гальмівної колодки отримано залежності коефіцієнта тертя від маси фрикціонів, жорсткості пружної підвіски та величини ексцентриситету. Експериментально доведено, що секціонування гальмівної колодки з пружним з'єднанням фрикціонів дає можливість зменшити їх вплив на коефіцієнт тертя. На інженерному рівні розроблено методику розрахунку та вибору конструктивних параметрів секційної гальмівної колодки рудникового локомотива, з використанням якої визначено раціональні динамічні та геометричні параметри конструкції секційної колодки.

Критичним аналізом встановлені основні причини виходу з ладу рудникових тягових електродвигунів (РТД). Розроблені: методика прогнозування залишкового терміну служби ізоляції електродвигунів; визначені параметри динамічних теплових процесів у вузлах електродвигунів. Створений прилад, що дозволяє реалізувати систему теплового контролю і прогнозування залишкового терміну служби ізоляції, який працює у реальному часі з урахуванням місцезнаходження транспортного засобу у просторі, стану рейкового шляху та маси составів, що транспортуються.

Удосконалено теорію та практику синтезу тягового електроенергоощадного електроприводу змінного струму з плавномінливою структурою для рудникових акумуляторних електровозів. Визначено критерії вибору базової структури тягового електроприводу. Удосконалено та конкретизовано алгоритм пошуку оптимальної структури тягового електроприводу й імпульсного перетворювача. Запропоновано схемотехнічні рішення тягового електроприводу з секціями, що переключаються плавно та послідовно паралельним перемиканням тягових двигунів з забезпеченням істотного зниження струмових навантажень акумуляторної батареї у процесі розгону електровозу. Проведено аналітичні комп'ютерні та експериментальні дослідження електромагнітних процесів у силовому ланцюгу тягового електроприводу за ШІМ напруги живлення тягових двигунів, в результаті яких встановлено аналітичну залежність між частотою модуляції, шпаруватістю імпульсного перетворювача, коефіцієнтом пульсації струму та параметрами силового ланцюга. Обгрунтовано переваги двоступеневого регулювання напруги та розроблено алгоритм його реалізації на базі використання мікропроцесорного блоку керування.

  Скачати повний текст

Запропоновано вирішення проблеми електроенергоощадження на електрофікованому транспорті рудникових шахт - рудникових контактних електровозах шляхом застосування нових сучасних електроенергоефективних систем тягових електроприводів - асинхронні двигуни - IGBT-інвертори. Узагальнено основні сучасні тенденції розвитку тягових електроприводів, що дозволило констатувати доцільність і необхідність розробки їх електроенергоефективних видів оптимальної архітектури та функціональної захищеності для рудникових контактних електровозів. Узагальнено принципи будови архітектур тягових електроприводів змінного струму з високоефективними структурами перетворення електричної енергії на рудниковому електровозному транспорті. Проаналізовано статичні характеристики сконструйованої структури дводвигунового тягового електричного приводу з жорстким зв'язком валів через рейку та нерівномірності навантаження у разі їх параметричної несиметрії. Запропоновано методику оцінювання можливостей і місць виникнення позаштатних ситуацій, що провокують виникнення анормальних процесів під час функціонування асинхронних тягових електроприводів рудникових контактних електровозів. З використанням наведеної методики розроблено та рекомендовано для застосування способи усунення анормальних ситуацій у функції ситуаційних впливових факторів.

Проанализировано современное состояние шахтного рельсового транспорта. Описаны тормозные устройства (ТУ), реализующие тормозную силу (ТС) в контактах колеса и рельса (ККР). Изучено влияние неровностей и загрязненности рельсового пути на ТС шахтного локомотива (ШЛ), определены параметры его торможения устройствами, реализующими ТС в точке ККР. Раскрыты механические взаимосвязи в расчётной схеме динамической модели размещения ШЛ на рельсовом пути. Изложена динамическая модель шахтного шарнирно-сочлененного локомотива, реализующего ТС в ККР. Приведены результаты сравнительного исследования колесно-колодочных тормозов разной конструкции на ШЛ. Рассмотрены вопросы моделирования торможения ШЛ на прямой ТУ с ограниченным фрикционным моментом на колесе.

Вирішено питання підвищення ефективності гальмівних систем шахтних локомотивів і, перш за все, важких шарнірно-зчленованих. Запропоновано нове вирішення актуальної наукової проблеми встановлення закономірностей динамічних параметрів гальмування шахтних потягів залежно від величин реальних викривлень і нерівностей шахтної рейкової колії, що шляхом розробки та запровадження нових технічних вдосконалень зумовлює зменшення гальмівного шляху шахтного потяга, його безпечну зупинку та стоянку на поздовжніх ухилах колії величиною до 50 %. Складено уточнені розрахункові схеми гальмування шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток, що враховують одночасне та почергове гальмування за допомогою колісно-колодкових, осьових і трансмісійних дискових гальм, шляхом динамічного гальмування двигуном, а також із застосуванням магніторейкових і гравітаційних гальм. Розроблено й апробовано динамічну модель гальмування шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток за допомогою пристроїв з обмеженим фрикційним моментом і рейкових гальм на реальній рейковій колії, яка має систематичні та локальні, а також довгі та короткі нерівності. Визначено систему тестів для перевірки адекватності динамічної моделі гальмування шахтного потяга положенням класичної механіки. Вивчено вплив недосконалості реальної шахтної колії на максимально можливий гальмівний момент і довжину гальмівного шляху за гальмування шахтного шарнірно-зчленованого локомотива із складом вагонеток за допомогою пристроїв, що реалізують гальмівну силу в точці контакту колеса та рейки, а також рейкових гальм. Встановлено й апробовано алгоритм роботи пристрою для автоматичного контролю юза шахтного локомотива.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований определены закономерности изменения длины тормозного пути шахтного поезда при торможении рельсовыми тормозами шарнирно-сочлененного локомотива от величины реальных искривлений и несовершенств шахтного рельсового пути в плане и профиле. Предложены новые технические решения по совершенствованию тормозной системы такого локомотива. Составлены уточненные расчетные схемы торможения шахтного шарнирно-сочлененного локомотива с составом вагонеток магниторельсовыми и гравитационными тормозами. Разработана методика определения рациональных параметров секционного рельсового тормоза шахтного локомотива. Обоснована целесообразность установки на шахтных локомотивах секционных рельсовых тормозов на постоянных магнитах с поперечным замыканием магнитного потока.