Поезда-эстафеты

Как это часто бывает в технике, два автономно существовавших ранее технических решения объединяют в одно, образуется некий гибрид, и, если гибридное решение удачно, оно вбирает в себя достоинства изначальных решений, отбрасывая их недостатки. Примерно так обстоят дела с конвейерными поездами, имеющими схожие черты с железнодорожным и конвейерным транспортом.

Вышеприведенный анализ особенностей конвейерного транспорта не случайно использован в настоящей работе: он поможет лучше понять принципы построения конвейерных поездов (КП) как транспортных средств, послужит одной из основ для сопоставлений.

Учитывая принципиальную новизну этого вида транспорта в нашей стране, сравнительно небольшой пока опыт применения и вместе с тем не вызывающую сомнения перспективу использования, целесообразно рассмотреть важнейшие особенности схемного и конструктивного построения конвейерных поездов.

Снова - аналогия: прокатка металлического листа. Заготовка попадает на рольганг, представляющий собой систему последовательно установленных вращающихся (приводных и неприводных) роликов, головную часть заготовки захватывают формующие валики, протягивают заготовку сквозь межвалковое пространство, одновременно формуя ее, последовательно уменьшая размеры заготовки вплоть до толщины бумажного листа. Таких групп валков на стане, устанавливаемых на определенном расстоянии одни от других, несколько. Каждая группа валков как эстафету передает заготовку последующей. Именно, как эстафетную палочку. Этот принцип эстафетной передачи положен в основу схемы конвейерных поездов, приводящихся в движение специальными приводами, установленными вдоль трассы. В качестве направляющих используют железнодорожные рельсы малых размеров или профилированные металлические полосы. Приводы могут быть разных конструкций: фрикционные, ЛАД, электромагнитные, соленоидные, электромагнитофрикционные.

В 1957 г. французская пресса сообщила, что компания "Секкам" по проекту инженера Хьюберта занялась разработкой новой конвейерной транспортной системы с условным названием "постоянно движущийся лоток". Показатели системы, ее транспортные возможности, приведенные в рекламных проспектах, вызвали большой интерес. Малые радиусы закруглений, крутые уклоны, возможность транспортирования крупнокускового груза (до 0,5 м), весьма высокая производительность, возможность транспортирования багажа и при несложном переоборудовании перевозка пассажиров, транспортирование в обоих направлениях - вот далеко не полный перечень достоинств этой системы. Высокая степень автоматизации, использованная в этом типе КП, позволила создавать разветвленные транспортные сети со стрелочными переводами, несколькими погрузочными и разгрузочными участками. Состав длиной 200-400 м собран из отдельных штампованных желобов (длиной 0,9-2 м каждый), соединенных между собой фартуками, обеспечивающими перекрытие стыков при высокой относительной подвижности желобов во всех плоскостях. Принципиальная схема КП типа "Секкам" позволяет располагать "груженые" и "порожние" ветви направляющих путей как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Не исключается использование одноколейного пути. На участке разгрузки предусматривали возможность использования нескольких принципиально различных устройств. Так, одно из них - стационарное торцовое устройство (рис. 9,а) - обеспечивало поворот желобов на 180° вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к плоскости движения поезда, т. е. из такого разгрузочного устройства состав выходил в перевернутом виде. Другая схема основана на так называемом боковом принципе разгрузки (рис. 9,б), т е спиральный поворот подвижного состава (полный или частичный) происходит относительно горизонтальной оси вдоль движения. Устройство загрузки по существу не отличается от загрузочных устройств, используемых на ленточных конвейерах, за исключением, пожалуй, лишь бункера небольшой вместимости с дистанционно управляемой задвижкой для обеспечения синхронизации загрузочных и транспортных процессов.

Рис. 9. Участки разгрузки КП торцового (а) и бокового (б) типов

Рис. 9. Участки разгрузки КП торцового (а) и бокового (б) типов

Приводные станции установлены неподвижно вдоль ассы из расчета одной станции на поезд на горизонтальных участках. На наклонных участках число станций несколько увеличивают.

Впервые промышленные системы конвейерных поездов появились за рубежом в 60-х годах нашего столетия. В Новой Каледонии, начиная с 1967 г., работают две системы конвейерных поездов, предназначенные для перевозки никелевой руды. Длина одной трассы 2 км (производительность 900 т/ч), у другой системы производительностью 400 т/ч длина 22 км. При движении составы развивают скорость 7 м/с, на участках загрузки и выгрузки - 2 м/с. Для этих систем предусмотрен специальный участок для осмотра, технического обслуживания и ремонта подвижного состава. Первые попытки создания конвейерных поездов оказались успешными, выявились несомненные преимущества этих новых транспортных систем при сопоставлении их с традиционным транспортом. В самом деле, по сравнению с ленточными конвейерами у них меньше металлоемкость, больше скорость транспортирования и производительность. Более того, дальность транспортирования не являлась лимитирующим фактором Наконец, топографические особенности трассы не накладывали жестких ограничений на использование КП: система предусматривала возможность значительных изгибов трассы в разных плоскостях. Начальный этап эксплуатации КП показал, что этот вид транспорта значительно эффективнее железнодорожного по производительности, не требует столь существенных капитальных вложений и затрат на обслуживание. Эти достоинства не остались незамеченными. Во Франции в 1968 г. на руднике Монвиль создана система конвейерного поезда типа "Секкам", оснащенная фрикционным приводом (с помощью пневмоколес или резиновых шин, прижимаемых к вагонеткам). Подвижной состав КП этого типа формировался из одноосных вагонеток (желобчатых лотков, установленных на ось с двумя ребордными колесами диаметром 0,2 м), не исключалось также использование двухосных вагонеток. Скорость КП трассы 2 м/с. На участках загрузки-выгрузки состав перемещался с несколько пониженной скоростью (0,5 м/с), т. е. технологические операции, непосредственно не связанные с транспортным процессом, осуществлялись без остановки подвижного состава - здесь существенное преимущество КП по сравнению с железнодорожным транспортом. В 1971 г. французская фирма "Мерлин жэси" создает конвейерный поезд типа "Секкам", оснащенный приводом от линейного асинхронного двигателя. Это позволило повысить скорость подвижного состава. Состояние полотна пути и степень загрузки тележек не лимитируют значение тягового усилия, эффективное торможение системы не связано с какими-либо конструктивными сложностями.

Наряду с различными разновидностями КП типа "Секкам" в 60-х годах в США получает признание новая схема - "Дашевейор" (автор проекта инженер С. А. Дашев). Особенностями этой системы являются низкие эксплуатационные расходы, широкий диапазон изменения скорости вдоль трассы, способность преодолевать значительные уклоны, возможность транспортировать разнообразные грузы и перевозить пассажиров, высокая степень автоматизации. Важной отличительной особенностью этой системы является возможность ее трубопроводного исполнения, что, по существу, снимает ограничения погодно-климатического порядка и позволяет прокладывать трассу в любой пересеченной местности, в том числе и под водой. Подвижной состав этих систем оснащен индивидуальным приводом, практически это "микроэлектричка" в трубе. На одном из горных предприятий штата Мичиган (США) построена из конвейерных поездов система длиной более 10 км, производительностью 1250 т/ч. Подвижной состав, сформированный из вагонеток, движущихся по направляющим сложного профиля (направляющие закреплены внутри трубопровода), на горизонтальных участках развивает скорость более 30 м/с. На участках загрузки скорость снижается до 2 м/с. Поезда скомплектованы из 10-50 автономных вагонеток с индивидуальным приводом. Вместимость каждой вагонетки 0,5-1,5 м3. Шарнирная стенка вагонетки и конструкция ее ходовой части позволяют поезду двигаться на криволинейных участках радиусом 6 м. В каждой вагонетке предусмотрены кузов, привод с двумя электродвигателями и ходовая часть из пяти пар опорных направляющих колес. Конструкция вагонетки позволяет совершать спиральные перевороты подвижного состава на 360°. При этом сохранность груза гарантируется: специальная герметичная крышка, автоматически открывающаяся лишь при погрузке и разгрузке, надежно сбережет его. Опыт эксплуатации КП типа "Дашевейор" подтвердил высокую эффективность этого вида транспорта и позволил создать целую группу его разновидностей. В настоящее время количество модификаций КП типа "Дашевейор" превышает два десятка.

Совершенствование типов и конструкций конвейерных поездов продолжается. Для транспортирования грузов на сравнительно короткие расстояния на базе изгибающегося пластинчатого конвейера создается КП типа "Хемшайдт-Гребе", КП типа "Беккер-Прюнте" (ФРГ) - многозвенная вагонетка, перемещающаяся по обычным рельсовым путям с помощью постороннего привода - локомотива, концевого или бесконечного каната или бесконечной цепи, и ряд других.

В нашей стране конвейерные поезда необходимы для транспортирования горной породы, извлекаемой из карьеров открытым способом (до 40-50 млн. м3/год лишь на одном карьере), со сравнительно больших глубин (500 м и более) на значительные расстояния (10 км и более). Практика использования в этих условиях традиционных видов транспорта (железнодорожного, автомобильного, ленточных конвейеров) выявила их невысокую технико-экономическую эффективность. Вместе с тем при открытом способе разработки карьеров предъявляют ряд специфических требований к транспортным средствам: они должны быть приспособлены к перевозке недробленой горной массы с диаметром куска до 1200 мм, уклон трассы может быть до 20°, радиусы криволинейных участков составляют лишь 30-40 м. При этом необходимым условием является обеспечение надежной и эффективной работы при сложных разветвленных технологических схемах, в различных природно-климатических и социально-демографических условиях. Анализ показывает, что таким комплексным требованиям соответствуют конвейерные поезда, сочетающие в себе ряд преимуществ существующих видов транспорта и обеспечивающих эффективное транспортирование горной массы до 40 - 50 млн. м3/год.

Эксплуатационная скорость конвейерного поезда может достигать 15 - 20 км/ч (для сравнения: у железнодорожного транспорта значения этой величины 6 - 7 км/ч, у автотранспорта - 10-12 км/ч). Расчеты, а также данные опытной эксплуатации, свидетельствуют о том, что по показателю приведенных затрат конвейерные поезда экономичнее автомобильного транспорта в 2 раза, комбинированного автомобильно-железнодорожного - в 1,2 раза. Повышение производительности труда по сравнению с традиционным транспортом достигает 1,5 - 2 раза.

Анализируя технико-экономические показатели отечественных типов конвейерных поездов, их конструктивные особенности, нельзя не остановиться на так называемых системах "Турботранс". Как известно, турбинный привод успешно используют в различных типах самолетов, автомобилей, судов и поездов. Два основных элемента турбины - сопловые и рабочие лопатки - нашли применение в качестве привода в системах конвейерных поездов типа "Турботранс". На силовой раме 1 подвижного состава (рис. 10) установлены секции рабочих лопаток 2. Вдоль путевого полотна на участках тяговых станций расположены секции сопловых лопаток. Энергоносителем может быть газ (жидкость), направляемый через сопловые лопатки на рабочие, передающий таким образом требуемый для перемещения запас энергии. По существу, речь идет не о какой-либо оригинальности решения схемы конвейерных поездов, а о необычном высокоэффективном приводе (согласно принятой классификации - бесконтактного типа).

Рис. 10. Экспериментальная вагонетка КП, оснащенная лопатками

В соответствии с разработанными проектами система "Турботранс" предназначена для строительства насыпных плотин, дамб, различных гидротехнических сооружений. Использование таких систем позволяет сократить сроки сооружения плотин с 7 - 10 до 2-3 лет. При этом существенно снижается число работающих, отпадает необходимость в строительстве временных городков, применении колонн мощных автомашин. Системы "Турботранс" эффективны и при удалении горной массы из глубоких карьеров: существующая технология использования многотысячного парка болынегрузых "белазов" и "кразов", связанная со строительством специальных серпантинных дорог, проблемой загазованности котлованов и т. д., явно несовершенна и нуждается в коренном изменении.

Первая опытно-промышленная система "Турботранс" была построена на Раменском горно-обогатительном комбинате для транспортировки песка от карьера до фабпики. Загрузка системы осуществляется с помощью стационарного бункерного устройства, оснащенного системой вибропитателей. Разгрузка происходит на специальной эстакаде 7, где при движении тележек 3 по поверхности лекала 2 происходит опрокидывание подвижного состава 3 (рис. 11). Энергетические затраты составляют 250- 300 Вт. ч/(т.км), причем есть реальная возможность снизить их путем увеличения к.п.д. системы до 0,7 (существующий к.п.д. системы 0,42). Разработчики системы "Турботранс" не скрывают, что на первых этапах создания проекта они опасались замерзания энергоносителя - воды - в зимнее время. Однако опыт эксплуатации при отрицательных температурах таких конвейерных поездов, оснащенных несложными приспособлениями, показал необоснованность их опасений.

Рис. 11. Участок разгрузки КП лекального типа

А теперь давайте немного пофантазируем. При строительстве различных гидротехнических сооружений вода, как правило, есть всегда в избытке: в ущельях, которые перекрывают строящимися плотинами, падающий поток воды можно использовать как энергоноситель в сопловых аппаратах конвейерных поездов, т. е. река становится созидателем. Она сама, без дополнительных энергетических затрат, будет возводить дамбы плотины. В этой картине, по существу, нет ничего нереального. В настоящее время ведут работы по реализации такой схемы.

Таким образом, конвейерные поезда с различными приводами - высокоэффективный дискретный вид транспорта, применение которого особенно целесообразно при значительной протяженности трассы, когда строить железнодорожные или автомобильные магистрали по техническим или экономическим соображениям невыгодно.

Как же быть в тех случаях, когда дискретность транспортирования груза становится фактором ограничения?