Электроприводы железнодорожной автоматики и телемеханики

Лекция 1

Электроприводы железнодорожной автоматики и телемеханики.

Хозяйство автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта Российской Федерации как непосредственный организатор движения поездов, располагает огромным количеством напольного оборудования, расположенного непосредственно на железнодорожных путях в естественных условиях эксплуатации, без охраны и при этом несет огромную функцию управления и обеспечения безопасности перевозочного процесса. В эксплуатации находится более 135 тысяч стрелочных переводов, оборудованных устройствами телемеханики с электрической централизацией управления ими.

Аппаратура управления подвижными элементами стрелочных переводов, включаемых в электрическую (ЭЦ), диспетчерскую (ДЦ) и горочную (ГАЦ) централизацию, содержит ряд устройств, из которых наиболее конструктивно сложными являются стрелочные приводы. Условия работы приводов перечисленных централизаций и требования, предъявляемые к ним, различны и часто противоречивы. Если для приводов ГАЦ характерны высокое быстродействие (время перевода стрелки около 0,5 сек.), небольшие нагрузки (до 1000-1500 Н) благодаря исключительному применению на горках легких стрелок, как правило, небольшое удаление от источников питания (до 200 м), то для приводов ЭЦ и ДЦ-значительно меньшее быстродействие (время перевода 2-7 с), большие нагрузки (в среднем до 3500 Н) и значительно большое удаление от источников питания и ЭЦ (при центральном питании до 2 км) и меньше (при местном питании) – в ДЦ.

Классификация схем установки электроприводов на стрелку

Стрелочные переводы подразделяются на простые (одиночные) и сложные (тройниковые и перекрестные). Простые стрелочные переводы, составляющие около 98% общесетевого числа переводов и пересечений путей, имеют стрелку, соединительные пути и крестовину, уложенные на переводных брусьях (рис 1). Стрелка состоит из пары рамных рельсов, остряков, корневых устройств, опорных и крепежных деталей. Остряки перемещаются по стрелочным подушкам. Со стороны острия они связаны с электроприводом, а со стороны корня присоединяются к соединительному рельсу вкладышно-накладочным устройством. При переводе стрелки остряк с вкладышно-накладочным корневым креплением совершает поворот при сравнительно небольшом тяговом усилии электропривода, а остряк с накладочным корневым креплением не поворачивается, а изгибается, для чего требуется развить большое тяговое усилие.

Стремление исключить вредные зазоры вслед за созданием стрелки с гибкими остряками привели к появлению крестовины с подвижным сердечником. В такой крестовине подвижный сердечник прилегает к усовику, что обеспечивает непрерывность поверхности катания.

Стрелочные переводы характеризуют маркой крестовины и типом рельсов, Марку крестовины определяют отношением ширины сердечника к его длине и обозначают простой дробью. К крутым относятся стрелочные переводы с крестовиной марок 1/5, 1/6, 1/7, 1/9, 1/11, а к пологим – 1/18, 1/22. К основным относятся рельсы типов Р50 и Р65, но в настоящее время начинается производство рельсов типов Р75. Стрелочный электропривод должен переводить стрелку и подвижный сердечник крестовины из одного положения в другое крайнее положение, реверсировать стрелку и подвижный сердечник крестовины из любого промежуточного положения в первоначальное, запирать прижатый остряк и сердечник в крайнем положении, контролировать положение стрелки и сердечника, допускать перевод стрелки и сердечника вручную.

Крестовины могут быть жесткие – без подвижных элементов и с подвижными элементами. В настоящее время наиболее распространены жесткие крестовины без подвижных элементов. Основные элементы такой крестовины – сердечник (рис. 1) с рабочими гранями О_кС и О_кВ и два усовика. Самое узкое пространство между усовиками в их первом изгибе называется горлом крестовины. Промежуток между боковыми гранями усовика и сердечником представляет желоб для прохода колесных гребней. Точка пересечения рабочих граней усовиков и сердечника О_к называется математическим центром, или острием крестовины.

Угол α, под которым пересекаются рабочие грани сердечника, называется углом крестовины. Он выражается в градусах или в виде дроби 1/N (N в большинстве случаев целое число), называемой маркой крестовины.

):

Рис 1 1 – усовики; 2 – горло; 3 – желоба; 4 – сердечник; 5 – контррельс

Крестовины с подвижным сердечником в РФ изготовляют двух типов: с подвижным сердечником из специальных остряковых рельсов с гибкими ветвями (рис. 7) для реализации скоростей движения поездов по прямому направлению 200 км/ч и более, а также с подвижным поворотным сборным сердечником из специальных остряковых рельсов (рис. 8). Отличаются эти крестовины тем, что при гибких ветвях в корне рельсы сердечника закреплены жестко, поэтому одна ветвь – один рельс сердечника в нерабочем положении несколько изогнут и находится под некоторым напряжением; при поворотном сердечнике его рельсы в корне прикрепляются, как в корневом устройстве вкладышно-накладочного типа.

Рис 8 Крестовина с подвижным сердечником с гибкими ветвями из остряковых рельсов: 1 – усовик; 2 – короткий рельс сердечника; 3 – длинный рельс сердечника

Рис. 8 – Крестовина с поворотным сердечником из остряковых рельсов: 1 – усовики; 2 – длинный рельс сердечника; 3 – короткий рельс сердечника

На первом этапе централизации применялись взрезной электропривод с внешним запиранием типа 3900, а с 1935 г. использовались семь типов взрезных электроприводов с внутренним запиранием серии СПВ.

Увеличение массы и скоростей движения поездов, появление новых конструкций стрелочных переводов из рельсов тяжелых типов с гибкими остряками, жестко связанных между собой тягами, исключили возможность в применении электроприводов серии СПВ, требующих обязательно разделенного хода остряков. В 1957 г. для ЭЦ был разработан невзрезной электропривод с внутренним запиранием типа СП-1. Для механизируемых сортировочных горок в 1963 г. создан электромеханический привод типа СПГ, заменивший элктропневматический привод типа СЭП-55 при новом строительстве.

В 1964 г. на базе электропривода типа СПГ созданы приводы унифицированной конструкции горочной (СПГ-2) и электрической (СП-2) централизаций, что позволило применить прогрессивную технологию изготовления. В 1973г. были внедрены унифицированные электроприводы типов СПГ-3 с повышенным быстродействием и СП-3 с тяговым усилием, достаточным для перевода стрелок и подвижных сердечников крестовин скоростных стрелочных переводов.

Автоматизация управления расформированием составов на сортировочных горках с применением ЭВМ и микропроцессоров, увеличение темпов роспуска вагонов привели к созданию в 1981 г. бесконтактного электропривода типа СПГБ-4. В 1982 г. начат выпуск электроприводов типа СП-6 для электрической централизации с улучшенными характеристиками.

Кроме общих требований к стрелочным приводам электрической (СП) и горочной (СПГ) централизаций к последним предъявляются повышенные требования. В процессе срабатывания движущиеся части СПГ запасают значительную кинетическую энергию. Если скорость перевода стрелки приводом СПГ в 5-10 раз выше, чем приводом СП, то запасенная им кинетическая энергия в 25-100 раз превысит кинетическую энергию СП, так как величина кинетической энергии пропорциональна квадрату скорости.

В последнее время широко применяются электроприводы типа СП-12У, обеспечивающие предельные скорости движения поездов до 200 км/час без достаточного запаса, как по скорости движения, так и по условиям безопасности механической части конструкции.

Электроприводы широко применяются в шлагбаумах и блокировочных устройствах на железнодорожных переездах.

Стрелочные переводы можно разделить на две большие группы по виду восприятия взреза срелки, т.е. ее принудительного перевода ребордами колес поезда при пошерстном движении, стрелочные переводы различают взрезные и невзрезные.

Невзрезной стрелочный электропривод СП-3. Стрелочный электропривод СП-3 применяется в устройствах централизации промежуточных и участковых станций. Максимальной тяговое усилие, развиваемое при переводе стрелки, 6000 Н, передаточное число редуктора 70.

Электропривод рис 1.1 состоит из корпуса 1, электродвигателя 11, редуктора 8, совмещенного с фрикционной муфтой 9, блока автопереключателя 17, шибера 2, связанного с шиберной шестерней 16, контрольных линеек 4 и 3, обогревательного элемента 12, блокировочной заслонки с контактом 10.

Электропривод работает в режимах нормальном перевода стрелки, когда после полного его перевода электродвигатель автоматически выключается автопереключателем; недохода остряка стрелки на 4 мм и более при случайном препятствии между остряком и рамным рельсом, когда электродвигатель не выключается автопереключателем и продолжает работать на фрикцию, преодолевая сопротивление трения и потребляя ток на 25% больше номинального; взреза стрелки когда происходит принудительный перевод остряков стрелки подвижным составом и электропривод выходит из строя. Электропривод осуществляет одновременный перевод остряков стрелки и замыкание шибера при полном их переводе.

Рис. 1 Схема стрелки и действующих на нее нагрузок при движении по ней колесной пары подвижного состава.

Математическая модель прохода колеса подвижного состава по стрелке

Где

Δ_ор – зазор между рамным рельсом и колесом;

F₁ – продольная составляющая силы бокового удара гребня колеса об остряк, которая численно равна силе бокового прижатия гребня колеса к ост­ряку;

F₂ – поперечная составляющая силы бокового удара гребня колеса об остряк;

F₃ – усилие замыкания (удержания) остряка.

А – точка приложения силы, удерживающей остряк;

Д – точка удара колеса в остряк;

N – точка конца строжки остряка;

С – текущая координата соприкосновение остряка и колеса.

Величина F_уд устанавливает предельно допустимые рабочие усилия, которые способен выдерживать стрелочный привод длительное время без разрушений и сверх нормативных деформаций (менее 4 мм).

Усилия, возникающие при прохождении подвижного состава по стрелке и направленные на отжим прижатого остряка от рамного рельса, воспринимаются гарнитурой (рабочей тягой) и электроприводом (механизмом замыкания шибера). Для обеспечения безопасности прохождения подвижного состава по стрелке усилие замыкания прижатого остряка должно быть гарантированной величиной с определенным запасом прочности (4÷5).

Таким образом, усилие замыкания и надежного удержания остряка стрелочным приводом составляет (в большинстве отечественных и зарубежных электроприводах) F_3ном = 50000 ÷ 90000 Н [62].

Рис 2. Силы действующие на рельс при движении колеса

Методы предотвращения схода колесной пары подвижного состава при въезде на стрелку в противошерстном направлении.

Исследуем механизм и причины схода колесной пары подвижного состава при въезде на стрелку в противошерстном направлении.

Боковое давление колеса на поверхность головки рамного рельса приводит к его (рамный рельс) смещению (см. рисунок 2) и, как следствие, - к уширению колеи. Такое явление следует считать нормальным процессом, т.к. рамные рельсы имеют упругое крепление к шпалам и стрелочным брусьям. Величина жесткости крепления рамного рельса к стрелочным брусьям, как и величина самого смещения, регламентирована и в условиях эксплуатации находится в пределах нормированных значений - Δ_рр = 6 мм (-2мм ÷ +4 мм) .

Рис.2а Схема частного случая (экстремального) контактирования колеса вагона с рамным рельсом при набегании колеса на рельс.