Содержание к диссертации
Введение
І. Устройства обеспечения безопасности движения поездов по железнодорожным стрелкам 6
1.1. Функциональное назначение электроприводов 6
1.2. Электроприводы российских железных дорог 9
1.3. Анализ нарушений работы электроприводов 18
1.4. Выводы по разделу 1 21
2. Анализ структуры и режимов работы стрелочных переводных устройств(СПУ) 22
2.1. Отечественные СПУ и эксплуатационно-технические требования 22
2.2. Функциональная и установочная схемы стрелочного переводного устройства 24
2.3. Защищенность СПУ от опасных состояний 29
2.4. Исследование режимов работы стрелочных электроприводов 41
2.4.1.Режим перевода стрелки 42
2.4.2.Статический режим работы 50
2.4.3.Динамический режим работы 50
2.4.4. Аварийный режим взреза стрелки 55
2.5. СПУ для высокоскоростных магистралей (ВСМ) 69
2.6.. Выводы к разделу 2 73
3. Синтез СПУ нового поколения 75
3.1. Методы снижения динамических воздействий подвижного состава на элементы СПУ 75
3.2. Количественные и качественные показатели. Нормы безопасности 85
3.3. Функциональные схемы СПУ 90
3.4. Выводы по разделу 3 98
4. Совершенствование элементов СПУ 99
4.1. Модернизация электроприводов серии СП 99
4.2. Принципы построения СПУ 106
4.3. Новые устройства запирания и контроля 133
4.4. Выводы к разделу 4 120
5. Схемы управления СПУ 121
5.1. Требования к схемам управления 121
5.2. Принципы построения контрольных и рабочих цепей схем управления СПУ 124
5.3. Схемы управления электроприводами высокоскоростных стрелок 136
5.4. Элементная база для контрольных цепей схем управления электроприводами 140
5.5. Выводы к разделу 5 145
6. Заключение 146
- Электроприводы российских железных дорог
- Аварийный режим взреза стрелки
- Модернизация электроприводов серии СП
- Элементная база для контрольных цепей схем управления электроприводами
Электроприводы российских железных дорог
В первых отечественных электрических централизациях применяли взрезной электропривод типа 3900 с внешним запиранием.
С 1935года стали применяться взрезные приводы с внутренним запиранием серии СПВ.
С 1957до 1960 года осуществлялся промышленный выпуск невзрез-ных электроприводов типа СП-1.
С 1960 по 1970 год изготавливались электроприводы типа СП-2. Электропривод типа СП-2 имеет один рабочий шибер и две контрольные линейки. В приводе предусмотрен двусторонний выход рабочего шибера и контрольных линеек, что позволяет на стрелочной гарнитуре устанавливать привод с правой или левой стороны путем перестановки рабочего шибера и контрольных линеек. От ранее выпускаемого электропривода СП-1 электропривод СП-2 отличается измененной конструкцией редуктора, фрикционное сцепление с вала электродвигателя перенесено на вал редуктора.
С 1970 по 1973 год изготавливались электроприводы типа СП-2Р. В 1970 году было введено раздельное крепление рабочих и контрольных тяг с остряками стрелок. В связи с переходом на гарнитуры с раздельным креплением рабочих и контрольных тяг диаметры присоединительных отверстий в контрольных линейках и рабочем шибере в электроприводе были увеличены: в контрольных линейках электропривода типа СП-2Р стали 15 мм вместо 12 мм в электроприводе СП-2; в рабочем шибере СП-2Р — 26 мм вместо 20 мм в СП-2. Электроприводы типов СП-2 и СП-2Р были рассчитаны на переводное усилие 2,5 кН (максимальное 3,50 кН). Таким образом, электропривод СП-2Р отличается от выпускавшегося ранее СП-2 только увеличенным диаметром отверстий на концах контрольных линеек и рабочего шибера. С декабря 1973 года взамен электроприводов СП-2Р начали серийно выпускать стрелочные электроприводы типа СП-3. Стрелочный электропривод типа СП-3 имеет один рабочий шибер и две контрольные линейки; предназначен для перевода, запирания и контроля положения стрелок всех типов с нераздельным ходом остряков. В приводе предусмотрен двусторонний вы ход рабочего шибера и контрольных линеек, что позволяет на стрелочной гарнитуре устанавливать привод с правой и левой стороны стрелки (путем перестановки рабочего шибера и контрольных линеек).
Электропривод типа СП-3 имеет следующие преимущества перед ранее выпускаемыми СП-2 и СП-2Р:
переводное усилие на рабочем шибере привода СП-3 увеличено на 2 кН и доведено в среднем до 4,5 кН. Привод может развивать максимальное переводное усилие до 6 кН за счет увеличения передаточного числа редуктора до 70 вместо 55 и применения электродвигателя МСП-0,25 вместо МСП-0,1;
облегчено эксплуатационное обслуживание в части быстроты замены пружин автопереключателя. В электроприводе СП-3 в автопереключателях применены пружины растяжения, которые устанавливаются над рычагами автопереключателя, взамен пружин кручения в СП-2Р;
введен электрообогрев привода для уменьшения образования конденсата и устранения явления индевения контактов; установлены прозрачные колпаки из пластмассы над контактными колодками для устранения попадания конденсата на контактные пластины, а также улучшена герметизация корпуса привода за счет увеличения захода бортов крышки на 18 мм вместо 13 мм в приводе СП-2Р.
С 1982 года начали серийно выпускать стрелочные электроприводы типа СП-6 для электрической централизации с улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с электроприводами типа СП-3. Для маневровых районов станций применяются также электроприводы типа СПГ-ЗМ на базе электропривода СП-6, бесконтактные электроприводы типа СПГБ-4 на базе электропривода СП-3, и СПГБ-4М на базе электропривода СП-6.
С января 1993 года начался выпуск электроприводов СП-6М вместо СП-6.
Для скоростного движения выпускается электропривод СП-12У для работы с внешним замыкателем. Главным отличием электропривода СП-12У от СП-6М является увеличенный ход шибера (220мм) для того, чтобы запирание прижатого остряка осуществлял внешний замыкатель, ход контрольных линеек остался тот же 154 мм, а удержание отведенного остряка обеспечивается с помощью внутреннего замыкателя привода.
С июля 1995 года начали серийно выпускать бесконтактные горочные электроприводы СПГБ-4Б вместо СПГБ-4М.
Таким образом, в настоящее время для магистрального железнодорожного транспорта выпускаются, в основном, электроприводы СП-6М, СП-12У и горочные СПГБ-4Б.
На сортировочных механизированных горках для перевода, запирания и контроля положения стрелок с нераздельным ходом остряков применяются электроприводы типов СПГ-2, СПГ-3, СПГ-ЗМ, СПГБ-4, СПГБ-4М и СПГБ-4Б.
Электроприводы типов СПГ-2 и СПГ-3 имеют конструкцию, аналогичную соответственно электроприводам СП-2 и СП-3, но передаточные числа редукторов у них меньше, благодаря чему достигается повышенная скорость перевода стрелки. Передаточное число редуктора привода СПГ-2 составляет 43 вместо 55 в СП-2, а привода СПГ-3 — 35 вместо 70 в СП-3.
Диаметры присоединительных отверстий в контрольных линейках горочных электроприводов типов СПГ-2 и СПГ-3 составляют 12 мм, в рабочем шибере — 20 мм, т. е. такие же, как в контрольных и рабочих линейках приводов СП-2.
В горочных электроприводах СПГ-2 и СПГ-3 устанавливается электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25 на номинальное напряжение 100 В. Для получения более высокой скорости перевода стрелки на клеммы электродвигателя подается напряжение 200 В.
Применяемые на сортировочных горках бесконтактные электроприводы типа СПГБ-4 выпускались на базе электропривода СП-3.
Модификациями горочных электроприводов являются контактные электроприводы типа СПГ-ЗМ на базе электропривода СП-6, бесконтактные электроприводы типа СПГБ-4М на базе электропривода СП-6 и бесконтактные электроприводы типа СПГБ-4Б на базе электропривода СП-6М.
В настоящее время выпускаются горочные электроприводы только типа СПГБ-4Б.
Ранее выпускавшиеся электроприводы серии СПВ предназначались для перевода, запирания и контроля положения стрелок с раздельным ходом остряков и имели два рабочих шибера и две контрольные линейки. В приводах СПВ предусматривался двусторонний выход рабочих шиберов и контрольных линеек, что позволяло на стрелочной гарнитуре устанавливать привод с правой или левой стороны стрелки (путем перестановки рабочих шиберов и контрольных линеек).
До 1974 года изготавливались электроприводы типа СПВ-5, которые имели максимальное переводное усилие 2500 Н. С 1974 по 1990 год изготавливались электроприводы типа СПВ-6, которые имели по сравнению с СПВ-5 следующие преимущества:
- переводное усилие на рабочих шиберах привода СПВ-6 увеличено до 3 кН, за счет применения типового редуктора от электропривода типа СП-2Р с передаточным числом 55 вместо 43 и электродвигателя постоянного тока типаМСП-0,25.
- улучшено эксплуатационное обслуживание в части быстроты замены пружин автопереключателя. В электроприводе СПВ-6 в автопереключателях применялись пружины растяжения, которые устанавливались над рычагами автопереключателя, взамен пружин кручения в приводе СПВ-5; был введен электрообогрев привода для уменьшения образования конденсата и устранения явления индевения контактов и установлены прозрачные колпаки из пластмассы над контактными колодками для устранения попадания конденсата на контактные пластины.
Аварийный режим взреза стрелки
При осуществлении маневров на станциях имеют место случаи взреза стрелки. На практике наиболее распространенным является взрез стрелки с бокового направления движения по стрелке, хотя может быть и с прямого направления. На рисунке 2.6 показаны схемы взрезов криволинейного (рис.2.6,а) и прямолинейного (рис.2.6,б) остряков. Взрез стрелочного перевода с невзрезными стрелочными электроприводами серии СП приводит к остаточным деформациям остряков, соединительных и рабочих тяг, повреждению электропривода.
Остряки деформируются преимущественно в зоне строжки на участке 1000-1400 мм от острия. Деформация кривого остряка Р50 достигает 17 мм Р65 - 9 мм /49, 50/.
При перемещении взрезаемого остряка стрелки с типовой гарнитурой от воздействия движущегося экипажа возникают два варианта взреза:
1) при котором шибер «вталкивается» внутрь электропривода, в этом случае величина передаваемого в запирающий механизм усилия определяется пределом несущей способностью рабочей тяги и составляет 35 кН /71/;
2) при котором шибер, «выдергивается» из электропривода, в этом случае величина передаваемого через рабочую тягу усилие определяется прочностью элементов привода участвующих в запирании шибера и составляет 75кН/71/.
Наиболее распространенным стрелочным электроприводом в настоящее время на железных дорогах России является СП-6, СП-3. На рисунке 2.7 показано действие сил, возникающих в механизме замыкания шибера электроприводов СП при взрезе
Таким образом, по нашему мнению, проблема взреза стрелочных переводов с невзрезными стрелочными электроприводами сводится к решению 3-х задач:
1) обеспечение безопасного прохода подвижного состава по взрезаемой стрелке, т.е. усилие запирания приводом и гарнитурой остряка не должно приводить к выталкиванию колеса на рельсы;
2) обеспечение предсказуемости и наглядности повреждения конкретного элемента силовой цепи привод-тяга-остряк, т.е. наличие заведомо «слабого» элемента в силовой цепи удержания остряков;
3) обеспечение электрического контроля взреза стрелки и невозможности получения контроля незапертой стрелки до полного устранения последствий взреза.
При нормальной работе стрелочного перевода должно обеспечиваться целостность шибера и механизма запирания, а при взрезе -деформация рассчитанного на определенную механическую нагрузку слабого элемента силовой цепи с обязательным контролем взреза внутри электропривода и невозможностью получения ложного контроля.
При установке электропривода на стрелку с изогнутой рабочей тягой (типовая рабочая тяга), «слабым» элементом может служить именно она, при этом несущая способность и прочность всех других элементов, участвующих в работе по удержанию остряков, должна быть значительно (2,5-3,5 раза) выше. Изгиб рабочей тяги в этом случае контролируется АП привода и ее остаточная деформация приведет к потере контроля стрелки до замены тяги.
Для обеспечения безопасности движения поездов при взрезе стрелки обязательным условием должно быть превышение бокового усилия колеса к взрезаемому остряку FK над предельным усилием удержания остряка приводом в отведенном состоянии уд (рис. 2.8).
Таким образом, по условию 2.4.28 нам удалось определить, что даже самая легкая подвижная единица перемещает запертые приводом и рабочей тягой остряки, т.к. усилие удержания прижатого к рамному рельсу остряка типовой рабочей тягой (35кН) и прочность запирающего узла электропривода (75кН) меньше усилия взреза.
Исследование динамики взреза стрелки с невзрезным стрелочным электроприводом
Рассмотрим более подробно поведение стрелочного перевода и колесной пары подвижного состава, определим их взаимное положение в момент взреза, точку взреза, величину максимального смещения остряка (прогиба) в точке взреза.
В качестве примера возьмем несимметричный перевод с длинной остряков 8300 мм Р65 марки 1/11 (принципиального отличия другие стрелочные переводы не имеют). Движение колесной пары по прямому пути -пошерстный взрез. На рисунке 2.9 приведена расчетная схема стрелочного перевода при взрезе.
Рассмотрим самый неблагоприятный случай в отношении обеспечения устойчивости колеса против выдавливания из колеи:
самая легкая подвижная единица;
самое большое усилие удержания остряков.
1. Взаимодействие рельса и колеса согласно рисунку 2.9;
2. Усилие удержания остряков электроприводом Руд = 7,5 кН - потеря несущей способности рабочей тяги и излом элементов привода при вытягивании рабочего шибера из электропривода;
3. Коэффициент трения принимаем 1 =0,2;
4.Длина остряка L= 8,3 м.
Смещение остряка обеспечивается в основном следующими четырьмя факторами, присутствующими при взрезе стрелки одновременно:
1) упругой деформацией остряков;
2) упругой деформацией установочной гарнитуры;
3) упругой и остаточной деформацией рабочей тяги;
4) упругой и остаточной деформацией межостряковой тяги. Нами установлено, что основным фактором в обеспечении смещения остряка и прохода подвижного состава по стрелке при взрезе является остаточная деформация рабочей тяги.
Проанализируем теоретический график зависимости между растягивающей силой уя и деформацией (удлинением, сжатием) рабочей тяги.
На графике (рисунок 2.10) имеется ряд характерных точек: 0, А, В, С, D, М, К, L .
В начале, на участке ОА график представляет собой наклонную прямую. В этих пределах напряжения (J растут пропорционально деформациям, т.е. соблюдается закон Гука, который справедлив до предела пропорциональности СТПц /62/. На этом участке графика расположены рабочая зона с усилиями перевода приводом остряков Fnep = 7,5 кН и номинальном усилием удержания остряков шибером привода в запертом состоянии F3 = 50 кН.
Модернизация электроприводов серии СП
При создании нового СПУ учитывалась необходимость модернизации применяемых в настоящее время на сети РЖД приводов серии СП.
Эта модернизация направлена прежде всего на замену контактного блока АП ножевого открытого типа, на долю которого приходится половина от всех отказов привода.
У электроприводов серии СП на главном валу редуктора находится шиберная шестерня, угол поворота которой определяет линейный ход шибера.
Узел запирания использован кулачкового типа и выполнен в виде скошенных зубьев шиберной шестерни и шибера. Запирание происходит после поворота шестерни, когда ее скошенный зуб упрется в скошенный зуб шибера в конце его хода. При этом, обратному ходу шибера препятствует скошенный зуб шестерни, но по прямому ходу обеспечивается возможность свободного движения (в пределах 12мм) шибера. Этим достигается защита узла запирания привода от разрушения, т. к. при проходе поезда по стрелке остряк с рамным рельсом упруго смещаются относительно оси пути.
Узел контроля или автопереключатель (АП) привода СП исполнен как механический компаратор, т. е. как элемент сравнения, во-первых, нормированного хода шибера и его запирания и, во-вторых, фактического перемещения на заданное расстояние контрольных линеек вслед за остряками стрелки. В случае совпадения этих двух событий в АП под действием пружины переключается контрольный рычаг. Западание ролика рычага в вырез шайбы главного вала подтверждает, что шибер заперт после нормированного хода, а западание клювообразного конца рычага в вырезы контрольных линеек подтверждает, что остряки стрелки переместились на заданное расстояние. Контрольный рычаг управляет электрическими контактами АП.
Перемещение контрольного рычага из рабочего положения в контрольное под действием пружины обеспечивает быстрое (мгновенное) размыкание контактов, управляющих электродвигателем, что особенно важно для двигателей постоянного тока.
Электрический элемент приводов СП - это контактная группа, состоящая из открытых подвижных и неподвижных контактов, так называемый АП ножевого типа. Причиной отказов АП является нарушение в процессе эксплуатации соосности подвижных и неподвижных контактов. Это приводит к изгибу неподвижных пружинных контактов, уменьшению контактного давления, искрению и нагреванию контактной поверхности и, затем к нарушению (обрыву) контакта электрической цепи. Кроме этого поверхности открытых контактных пружин индевеют при низких температурах окружающего воздуха, что также приводит к нарушению контакта.
В качестве электрических элементов АП в зарубежных электроприводах чаще всего используются электрические кнопочные микропереключатели /15/. Благодаря малому ходу (2-3 мм) кнопки для мгновенного переключения контактов, такие микропереключатели иногда используют непосредственно для контроля нормативного хода шибера.
Выключатели (датчики перемещения) могут быть контактные и бесконтактные, во - первых, по способу взаимодействия с контролируемым объектом, т.е. с физической механической связью или без нее, во - вторых, по используемой элементной базе - контакты с физическим разрывом электрической цепи (контактные) или полупроводники, трансформаторы, резисторы (бесконтактные). К бесконтактным, по способу управления, можно отнести датчики с магнитоуправляемым герметизированным контактом -герконом. Примером использования отечественных бесконтактных (по элементной базе) датчиков является стрелочный горочный электропривод СПГБ-4. В нем используются бесконтактные датчики типа ДБП и ДБ Л трансформаторного типа с подвижным сердечником, которым управляет контрольный рычаг АП.
Из всего многообразия бесконтактных датчиков, давно и успешно применяемых в промышленности, для стрелочных электроприводов подходят не многие. Применение ограничено требованиями безопасности, которые предъявляются к напольным устройствам и ответственным цепям железнодорожной автоматики.
Главным при выборе датчиков является то, что отказ любого элемента (в том числе и датчика АП) контрольной цепи схемы управления электроприводом не должен привести к получению на посту ЭЦ ложного контроля положения стрелки.
Отказ может произойти как от внешних воздействий на контрольный датчик, так и от его внутренних внезапных или постепенных изменений.
Отказами схемы управления и контроля электропривода (схемы) являются случайные однополюсные физические сообщения проводов, в том числе и с проводами смежных цепей. Отказами схемы являются также ошибочные действия обслуживающего персонала: перепутывание линейных проводов (жил) в кабельных муфтах и проводов контрольных датчиков, коротком замыкании или обрыве проводов. Кроме этого схема должна контролировать внезапную потерю управляемости датчика. Указанные отказы схемы не должны приводить к ложному контролю на посту ЭЦ.
На работу датчиков могут оказывать влияния: соседние по кабелю цепи - через емкость кабельных жил; наведенные электромагнитные токи от линий электротяги и высоковольтных линий электропередачи, электростатические источники; выбросы токов при выключении индуктивных нагрузок (реле) и другие факторы.
В этой связи датчики, чувствительные к внешним электромагнитным влияниям (к ним относятся индуктивные, емкостные, оптические, датчики Холла и др.) совместно со схемой их включения обязательно проверяются на ЭМС в испытательных центрах. Реально возникающие при эксплуатации внешние воздействия не должны приводить к отказу датчика.
Все датчики проверяются также на функциональную безопасность, при которой отказ в виде короткого замыкания или обрыва внутреннего элемента датчика не должен привести к получению ложного контроля.
В полупроводниковых датчиках кроме коротких замыканий и обрывов при анализе безопасности учитывается возможная трансформация (переход) транзистора или тиристора в диод и, если схема это не контролирует защитным отказом, применение такого датчика недопустимо.
Исследования автора и анализ структуры различных датчиков, их характеристик, конструкций, области применения в промышленности, обеспечения датчиками отраслевых требований безопасности, а также экономической целесообразности, привели к выводу, что наиболее пригодными для применения в АП привода являются датчики трех типов: трансформаторные с подвижным сердечником, резистивные и герконовые.
Принцип действия трансформаторного датчика основан на индуктивном взаимодействии двух электрических обмоток через общий сердечник (рис.4.1), который непосредственно физически связан с контрольным рычагом АП. На одну обмотку датчика подается напряжение, вторая обмотка подключена к нагрузке. Если контрольный рычаг привода подвел сердечник к обмоткам, то возникает трансформация полезного сигнала на выходе датчика и на нагрузке.
Принцип действия резистивного датчика основан на изменении электрического сопротивления в контрольной цепи при взаимодействии контрольного рычага АП и ползунка переменного резистора (рис.4.2).
Переменный резистор при этом работает в режиме «включено - выключено». Выключению соответствует максимальное сопротивление на выходе датчика, включению - минимальное. Коммутация при этом происходит без физического разрыва электрической цепи. Современные переменные резисторы с металлопластиковой дорожкой обеспечивают высокую надежность датчиков при требуемых на РЖД условиях эксплуатации.
Принцип действия герконового датчика основан на взаимодействии и взаимоположении геркона и постоянного магнита. Магнит датчика конструктивно связан с контрольным рычагом АП и, в зависимости от его положения, включает или выключает геркон (рис.4.3). Закрытый стальной корпус датчика защищает геркон от внешних магнитных полей.
Герконы и герконовые датчики широко применяются в устройствах связи, станкостроении, авиации, автомобилях и др., как дешевые и надежные устройства. Автором разработана конструкция герконового датчика для привода СП-6М, который в настоящее время проходит опытную эксплуатацию на станции Краснодар-1.
Приведенные выше три типа датчиков имеют общие достоинства -необслуживаемость и надежность при работе в условиях эксплуатации стрелочного электропривода.
Элементная база для контрольных цепей схем управления электроприводами
Модернизация схемы управления, чаще всего, в настоящее время, направлена на замену элементной базы постовой аппаратуры с релейной на бесконтактную. При этом новые схемы увязываются с применяемыми сейчас на РЖД электроприводами с ножевыми АП.
Но именно напольная часть схемы управления имеет наибольший процент отказов. Поэтому автором анализируется элементная база, которая может быть применена для напольных части схемы управления, как для действующих приводов, так и для нового СПУ.
На основании выбранной элементной базы, подходящей к условиям железнодорожной напольной эксплуатации, могут строиться новые схемы управления, возможно отличающиеся от типовых или уже разработанных в настоящее время.
Выше были представлены различные схемы построения контрольных и рабочих цепей и выяснено, что для российских условий ж/д эксплуатации лучшими является схемы, в которых нет или минимальное количество напольных коммутационных устройств.
Очевидно, что для передачи на пост ЭЦ информации о положении стрелки и ее запирании необходимы датчики контроля. Причем эти датчики должны быть необслуживаемые и способные работать в условиях напольной эксплуатации. Если не жалеть кабель и отказаться от коммутации электродвигателя непосредственно в приводе, то двух таких датчиков каждого положения стрелки достаточно для построения схемы управления приводом.
Так как абсолютно надежных и безотказных контрольных датчиков не существует, схема должна контролировать даже маловероятные отказы используемого датчика.
При размещении КУ вне электропривода необходимо иметь также контроль запирания остряков стрелки приводом или другим запирающим устройством. При этом, чтобы не получить контроль незапертой стрелки, необходимо соблюдать обязательный алгоритм. То есть, в начале перевода стрелки перед снятием механического запирания и движением шибера должна быть отключена контрольная цепь схемы, а по окончании перевода, сначала стрелка должна быть механически заперта с электрическим подтверждением (контрольным датчиком) запирания, и только затем может быть образована контрольная цепь схемы.
Датчики КУ настроены на отключение (не включение) контрольной цепи при не доходе прижатого остряка до рамного рельса на 4мм и более.
При выбранной в разделе 4 конструкции нового СПУ с самоблокирующимся винтовым редуктором, где запирание происходит в любой точке хода шибера, установка датчиков контроля запирания не требуется, что упрощает построение схемы управления приводом.
В данном разделе поставлена задача исследовать промышленные датчики пригодные для использования в стрелочном электроприводе, в автономных контрольных и запирающих устройствах.
Проведенные автором исследования по конструкциям, элементной базе, области применения, условиям эксплуатации различных датчиков позволили сделать вывод, что наиболее подходящими для применения в качестве контрольных датчиков являются: датчик на основе дифференциального трансформатора, датчик на основе переменного резистора и датчик на основе магнитоуправляемого герметизированного контакта.
Герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) в настоящее время остаются одним из основных элементов коммутационной техники.
То, что объемы производства герконов в мире не снижаются, связано с рядом их неоспоримых качеств:
полностью герметизированный металлический контакт, в связи с чем герконы могут работать в условиях повышенной влажности и запыленности, в агрессивных средах, при температурах от - 60С до +150С;
малая мощность управления (50 - 200 мВт);
низкое электрическое сопротивление (0,05 - 0,2 Ом);
высокое сопротивление изоляции (1010- 1012 Ом);
быстродействие (0,5 - 1,5 мс);
полная гальваническая развязка цепей управления и нагрузок;
большой срок службы (106 - 108 переключений);
высокая механическая устойчивость (ударные нагрузки до 500 g, вибрация в диапазоне частот до 3000 Гц при 15-20 g).
Ведущими производителями герконов на мировом рынке являются фирмы OKI (Япония), Hamlin (США), Standex (Великобритания), Philips, С.Р. Clare, Fujitsu (Япония), Gunther (Германия), Aleph Nippon (Япония). Единственный производитель герконов в России и странах СНГ - Рязанский завод металлокерамических приборов (РЗМКП).
Свойства герконов и простота их конструкции, возможность управления ими посредством магнитных полей, созданных электрическим током и постоянным магнитом, позволяет применять их в реле, концевых выключателях, кнопках, датчиках положения, скорости и ускорения, элементах измерительной аппаратуры и т. д.
Общий объем продаж герконов на мировом рынке составляет 1 млрд. шт. в год. Потребность в них стабильно растет: от 10% до 15% ежегодно.
Рост объема продаж герконов связан как с увеличением производства уже выпускаемых изделий на их основе, так и с появлением новых. В первую очередь, это относится к реле и датчикам.
Особенность свойств герконов делает их практически незаменимыми в ряде областей техники. По совокупности свойств и уровню цен герконовые реле и датчики превосходят полупроводниковые аналоги, в результате этого наблюдается обратный переход от полупроводниковых устройств к устройствам на герконах.
Герконы использованы автором при разработке нового АП для серийных электроприводов типа СП. На рисунке 5.11 представлен датчик нового привода СП-6МГ.
Все электронные компоненты делятся на два класса активные и пассивные. К классу пассивных относятся переменные резисторы и на их основе резистивные датчики. В современных датчиках проводящая дорожка выполнена из искусственного материала как элементов сопротивления. Эта современная технология используется прежде всего в одновитковых переменных резисторах. Преимущества этих резисторов: очень высокий срок эксплуатации, практически бесконечная разрешающая способность, высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокое число допустимых оборотов.
Переменный резистор с одним механическим оборотом (угол поворота до 360) используется как аналоговый датчик угла поворота. Переменные резисторы используются также в режиме «включено - выключено», при этом одно крайнее положение движка соответствует минимальному значению сопротивления, другое - максимальному.
В контрольной цепи схемы управления электроприводом резистив-ный датчик работает аналогично контакту АП, но без физического разрыва цепи, т. е. разрывом в цепи питания контрольного реле с сопротивлением обмотки, например, ЗкОм, будет являться сопротивление 50кОм и более, а включением будет сопротивление 500 Ом и менее. При максимальном сопротивлении датчика ток в контрольной цепи будет мал и напряжение на контрольном реле будет значительно меньше напряжения гарантированного выключения. При минимальном значении - напряжение на реле будет не менее гарантированного напряжения включения (по тех. паспорту).
Другим элементом возможным для применения в качестве контрольных датчиков АП привода являются дифференциальные трансформаторы (LVDT).
