Рейкові дороги

РЕЙКОВІ ДОРОГИ

Содержание

1. Призначення і класифікація

2. Складові частини
3. З'єднання
4. Укладка і експлуатація рейкових колій

1. Призначення і класифікація
Сукупність пристроїв, які забезпечують переміщення по них одиничних посудин і рухомого состава у підземних виборках і на поверхні шахт, називають рейковими дорогами. По можливості вони повинні мати нормальний уклон, бути прямолінійними, достатньо пружними, міцними, стійкими, довговічними і зручними для заміни при монтажі і ремонті.
Прототипом рейкових доріг були лежневі, а пізніше чавунні дороги. Перші лежневі дороги побудовані у 1764 р. за проектом К.Д. Фролова на Зміїногорському руднику (Алтай). У 1788 р. за ініціативою начальника Олонецьких заводів А.С. Ярцова на Олек-сандрівському гарматному заводі в Петрозаводську були прокладені рейки із чавуну на відстань майже 174 м.
Перша чавунна дорога з мостами і насипами за проектом П. К - Фролова відкрита у 1809 р. Довжина її становила 1 867 м, ширина колії - 1 067 мм. Замість рейок служив прокат з еліптичною поверхнею катання. Переведення сосудів на бічні вітки здійснювалося за допомогою поворотних кругів.
Рейкові дороги за видом обслуговування промислового об'єкта розподіляються на підземні і внутрішні, за призначенням - на дороги І, II і III категорій, за шириною колії - на широкі і вузькі, за строком служби на одному місці - на постійні і тимчасові (до останніх належать і переносні). Основні параметри рейкової дороги - ширина колії і поздовжній профіль. Для залізниць відстань між внутрішніми робочими кантами рейок на прямолінійних ділянках прийнята рівною 1 520 мм. Дороги з меншою шириною називають вузькоколійними (у підземних умовах - 600, 750 і 900 мм).
При проведенні гірничих виборок для обміну вагонеток в забоях використовують різні шляхові і допоміжні пристрої: замкнуті і накладні розминовки, тупикові заїзди, стрілочні переводи, роликові платформи, накладні стрілки, плити-розминовки, висувні рейки, тимчасові і переносні ланки шляху.

2. Складові частини
Рейкова дорога складається з нижньої і верхньої споруд. Нижня - це насипи і мости, а у підземних умовах - шар грунту з водовідливною канавкою (поз.5 і 6 на рис.1).

Рис 1. Елементи рейкової колії

Грунту виборки надають уклони у поздовжньому (і=0,003...0,005) і поперечному (іп=0,01...0,02) напрямках. Перший із них необхідний для стікання води і для зменшення опору рухові транспортних засобів. Поздовжній профіль (проекція розгорнутої траси на вертикальну площину) має уклон у бік приствольного двора. Отже, навантажені состави ідуть під спуск, а порожні - на підйом, що дозволяє більш рівномірно завантажувати двигуни локомотивів під час їхньої роботи.

Якщо профіль шляху не вибирається, а задається гірничо-технічними умовами (вугільні шахти з малими кутами падіння пластів), уклон може досягати 0,05.

Уклон в поперечному напрямку (в бік канавки) служить для стікання води.

Верхня споруда включає баластний шар 4, шпали 3, рейки /, скріплення 2 і протиугони (див. рис.1).

Баластний шар зменшує тиск на грунт виробки, забезпечує рівномірний його розподіл, амортизує удари коліс рухомого складу об рейки, перешкоджає зрушенню шпал, дренує воду і вирівнює нерівності грунту. При відсипці цього шару використовують матеріали із твердих кам'яних порід, серед яких найкращими вважаються щебінь і галька розміром 20...40 мм, а також гравій розміром З...20 мм. У сухих виробках допускається застосування місцевої породи, якщо вона має коефіцієнт міцності не менше 5 5 розмір кусків не більше 80 мм у поперечнику.

Шпали (дерев'яні, залізобетонні й металеві), будучи опорою для рейок, передають їхній тиск на баластний шар, зв'язують обидві нитки колії і перешкоджають переміщенню ниток як в поздовжньому, так і в поперечному напрямках, тим самим забезпечуючи постійну ширину колії.

Дерев'яні шпали, виготовлені із ялини, сосни, кедра, смереки і модрини, мінні і пружні, не розколюються і мають добрий зв'язок з баластом Щоб збільшити строк служби шпал приблизно в З...4 рази їх просочують антисептиками (розчин фтористого натрію або хлористого цинку).

Залізобетонні шпали призначені для постійних колій, які служать довгий час. Вони забезпечують необхідну стійкість рейкової коли при інтенсивному русі, але мають високу вартість і, крім того, значні жорстокість і крихкість, що можна усунути, якщо застосувати попередньо напружену арматуру і пластичні підкладки.

Металеві шпали (із сталі спеціального профілю) використовують на тимчасових і переносних коліях, тому що вони підвищують жорсткість колії (це негативно відбивається на ходових частинах рухомого складу), легко піддаються корозії і при піддуванні грунту деформуються.

Рейки виготовляють із вуглецевої сталі (прокат стандартного профілю, який добре працює на вигин). Вони досить тверді, але не крихкі. Розрізняють їх за лінійною щільністю (кг/м): Р24, РЗЗ, Р38, Р43 і т.д. При інтенсивному русі, підвищених швидкостях і перевезенні великовантажних составів застосовують важкі рейки. Вони довговічні, більш надійні в експлуатації, потребують меншого обсягу ремонтних робіт. Стандартна довжина сучасних рейок - 12,5 і 25 м, для підземних колій-6...8 м. В останньому випадку розміри обумовлюються можливостями спуску рейок по сі волу і транспортування по виборках.

Рейкові скріплення діляться на стикові (для з'єднання кінців рейок між собою) і проміжні (для кріплення їх до шпал). Стикові скріплення можуть бути механічними і зварними. У підземних умовах використовують, як правило, перші (болти і накладки). При цьому повинна забезпечуватись така жорсткість, щоб прогин рейкової нитки на стику під дією прохідних поїздів був не більше прогину рейки в будь-якому іншому місці.

Залежно від розташування болтів і накладок стосовно до опор розрізняють такі стики: на шпалі, на вазі (зближених шпалах) і на здвоєних шпалах. Якщо стик розміщений на шпалі, то від колеса на нього діє ексцентричне навантаження і він швидко розхитується. З'єднання на здвоєних шпалах також має надмірну рухомість. Цих недоліків позбавлений стик на зближених шпалах, тому він здобув найбільшого поширення і є типовим для залізниць.

Віддаль від осі стикової шпали до кінців скріплюваних рейок повинна становити 200 мм. Якщо рейкові нитки служать зворотним проводом, для зменшення електричного опору на стику піл накладками монтують мідні пластини або дріт, який з'єднує кінці рейок.

На поверхні і у виробках, де допускається використання контактних електровозів, рейки можуть бути скріплені зварюванням, при якому колія виходить безстиковою (“оксамитовою”). Незважаючи на переваги такого кріплення (збільшення строків служби рухомого складу та ін), воно поки що не знайшло широкого застосування через складності роз'єднання рейок під час ремонту і обмежені можливості проведення зварювання у шахтах.

Проміжні скріплення (підкладки, костилі або спеціальні шурупи) призначені для з'єднання рейок із шпалами. Підкладки (плоскі або клинчаті) служать для зменшення питомого тиску на опори. Клинчаті підкладки, крім того, дозволяють разташовувати рейки з “підуклонкою” - в середину колії під кутом, що відповідає показнику конічності поверхні катання коліс. Це підвищує стійкість і строк служби колії, а також позитивно відбивається на ходових частинах рухомого складу.

Костилі розміщують з двох боків рейкової нитки. Під впливом бічних сил, які передаються від реборди коліс на головку рейки, зовнішні костилі працюють на зрушення, а внутрішні - на розрив (висмикування). У зв'язку з тим що другий вид навантаження менш сприятливий, на коліях з інтенсивним рухом у кожну шпалу з внутрішнього боку рейок забивають два костилі.

Інколи кріплення рейок до опор здійснюють спеціальними шурупами. Такий вид з'єднання застосовують найчастіше на переносних ланках колії.

Протиугони призначені для запобігання зміщенню рейко-шпальних ґрат внаслідок ударів коліс на стиках і гальмування рухомого складу, а в похилих виборках - під дією ваги цих ґрат.

3. З'єднання
Переведення окремих вагонеток з однієї на іншу виконується найпростішими перевідними пристроями, а переведення составів - за допомогою стрілочних переводів і з'їздів. До найпростіших пристроїв відносять накладні стрілочні переводи, розминкові плити, розминки, плити-з'їзди, роликові і поворотні платформи.
Накладний стрілочний перевід складається з двох плит і металевих шпал. Щоб вагонетка плавно накочувалась на нього, кінці рейок скошують.
Розминкова плита-це сталевий лист товщиною 10 мм, на якому змонтований симетричний стрілочний перевід. Розминка і плита-з'їзд (аналогічні за конструкцією) використовуються, як і попередні конструкції, поблизу навантажувальних машин, що знижує втрати часу на обмін вагонеток.
Роликова платформа складається із жорстокої зварної рами, перекітного візка і відкидних рейкових напрямних. Раму розташовують поперек тимчасових колій. Вона має поздовжні балки, які фіксують розташування візка, і відкидні стопори, що утримують вагонетки. У кінці рами ставлять стопорні балки.
Поворотна платформа включає раму, поворотне коло, привод і площадку. Під час роботи коло безперервно крутиться, вагонетка самокатом наїжджає на нього і повертається разом з ним. Платформу застосовують на поверхні і в приствольному дворі, її пропускна спроможність - сім вагонеток за хвилину.

Стрілочний перевід - це вид з'єднання рейкових колій Переводи розподіляються таким чином: за наявністю рухомих пір'їн (гостряків) - на перевідні й глухі; за виглядом осьових схем - на односторонні (праві, ліві) і симетричні; за типом перевідного механізму-на ручні, пружинні і керовані приводом.

З'їзди, які також ділять на односторонні і перехресні, використовуються в двоколійних виробках для переведення вагонеток і составів з однієї колії на іншу.

Рис.2. Стрілочний перевід

Найбільшого розповсюдження набули переводи обох осьових схем (указаних вище) і односторонні з'їзди (праві, ліві).

Стрілочний перевід (рис.2) складається із стрілки з елементами /-3, хрестовини 4, переводного механізму 8 і кривої 7, утюга 6, контррейок 5. Стрілка являє собою нерухомі рамні рейки / (див. рис.2) і гостряки 3, що з'єднані поперечною стяжкою 2. Одна із пір'їн у робочому стані притиснута до відповідної рейки. При цьому між ними утворюється зазор для реборд коліс.

Хрестовини, які служать для забезпечення проходу гребенів коліс через місце схрещення ниток з'єднуваних колій, розрізняють за значенням центрального кута. Останній визначає їхній номер або марку (М=2tg (a к/2)), а також довжину стрілочного переводу. Чим вища ця марка (коротший перевід), тим важче по ньому переміщувати рухомий состав. Для локомотивного транспорту застосовують хрестовини марок 1/5 і ј, а для інших його видів - 1/3, Ѕ, 3/5.

Перевідний механізм має ручне або автоматичне керування. Інколи використовують переводи, у яких пір'їни при зашерсному русі (від хрестовини до стрілки) відтискуються ребордою колеса, а повертаються у вихідну позицію пружинним приводом. У наш час на транспорті діють системи дистанційного керування, установлені на центральному пункті або електровозі, що перебуває в русі. Такі переводи забезпечені спеціальними соленоїдами, електрогідравлічними або електродвигунними приводами.

Перевідні криві забезпечують переміщення вагонеток (поїздів) з одних колій на інші.

Контррейки направляють колеса рухомого складу при протишерсному русі-від стрілки до хрестовини-у відповідний жолоб останньої.

Умовні позначення розглядуваних пристроїв включають: букви, що характеризують даний тип (ПО, ПС-переводи односторонні або симетричні, 3 - з'їзд); трьохзначне число, перша цифра якого - ширина колії в дециметрах, а дві інші - лінійна щільність рейки (кг/м); дробове число-марку хрестовини; цифру-радіус перевідної колії (м); букви П, Л або С, що відповідають правому, лівому і симетричному виконанню. Наприклад, позначення ПО 924-'/4-12П читається так: перевід односторонній, колія 900мм, рейки Р24, хрестовина марки А, радіус перевідної кривої 12 м, правий. Чотири цифри в кінці позначення з'їзду (З 924-У4-1218) розшифровуються так: перші дві (12) - радіус перевідної кривої (м), а останні (18) відстань між осями колії (дм).

Переносні ланки (рис.3, а,) які служать для нарощування колії, почергово укладають до довжини, що відповідає довжині основної рейки, а потім їх прибирають і настилають постійну келію.

Рис.3. Обладнання для подовження колії:

а - переносні ланки: б - висувні рейки

Висувні рейки 3 (рис.3,6), призначені для тієї ж мети, кріплять на металевих шпалах / і щільно притискують розпірками до стаціонарних колій 2. У міру просування забою рейки направляють у розпушену породу і висовують на повну довжину, після чого знімають їх і споруджують постійну колію.

4. Укладка і експлуатація рейкових колій
У підземних умовах рейкові колії настилають тільки після того, як спланований грунт, пройдена і закріплена водовідливна канавка, розбита вісь колії і через кожні 10...15 м на стояках кріплення або бічних стінках виробки закріплені репери (знаки).
Шпали розміщують таким чином, щоб їхні осі були перпендикулярні до поздовжньої осі колії. Далі розкладують рейки і скріплення, з'єднують стики і кріплять рейки до шпал. Кожну з шпал занурюють в баласт на % її висоти (під нею повинен залишатись шар товщиною не менше 50 мм).

Для колій у виробках з кутом нахилу більше 10° застосовують заходи проти сповзання шпал і рейок вниз. Шпали укладають у поперечні канавки грунту на % висоти, а товщина шару баласту під цими шпалами повинна становити не менше 50 мм. Канавки по боках засипають тим же матеріалом. У похилих стволах, які мають бетонне кріплення, рейки укладають на шпали, які виступають із бетону на висоту 60...70 м.

Для центрування рухомого складу рейкам надають уклон в середину колії, рівний показнику конічності коліс. Щоб їхні реборди не затискувались під час руху, ширина рейкової колії повинна бути більшою колісної, тобто більше відстані між зовнішніми сторонами гребенів коліс. Зазор між названими коліями без врахування допусків - 10 мм.

Будь-яка схема колій являє собою комбінацію прямолінійних ділянок і вузлів сполучень (з'єднань). Останні, в свою чергу, складаються із заокруглень і стрілочних переводів. Найбільш поширені види з'єднань показані на рис.4.

Рис.4. З'єднання рейкових колій:

а - звичайне примикання; б - кінцеве з'єднання із вигином одної колії;

в - стрілочний трикутник; г - паралельне зміщення колії

Довжину прямолінійних ділянок установлюють виходячи із гірничо-геологічних умов або за технічними даними, а основні розміри вузлів з'єднань - шляхом розрахунку планіровки, при якому заокруглення замінюють комбінацією прямих ліній-двома “радіусами” або двома “тангенсами" (рис.5).

“Тангенс” (Т) - це відрізок дотичних, проведених від початку {ПК) і кінця (КК} кривої до їхнього схрещення (СД). Якщо цей спосіб використовується при розрахунку розбивки нормального кінцевого з'єднання, яке має лівий однобічній перевід з розмірами ми а, b і a, криву радіусом R,

Рис.5. Схеми для розрахунків заокруглень способами “радіусів" (а, б) і “тангенсів” (в) пряму вставку ВС і ширину між коліями s (рис.5, б), то тангенс знаходять за допомогою співвідношення

Т=Rtg (a/2). (1)

Довжина відрізка AD і вставки d

АD = s/sina; d= АD-Т-b. (2)

Розміри прямої вставки сі повинні бути достатніми для розміщення локомотива (вагонетки). Довжина всього вузла сполучення

L=а+Т+sІtga. (3)

З'єднання звичайного примикання (рис.5, а) при заданих розмірах переводу а, b і куті a 1, радіусі кривої R і куті розраховують в такій послідовності. Спочатку криву СЕ замінюють “тангенсами" СD і DЕ. Потім знаходять кут між осьовими лініями a 2 =a - a 1, довжину “тангенсів” T=CD=DE=Rtg* (a 2/2), прямої вставки ВС=d, відрізків AD=b+d+Т і AО=AD*sina 2sina. Подібним чином визначають основні параметри й інших вузлів сполучень.

На прямолінійних ділянках колії рейки укладають на одному рівні. На заокругленнях виникають відцентрові (поперечні) силм, які притискують реборди коліс до зовнішньої рейки, що веде до швидкого зносу колії і рухомих частин, зростанню опору рухові, а також призводить до зниження стійкості состава. Для зменшення дії цих сил збільшують радіус заокруглення К і настилають колії таким чином, щоб зовнішні рейки були вище внутрішніх не менше ніж на 10 і 15 мм для колії з шириною Вр, рівною 600 і 900 мм при локомотивному транспорті. Радіуси заокруглення рейкових і перевідних кривих при Вр==600 мм беруть не менше 12 м, а при Вр=900 мм - не менше 20 м.

Перевищення зовнішньої рейки D h під час руху одиночних вагонеток також залежне від радіуса R і швидкості переміщення V: воно змінюється від 5 до 45 мм. Якщо розрахункове значення D h<5мм, зовнішню рейку не піднімають. Чим вища швидкість руху і менший радіус заокруглення, тим більшим повинне бути значення D h. Щоб полегшити проходження рухомого складу по заокругленнях, зменшити знос колій і коліс, необхідно розширити колію, відсунувши внутрішню рейку до центру кривої на величину D Вр.

Значення D h і D Вр повинні бути постійними для всієї довжини кривої. Тому “розгін підвищення” lп і “розгін розширення” lр починають до цієї кривої і беруть

lп= (100...300) D h; lр= (100...300) D Вр. (4)

Для збереження ширини колії на криволінійних ділянках через кожні 1,5... З м обидві нитки колії з'єднують поперечними зв'язками, виготовленими із штабової або круглої сталі. Щоб вагони не сходили з рейок, на заокругленнях установлюють контррейки або відбійні бруси (на 40...80 мм вище основної колії).

У профілі кут нахилу рейкових шляхів дорівнює кутові ухилу виробки, який може бути змінним. Змінюється цей кут і у вузлах поєднання горизонтальних і похилих виробок. У місцях перегинів влаштовують відповідні заокруглення-опуклі або угнуті. Мінімальний радіус перших (звичайно Rmi = 10...15 м) визначається кліренсом (дорожнім просвітом) при розташуванні посудини (локомотива) на кривій. При угнутих заокругленнях цей радіус обмежується габаритами транспортних засобів при тому ж їхньому розміщенні, тобто Км'ч =20...30 м.

Механізація колійних робіт в шахтах, безпечних по газу і пилу, здійснюється за допомогою комплексу ПП600 або ПП900, який включає пересувну гідрофіковану установку з набором колійних інструментів (костильовисмикувач, підбійник, гідравлічні кусачки, рейкозгинальний прес, рейкосвердлильний станок, домкрат), а також бункер-вагон та ін.

Устаткування, що входить в комплекс, дозволяє механізувати забивання і висмикування костилів, перекусування гайок, болтів та інших металевих скріплень, згинання і ломку рейок, свердління отворів, підняття і рихтовку колії, транспортування, розкайловку, дозування і підбивку баласту.

При експлуатації колій, щоб зменшити простої навантажувальних засобів, періодично переносять допоміжні пристрої: накладні розминки - в міру просування забоїв, плити-розминки - через кожні 5...6 м, накладні стрілки і роликові платформи-через 10...20 м і тупикові заїзди - через 50...75 м.

На замкнутій розминці, розташованій в ніші одноколійної виробки (рис.3.6, с), обмін вагонеток здійснюється таким чином: електровоз 4, рухаючись від забою, виштовхує одну із вагонеток,5 і залишає іншу вагонетку /; прямуючи до забою, електровоз подає вагонетку 2 під навантаження.

Тупикові заїзди (Рис.6, б) звичайно вміщують одну вагонетку 5, яка з вантажем надходить самокатом на основну колію і локомотивом 4 подається до вже наповнених вагонеток б, 7 і 8. При русі до забою навантажену вагонетку / заштовхують у тупик і загальмовують, а порожню 2 подають під навантаження.

Рис.6. Схеми призабійного транспорту при проведенні одноколійних виробок

Таким же чином подають під навантаження і вагонетку 3. Слід зазначити, що розглянуті допоміжні засоби через великі витрати часу на маневри не дозволяють досягнути високих швидкостей проходки.

При використанні роликової платформи (Рис.6, в) електровоз 4 подає вагонетку 7 до обмінного пристрою, де її вручну переміщують по платформі, розташованій в ніші одноколійної виробки. Після завантаження вагонетки / локомотив пересуває состав за межі платформи, а порожню вагонетку 7 виставляє на основну колію і на зворотному русі подає в забій для навантаження.

Накладна розминка (Рис.6, г) вміщує чотири або п'ять вагонеток. Під завантаження і до вже наповнених посудин їх перекочують вручну.

Рис.7. Схема призабійного транспорту при проведенні двоколійних виробок

Основною схемою призабійного транспорту, яка забезпечує проведення одно - і двоколійних виробок вузьким забоєм при малій трудомісткості робіт, є схема з використанням накладних з'їздів (рис.7). Одиночну вагонетку 5, заповнену гірничою масою за допомогою навантажувальної машини 6, по колії 1 подають до состава, а порожню через накладний з'їзд 4-до тієї ж машини. Біля забою знаходяться також вагонетки 7 з кріпильним матеріалом і бурильна установка 2. Два накладних з'їзди 3 і 4 утворюють розминку довжиною ЗО...60 м, то дозволяє розмістити состав із порожніх вагонеток для гірничої маси, відбитої за цикл.

Рефераты

Рейкові дороги

Рейкові дороги