تاریخچه لکوموتیو های معادن زغالسنگ و آشنایی صفر تا صد با ساختار مستحکم ترین و پرکاربرد ترین لکوموتیوهای معادن زیرزمینی

لکوموتیو معادن زیرزمینی جهت استفاده زیرزمینی در معادن ذغال سنگ در اوایل دهه 1930 معرفی شدند، اما استفاده از لکوموتیو معادن زیرزمینی بعد از جنگ در طی سال های 1939-1945 گسترده شد. اولین لکوموتیو معادن زیرزمینی با موتور حامل دیزل و ضدانفجار  در سال 1939 پس از تصویب آن توسط وزارت معادن با همکاری هیئت تحقیقات ایمنی در معادن معرفی شد.

به دنبال ملی شدن صنعت ذغال سنگ در سال 1947، استفاده از لکوموتیو معادن زیرزمینی به سرعت گسترش یافت به طوری که خرید و بکارگیری آنها در طی سال های اولیه رشد دو چندان پیدا کرد و بعد از 10 سال تعداد لکوموتیو معادن زیرزمینی مورد استفاده از 90 به 906 افزایش یافت. در سال های اولیه معرفی لوكوموتیو، بکارگیری آن در جاده ها جهت حمل و نقل بود . ملی سازی ، ساخت و ساز و بازسازی و نوآوری صورت گرفته در  اغلب معادن های افقی قابل استخراج  سبب گردید که از لکوموتیو معادن زیرزمینی در خطوط های حمل و نقل با شیب 1 در 400 یا 500 (0.25٪ یا 0.20٪) و هدایت شده به نفع بار، استفاده عظیمی گردد. از آن زمان تاکنون کاربرد لکوموتیو معادن زیرزمینی به تدریج به سایر قسمت های معادن با شیب متغیر با نهایت مجاز بودن از نظر انواع خاص كشش گسترش یافته است .

از سال 1949 طراحی، ساخت، نگهداری و کاربرد لکوموتیو معادن زیرزمینی کلا مشمول مقررات لوكوموتیو بوده اند . براساس مقررات آیین نامه جهانی و معدنی در سال 1952، لزوم بکارگیری لوکوموتیوها در معادن بصورت کاملا ایمنی تصویب گشته است . در حال حاضر مجوز تأیید و تصویب کارایی لکوموتیو معادن زیرزمینی به مدیریت اجرایی بهداشت و ایمنی ( HSE ) واگذار شده است .

براساس قانون معادن 1954 استفاده از موتور دارای احتراق داخلی یا در واقع لکوموتیو معادن زیرزمینی زمانی مجاز خواهد بود که توسط آیین نامه های کلاس معادن یا توسط بازرس مخصوص این امر مجاز تلقی شده باشد .

این آیین نامه نخستین بررسی عمده در مورد بکارگیری لکوموتیو معادن زیرزمینی به عنوان اصلی ترین سیستم حمل و نقل زیرزمینی از زمان تأسیس این قانون است . در سال 1986 گزارش مقررات آسیب ها ، خسارات و موارد خطرناک به وجود آمد و برخی از حوادث مربوط به لکوموتیو معادن زیرزمینی برای اولین بار به عنوان نمونه های خطرناک از HSE گزارش شد . آماری که متعاقبا فاش شد ، به دلیل دو مورد تصادف بزرگ در معادن زیرزمینی بود که آسیب های جبران ناپذیری وارد کرده بود . در پی این تصادفات مدیریت اجرایی بهداشت و ایمنی (HSE) پس از تجزیه و تحلیل یافته ها ، اصول طراحی و نصب جدیدی را پیشنهاد کردند که ایمنی و عملکرد لکوموتیو معادن زیرزمینی را بهبود بخشید .

اگرچه گزارش این سازمان به طور خاص جهت استفاده  زیرزمینی از لوكوموتیوها در معادن ذغال سنگ است ،  اما اصول آن برای سایر انواع لوكوموتیوها جهت توسعه معادن و عملیات تونل زنی نیز کاربرد دارد .

اصول استاندارد طراحی لکوموتیو معادن زیرزمینی :

در گزارش تحویل داده شده در سال 1947 به موسسه مهندسان معدن، AE Crook ، بازرس مهندسی معادن HM ، استانداردهای اساسی طراحی لکوموتیو معادن زیرزمینی را تنظیم كرد که در حال حاضر نیز کاربرد ویژه ای دارند .

 اکثر لوکوموتیوهایی که در معادن مورد استفاده قرار می گیرند ، استاک های غلتکی بدون ترمز و کششی دارند . این لکوموتیو معادن زیرزمینی برای ایجاد نیروی لازم جهت حرکت به ضریب چسبندگی یا کشش بین چرخ و ریل وابسته هستند تا ایمنی لازم برای ترمز لوکوموتیو و کلیه بار متصل به آن را فراهم سازند.

ضریب چسبندگی معیاری از توانایی یک لکوموتیو معادن زیرزمینی در استفاده از ضریب استاتیک اصطحکاک بین چرخ های آن و ریل ها است . از لحاظ تئوریکی ، حداکثر ضریب چسبندگی ضریب اصطحکاک استاتیکی است اما در عمل ، این امر به دلیل حرکت نسبی کوچک ( خزش ) که همیشه بین چرخ و راه آهن در حین کشش ( انتقال ) یا ترمزگیری وجود دارد ،  حاصل نمی شود . در این گزارش به ضریب چسبندگی در زمینه ترمز اشاره شده است .

کشش سطحی لکوموتیو معادن زیرزمینی مورد استفاده در معادن با چرخ های فولادی یا لاستیکی متناسب بوده و در شیب های تند به نسبت سطوح صاف کاربرد ویژه ای دارند . حداکثر شیب عملکرد لکوموتیو معادن زیرزمینی براساس مقررات استاندارد، 1 در 15 (6.7٪) تعیین شده است. اگرچه معافیت هایی وجود دارد که اجازه می دهد تا لکوموتیوهای مجهز به تایرهای لاستیکی با بارهای محدود ، در شیب هایی با درجه 1 در 10 (10 ٪) مورد استفاده قرار گیرند . دو نوع دیگر از لکوموتیو معادن زیرزمینی وجود دارند که بر روی ریل های دندانه دار و دارای ریل بند مورد استفاده قرار می گیرند . این لوکوموتیوها به کشش تولید شده توسط وزن حاصل از ترمز موتور لوکوموتیو وابسته نیستند و در نتیجه برای کاربرد در شیب های تند معاف هستند .

طراحی و نوع لکوموتیو معادن زیرزمینی باید به عنوان بخشی جدایی ناپذیر در طراحی سیستم حمل و نقل کلی در نظر گرفته شود . در هنگام برنامه ریزی تاسیسات جدید ، شیب ،  اندازه و حداقل شعاع منحنی مسیر باید بر اساس نوع لوکوموتیو و سیستم مورد نیاز طراحی شود .

در مواردی که از لوکوموتیوها در معابر موجود استفاده می شود  ، مهم است که نوع لکوموتیو معادن زیرزمینی با شیب هایی که در آن استفاده می شود مطابقت داشته باشد . لازم است بارهایی تعیین شود که لوکوموتیوها در شیب های مختلف و کشش سطحی حاصله در حد شیب قانونی متغیر، بتوانند این بارها را بدون اعمال خساراتی حمل کنند .

سازندگان به طور معمول داده های عملکردی را برای هر نوع لکوموتیو معادن زیرزمینی به همراه جزئیات سیستم ترمز فراهم می کنند . ضروری است که کاربر مقدار حداکثر باری که می تواند با اطمینان در شیب پیشنهادی ترمز کند را با دقت تمام محاسبه کند . طراحی هر سیستم حمل و نقلی که بارگیری انجام می دهد بایستی به نحوی باشد که لوکوموتیو بتواند براحتی ترمز کند . هرگز نباید از لوکوموتیوها برای جابجایی بارهای بیشتر از میزان و درجه شیب های تند استفاده نمود . این امر برای کنترل ایمنی لازم در اینگونه شیب ها ضروری است . 

نیرویی که توسط یک موتور حرکتی یا وسیله نقلیه برای عقب انداختن حرکت خود ایجاد می شود، ” تلاش ترمز ” یا ” نسبت ترمز ” گفته می شود که به ترتیب به عنوان درصد یا کسری از وزن آن بیان می گردد . این معیار بدون از بین رفتن چسبندگی و در نتیجه بدون لغزندگی به دست آورده می شود .

استفاده کنترل شده از تلاش ترمز بسیار مهم است به خصوص در مواقعی که منحنی مسیر افزایش می یابد و در آن لوکوموتیو مشغول فعالیت چرخشی بدون ترمز است ، در این حالت تلاش ترمز فقط توسط نیروهای اصطحکاک ایجاد می شود که این نیروها از طریق اصطحکاک بین چرخ های لوکوموتیو و ریل ها ایجاد می شوند. یک لوکوموتیو” با قابلیت عدم ترمز محدود ” بسیار خطرناک است . زیرا در آن استفاده نامناسبی از قابلیت ترمزگیری شده است ، ترمز بیش از حد می تواند باعث قفل شدن چرخ های لوکوموتیو شود و سپس چرخش روی ریل ها باعث کاهش تلاش ترمز به مقدار نیروی اصطکاک پویای بین چرخ و ریل شود . این نیرو جایگزین تابعی از نیروی اصطکاک استاتیک هنگام چرخش است . در این شرایط با تنظیم ماهرانه ترمزها می توان کنترل را در زمان شتاب موتور در سطح شیب دار بدست آورد .

“ضریب چسبندگی”، “نیاز طراحی” و “بحث عملیاتی”سه اصطلاح مهم در طراحی لکوموتیو معادن زیرزمینی  است که در این گزارش مورد بحث و تفسیر قرار گرفته است. فلسفه اساسی توسط C Pritchard در سال 1979 معرفی شده است که به شرح زیر می باشد :

«ضریب چسبندگی» ضریب اصطحکاک معادل نسبت تلاش ترمز لوکوموتیو ، درست قبل از شروع لغزش ، به وزن لوکوموتیو است .  

« نیاز طراحی ضریب چسبندگی »( تقاضای طراحی ) ضریب چسبندگی لازم برای استفاده کامل از ترمزها بدون هیچگونه لغزش است .

«تقاضای چسبندگی عملیاتی»(بحث عملیاتی) ضریب چسبندگی لازم برای اجازه ترمزها ، در صورت استفاده ،  برای دستیابی به حداقل عقب افتادگی مشخص و فاصله توقف ایمن برای بارهای خاص عملیاتی و شیب می باشد .

بررسی حادثه و بررسی سیستم های حمل و نقل حرکتی در شیب تندتر از 1 در 33 نشان می دهد که برخی از ابزارهای مورد نیاز برای عقب ماندگی به حدی کم کار می کردند که حاشیه کمی ایمنی را نشان می دهند. گزارشات مربوط به تصادفات در سیلوروود و بنتلی نشان دهنده عواقب احتمالی چنین تاسیساتی است.

یک حادثه معمولی در یک جاده زیرزمینی در معدنی رخ داده است که قوانین حمل و نقل مشخص کرده است که حداکثر 12 وسیله نقلیه قابل تعقیب هستند. با این وجود هیچ محدودیتی برای حداکثر بارگیری وجود ندارد.

در این حادثه یک لکوموتیو معادن زیرزمینی 15 تن دیزلی که در دنده اول با حداکثر سرعت 5 کیلومتر در ساعت(3 مایل در ساعت) فعالیت می کرد و حاوی بار شش دستگاه خودروی بدون برقی با جرم تقریبی 26 تن در جاده ای با میانگین شیب 1 در 30 (در حال حرکت) بود. راننده سیگنالی برای توقف و اعمال ترمزها را دریافت کرد اما کاری نتوانست انجام دهد. او وارد بخش خاکی جاده شده و دوباره ترمز کرد، اما لوکوموتیو همچنان کند نشده بود. سپس او وسیله را به حال خود رها کرد.

لوکوموتیو پیش از برخورد با یک ماشین مصنوعی ، 100 متر مسیر دیگر را طی کرده بود. آزمایشات روی ترمزهای لوکوموتیو نشان داد که آنها قادر به تولید تلاش ترمز معادل 5/17 درصد از وزن لوکوموتیو بوده اند، یعنی تقاضای طراحی 0.175 است. بیشترین تلاش این ترمز برای خنثی سازی جزء گرانشی به دلیل شیب 1 در 18 (5.6٪) که در قطار اعمال شده بود، سبب توقف دستگاه شده بود. براساس این حادثه قوانین حمل و نقل برای مشخص کردن حداکثر بار بر اساس تقاضای عملیاتی 0.12 و حداقل عقب ماندگی 2٪ گرم اصلاح شد.

هم اکنون در دنیای صنعت امروزی کلیه عرضه و تولید و ساخت و ساز لکوموتیو معادن زیرزمینی مجبور به رعایت تمامی استانداردها در زمینه تلاش ترمز و تقاضای عملیاتی و طراحی و حداکثر حمل بار هستند تا از وقوع حوادث اسف بار جلوگیری شود.