Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных методов автоматизации контроля технического состояния узлов и элементов электропривода 12
1.1. Процесс коммутации в стрелочных электроприводах с электродвигателями постоянного тока 20
1.2. Влияние внешних факторов на процессы коммутации стрелочных электроприводов 24
1.3. Нарушение процесса коммутации в электроприводе как случайный процесс 26
1.4. Анализ методов и устройств контроля нарушения коммутации 29
1.5. Метод дистанционного обнаружения неисправностей стрелочных электродвигателей постоянного тока 40
1.6. Метод контроля положения остряков стрелочного перевода относительно рамного рельса 42
1.7. Постановка задачи 49
2. Выбор эффективных параметров и алгоритмов автоматизации контроля стрелочных электроприводов 51
2.1. Построение параметрической модели оценки коммутации стрелочного электропривода 54
2.2. Оценка качества коммутации с помощью пространственной модели 68
2.3. Влияние теплового старения изоляции на структурные параметры цепей управления стрелочного электропривода 77
2.3.1. Оценка контроля изоляции электропривода по величине пускового тока 80
2.3.2. Оценка интенсивности износа изоляции электропривода в период эксплуатации 82
2.4. Исследование контроля фактического прижатия остряков стрелочного перевода при проходе подвижного состава 83
2.5. Выводы по главе 90
3. Методы автоматизации параметров контроля стрелочного электропривода 91
3.1. Методы оценки качества коммутации коллекторно-щеточногоузла электродвигателя по площади импульсов искрения ,104
3.2. Математический метод исследования нарушения коммутации в стрелочных электроприводах 107
3.3. Математическое моделирование при исследовании тока перевода электропривода при различных режимах функционирования 124
3.4. Функциональная схема входного устройства контроля коммутации 128
3.5. Метод определения погрешностей измерения: контролируемых параметров 133
3.6. Выводы по главе 139
4. Автоматизация контроля процесса коммутации и цепей управления электропривода
4.1. Автоматизация контроля выделения диагностических сигналов и их цифровая обработка 143
4.2. Автоматизация контроля цепей управления стрелочного электропривода 147
4.3. Разработка блока сопряжения с компьютером 155
4.4. Оценка достоверности результатов контроля технического состояния стрелочных электроприводов І57
4.5. Производственный опыт внедрения автоматизированной технологической линии контроля параметров электродвигателей 161
4.6. Выводы по главе 166
Заключение 167
Список использованных источников 169
Приложения 179
- Влияние внешних факторов на процессы коммутации стрелочных электроприводов
- Влияние теплового старения изоляции на структурные параметры цепей управления стрелочного электропривода
- Математический метод исследования нарушения коммутации в стрелочных электроприводах
- Автоматизация контроля цепей управления стрелочного электропривода
Введение к работе
Высокая интенсивность использования технических средств железнодорожного транспорта обусловливает необходимость внедрения достижений научно-технического прогресса, передовых методов труда, радикальной реформы управления перевозочным процессом [12].
Решение этих задач во многом обеспечивается на основе внедрения современных средств автоматизации и контроля технического состояния устройств железнодорожной автоматики.
Устройства железнодорожной автоматики и телемеханики состоят из большого количества датчиков и исполнительных устройств, расположенных непосредственно на железнодорожных путях в естественных условиях эксплуатации.
Стрелочные переводы оборудованы электроприводами серии СП (СП-6М; СП-3; СП-12У; СПГ-3 и СПГБ-4М), которые выпускаются более 50 лет. На Российских железных дорогах около 13 тысяч переездов оборудовано авто шлагбаумами, около 20 тысяч переездов имеют звуковую и световую автоматическую сигнализацию, действуют более 350 тысяч светофоров [2; 3; 4].
В целом системы электрической . централизации стрелок с электроприводами серии СП обеспечивают работу станций и перевозочный процесс со скоростями движения поездов до 160 км/ч.
Принятая в 2002 году «Федеральная, целевая программа модернизации транспортной системы России на 2002 - 2010 годы» и распоряжение президента ОАО «РЖД» от 28.12,2004г. №4194 «Об организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного движения на участке Санкт-Петербург -Москва» предполагает повышение скорости движения поездов по основным направлениям (т главном ходу) к 2010 году до 200 км/ч, с последующим увеличением скорости движения до 350 км/ч.
:>
Непрерывно идут качественные изменения верхнего строения пути, технологии его содержания, намечены мероприятия по увеличению массы и длины составов.
Применяемые в настоящее время стрелочные электроприводы (СП), стрелочная гарнитура и способ их установки на стрелку не могут обеспечить увеличение требуемых скоростей движения поездов на безопасном уровне. Усовершенствовать серийные технические средства перевода стрелок практически не удается, так как запас совершенствования их конструктивных возможностей исчерпан.
Содержание СП, стрелочной гарнитуры, переездного оборудования, светофоров, кабельных муфт, релейных шкафов и другого напольного оборудования в рабочем состоянии в условиях эксплуатации требует постоянных, значительных затрат. На протяжении многих десятилетий используется и совершенствуется система планово-предупредительных осмотров и ремонтов устройств СЦБ (включая стрелочное оборудование), т.е. система осмотров и ремонтов с нормативной периодичностью и регламентным составом основных видов работ.
При этом используются единые технология и организация выполнения технологического обслуживания. Такая система технического содержания напольного оборудования в рабочем состоянии отвлекает на эти цели значительные человеческие ресурсы.
Практически полностью отсутствует автоматизированный контроль и техническая диагностика СП (за исключением уровня изоляции и контроля напряжения и тока фаз двигателя). Контроль фактического положения остряков стрелки в требуемом виде отсутствует.
Состояние и достижение науки и производства на современном этапе позволяют использовать иные принципы и структурные методы построения конструкции напольного оборудования, применять новые конструктивные решения, материалы, безлюдные» (или малообслуживаемые) технологии,
которые призваны значительно повысить надежность, безопасность и обеспечить их работу с минимальными затратами в эксплуатации [99].
В связи с этим возникает острая необходимость приведения технических возможностей устройств железнодорожной автоматики и телемеханики к современным требованиям безопасности, ресурсосбережениям и технологичности, на основе научно обоснованных конструктивных принципов, достижений науки в области новых материалов, производства, технологий и автоматизации контроля технического состояния СП.
Анализ отказов устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) показывает, что около 85% отказов являются эксплуатационными, остальные - заводскими или конструктивными. Отказы СП составляют более 28% от общего числа отказов. Поэтому важнейшей задачей эффективной эксплуатации стрелочных электроприводов является обеспечение надежной работы, в первую очередь, стрелочного электродвигателя и автопереключателя, рабочих и контрольных ножевых контактов [2;4; 5].
В современных экономических условиях повышение надежности работы СП, находящихся в эксплуатации, осуществляется за счет модернизации наиболее ответственных узлов и деталей, совершенствования системы технического обслуживания и ремонта их при сокращении эксплуатационных расходов. Суммарные расходы хозяйства сигнализации и блокировки составляют 45% от общих эксплуатационных расходов сети железных дорог. Из них около 30% затрачивается на техническое обслуживание, ремонт СП, а также другого оборудования элементов перевода стрелок [22].
Снижение эксплуатационных расходов за счет внедрения энергосберегающих технологий при обслуживании и ремонте устройств железнодорожной автоматики является одним из основных требований отраслевой научно - технической программы МПС России «Программа энергосбережения на железнодорожном транспорте на 199S-2Q00rr. и на перспективу до 2005 года», утвержденной указанием МПС от 19.10.98 №Б-Пббу. Одним из основных направлений ресурсосбережении, связанных с
7 износом узлов и деталей, является внедрение современных технологий диагностирования и восстановления [1; 22].
В настоящей работе рассматривается состояние обеспечения безопасности движения поездов и приводится анализ технических средств железнодорожной автоматики стрелочных отечественных переводов и зарубежных аналогов. Рассмотрены вопросы автоматизации контроля надежности и безопасности, а также методы их обеспечения на этапе проектирования и эксплуатации устройств железнодорожной автоматики стрелочных переводов. Изложены основы построения диагностики СП.
Значительный вклад в разработку автоматизированных систем контроля технического состояния устройств железнодорожной автоматики, диагностики, прогнозирования и обеспечения безопасности движения поездов внесли известные отечественные ученые:
В.М.Абрамов, В.М. Алексеев, Л.А. Баранов, И.В. Беляков, П.Ф. Бестемьянов, A.M. Брылеев, Ю.Г. Боровков, Д.В. Гавзов, А.В. Горелик, Г.В. Горелов, И.Г. Дмитренко, Е.В. Ерофеев, Ю.А. Кравцов., А.Л, Красногоров, И.М. Кокурнн, В.М. Лисенков, Е,Ю. Минаков, Б.Д, Никифоров, А,С. Переборов, Н.Ф, Котляренко, Н.Ф. Пенкин, В.В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д.В. Шалягин, А.П. Шишляков и другие.
Основные эксплуатационные характеристики СП с электродвигателями постоянного тока в значительной мере определяются их коммутационной устойчивостью. Проблема ее повышения и автоматизации контроля является актуальной задачей на пути совершенствования электроприводов. Решение данной задачи требует глубоких теоретических и экспериментальных исследований в области коммутации, позволяющих выяснить причины возникновения искрения под щетками электродвигателя в различных режимах их работы, и определить меры по их устранению.
В то же время используемые сегодня методы оценки коммутации и обеспечения высокой коммутационной устойчивости коллекторных электрических машин недостаточно полно изучены. Поэтому требуется
8 дальнейшее развитие методов и устройств для исследования влияния различных факторов на процессы коммутации, сравнительной оценки интенсивности искрения однотипных стрелочных электродвигателей постоянного тока (МСГ1) и контроль их технического состояния. Актуальность поставленной задачи связана с разработкой автоматизированных систем контроля СП, позволяющих исключить человеческий фактор из процесса измерения.
Следовательно, разработка и внедрение автоматизации контроля, и совершенствование методов и средств диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла СП являются актуальной задачей, решение которой позволяет снизить количество внезапных отказов в следствии некачественного ремонта и неудовлетворительного технического обслуживания.
Настоящая работа является частью комплексных исследований в области автоматизации контроля технического состояния СП, которые проводились кафедрой «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Российского государственного открытого университета путей сообщения (г, Москва).
Целью диссертадионной работы является разработка методов автоматизации контроля технического состояния СП в условиях эксплуатации железных дорог и массового производства.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены с использованием методов теории информации, теории линейных цепей, теории графов, распознавания образов и методов планирования эксперимента.
Основные расчетные соотношения получены с применением дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных модельных установках на базе стрелочного электропривода типа СП-6М на действующих стрелочных электроприводах сортировочной станции Анисовка Приволжской
железной дороги и на Саратовском электротехническом заводе «Автоматика pi телемеханика». Испытания СП проводились в динамическом и статическом режимах работы с использованием метода математического планирования эксперимента.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что в ней:
1. Разработан способ автоматизированного контроля технического
состояния цепей управления СП.
2. Обоснована целесообразность проведения автоматизированного
контроля качества коммутации на основе оценки среднеинтегральной и
максимальной длительности дуговых импульсов искрения.
3. Получены уравнения регрессии влияния тока перевода на выходные
параметры (обороты якоря электродвигателя, коэффициент мощности costp и
длительность импульсов искрения т). Установлено, что электродвигатели с
нарушением условий коммутации имеют коэффициент мощности coscp в
пределах от 0,294 до 0,421, Это позволило использовать коэффициент
мощности coscp в качестве критерия оценки коммутации по фазовому сдвигу
между величиной силы тока перевода и напряжением питания.
Получены эмпирические зависимости величины силы тока перевода от времени для различных технических состояний СП, которые положены в основу' разработки автоматизированной системы контроля технического состояния стрелочных электроприводов.
Предложена параметрическая модель СП для выбора эффективных параметров контроля.
Достоверность научных положений и выводов
В диссертации проанализированы и обобщены отечественные и зарубежные исследования по выбранному научному направлению. Результаты научно-исследовательских, работ определяются корректностью постановки теоретических задач, использованием данных официальной статистики и подтверждены положительными результатами при разработке: новых
10 стрелочных электродвигателей и диагностического испытательного стенда на Саратовском электротехническом заводе «Автоматика и телемеханика» испытательного диагностического стенда в КИПе Саратовской дистанции сигнализации и блокировки Приволжской железной дороги. Практическая ценность.
1, Предложенные в диссертации методы оценки технического состояния
СП позволили объективно оценить качество коммутации коллекторно-
щеточного узла электродвигателя (КЩУ) и техническое состояние цепи
управления по критериям надежности, безопасности и экономической
эффективности,
Применение методов контроля технического состояния цепи управления СП и оценки качества коммутации КЩУ электродвигателя позволили повысить эффективность методов технического обслуживания СП и их гарнитуры, снизить затраты труда обслуживающего персонала,
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации для Сараї овского электротехнического завода «Автоматика и телемеханика» по повышению коммутационной устойчивости серийно выпускаемых стрелочных электродвигателей постоянного тока типов МСП-0,25 и МСП-0,15.
Реализация результатов работы. Разработанные методы автоматизации контроля технического состояния электроприводов внедрены на Саратовском электротехническом заводе «Автоматика и телемеханика», а также на Саратовской дистанции сигнализации и блокировки Приволжской железной дороги.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в период с 2002 по 2005 годы на заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (г, Москва), на научно-техническом совете Саратовского электротехнического
'*
'
И завода «Автоматика и телемеханика» в 2005г. (г, Саратов), на межвузовской научно-практической конференции «Проблемы железнодорожного транспорта в условиях реформирования отрасли» в Поволжском филиале РГОТУПС в 2004г. (г. Саратов), на техническом совещании Департамента автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» в августе 2005г. (г. С-Петсрбург).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано восемь научных работ.
Структура и объем работьт. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований, 3-х приложений ца 15 страницах. Диссертация содержит 169 страниц основного текста, 55 рисунков и 23 таблицы.
Влияние внешних факторов на процессы коммутации стрелочных электроприводов
Коммутационные свойства КЩУ и авто переключателя СП можно оценить по ширине и положению безыскровой работы в рабочем диапазоне. Чем шире зона безыскровой коммутации и чем ближе ее средняя линия к оси абсцисс, тем легче осуществляется токосъем в скользящем контакте [43; 57; 75]. При этом уменьшается износ коллектора и щеток, снижается вероятность образования круговых огней по коллектору, так как при отсутствии коммутационных дуг между сбегающими краями щеток и уходящими из под них коллекторными пластинами взаимодействие межламельных напряжений на поверхности коллектора между разнополярными щетками будет затруднено [19].
Для обеспечения необходимой коммутации при проектировании и технической эксплуатации СП следует стремиться к возможно большей ширине зоны темной коммутации. То есть в процессе эксплуатации необходимо производить настройку магнитной системы двигателя постоянного тока (ДП) каждого конкретного привода [30].
Кроме того, коммутационные и фрикционные свойства щеток и коллектора оказывают существенное влияние на уровень заволакивания кромок медных пластин коллектора, приводящего к уменьшению изоляционного промежутка между пластинами и способствующему образованию кругового огня даже при низких межламельных напряжениях [45; 94],
Практика эксплуатации СП показывает, что с изменением тока нагрузки (увеличение вращающегося момента на валу редуктора и соответственно двигателя СП) характер коммутации также.меняется. С увеличением нагрузки на шибере наблюдается ускорение, а при снижении - замедление коммутации. Исследуя процесс изменения тока с позиции теории оптимальной коммутации, можно дать объяснение этому явлению [75; 87].
То-есть падение напряжения AU2 под сбегающим краем щетки автоматически изменяется с изменением нагрузки. В этом и заключаются коммутирующие свойства щеток. Секция уходит в область перекоммутации при увеличении тока нагрузки Ї-ШИ в область недокомутации - при снижении нагрузки. На данном примере хорошо показана роль щетки в коммутационном процессе. Как показывает практика эксплуатации СП, при снижении частоты вращения имеет место недокоммутация (увеличивается сила тока якоря), а при увеличении — перекоммутация (уменьшается сила тока якоря). Таким образом, на коммутацию СП влияют два фактора. Однако влияние второго фактора (изменение частоты вращения якоря) проявляется в условиях эксплуатации более существенно [24; 57]. 1.3. Нарушение процесса коммутации стрелочного электропривада как случайный процесс
Нарушение коммутации непрерывно может меняться во времени как по интенсивности, так и по месту локализации.
В монографии профессора М.Ф. Карасева [45] обобщены материалы различных исследователей,, работающих в области коммутации электрических машин постоянного тока. На основании большого количества экспериментального материала М.Ф. Карасев показал, что процесс искрения определяется большим числом различных факторов и непрерывно изменяется во времени.
В работе профессора О.Д. Гольдберга[29] «Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования» отмечалось, что способность машин постоянного тока к соответствующим перегрузкам определяется главным образом их коммутацией.
Поэтому при проектировании МСП количественная оценка коммутационной устойчивости является практически необходимой не только в установившихся, но и в переходных режимах. Особенностями коммутации МСП в переходных режимах является:
1. Появление в коммутируемых короткозамкнутых секциях обмоток якоря, кроме реактивной и коммутирующей ЭДС, еще трансформаторной ЭДС в связи с изменением основного потока главных полюсов.
Трансформаторная ЭДС в двигателе при нарастании результирующего потока главных полюсов имеет противоположное направление относительно средней реактивной ЭДС и при убывании-совпадает по направлению с этой ЭДС. В генераторном режиме трансформаторная ЭДС действует обратно [29],
Следовательно, в тех секциях обмотки якоря, в которых эти ЭДС совпадают по направлению, коммутация замедляется, а при встречном направлении — ускоряется. Наибольшая величина трансформаторной ЭДС в неблагоприятном случае может достигать 100 - 150% значения средней реактивной ЭДС секции при номинальном токе якоря;
2, Нарушение линейной зависимости между магнитным потоком полюсов и током якоря, при больших всплесках тока якоря из-за насыщения и увеличения рассеивания полюсов приводит к ухудшению процесса коммутации.
Среднее значение результирующей ЭДС в коммутирующих обмотках якоря в переходных режимах определяется алгебраической суммой реактивной, коммутирующей и трансформаторной ЭДС» Средняя величина напряжения между краями щетки представляет собой разность падений напряжения в переходных сопротивлениях контактов сбегающего и набегающего его краев, а также пропорциональна результирующей ЭДС одной секции и числу перекрываемых щеткой коллекторных пластин.
Для изучения; обобщения и более детального анализа экспериментальных данных коммутации МСП применяется теория случайных процессов и аппарат математической статистики [21; 38].
Одним из проявлений случайности процесса искрения является неидеитичность коммутационных циклов, То-есть каждый коммутационный цикл не является полной копией предыдущего цикла.
Неидентичность коммутационных циклов по всему коллектору является следствием большого количества факторов,, к числу которых относится: вибрация щеток, не симметрия магнитных и электрических цепей машины, различные условия взаимоиндукции между отдельными секциями якорной обмотки и, наконец, неоднородность микрорельефа коллектора [19].
Существенное значение на магнитную асимметрию МСП влияют следующие факторы: производственные отклонения по высоте полюсов и внутреннему диаметру магнитопровода основания корпуса, а также диаметра якоря; неравномерный воздушный зазор, этот фактор часто проявляется при вибрационных и ударных воздействиях. Так как перечисленные факторы количественно являются неизменными при любом зазоре, то при наименьшем зазоре отрицательное их проявление будет незначительным.
Так, при минимальном воздушном зазоре под главными полюсами (ГП) машины рассеивания магнитного потока уменьшается, что способствует снижению уровня искрения под щетками и повышению коммутационной прочности машины.
При переходных процессах, в режимах реверсирования перевода стрелки, размер воздушного зазора под ГП влияет на межламельные напряжения коллектора, броски тока и устойчивость коммутации.
На процесс коммутации существенную роль оказывает точность установки щеток на геометрической нейтрали и коллекторных пластин на коллекторных дугах [19; 24].
Влияние теплового старения изоляции на структурные параметры цепей управления стрелочного электропривода
Среди различных факторов, определяющих срок службы СП, является тепловое старение изоляции обмоток возбуждения и якоря. При анализе эксплуатационных режимов особое значение приобретают методы расчета скорости теплового старения изоляции и определения ее срока службы.
При понижении сопротивления изоляции электромагнитной системы и обмотки якоря в условиях эксплуатации стрелочных электроприводов возникают следующие виды отказов: межвитковое замыкание в обмотке возбуждения; пробой изоляции обмотки возбуждения; межвитковое замывание в секциях обмотки якоря из-за старения изоляции обмоточного провода; обрыв секции обмотки якоря из-за некачественной пайки и окисления выводных концов в местах зачистки пайки, а также повреждения обмоточного провода при намотке в условиях массового производства [51; 60; 70].
На основании выражения (2,31) можно сделать вывод, что с увеличением температуры окружающей среды и увеличением пускового тока происходит интенсивное увеличение скорости теплового износа изоляции цепей управления и обмоток электродвигателя СП. 2.3.1, Оценки контроля ИЗОЛЯЦИИ электропривода по величине пускового тока
Повышение пускового тока электропривода сверх номинального значения является диагностическим признаком в электроприводе. Поэтому величина тока является самым важным диагностическим параметром теплового процесса, так как определяет потери мощности в обмотках, являющиеся в свою очередь одной из основных причин нагревания проводников обмотки возбуждения и якоря. Эксплуатационные режимы работы электропривода показывают, что перегрузка электродвигателя по току может иметь кратковременный (момент перевода) или длительный (работа па фрикцию) характер [51],
Анализ отказов показывает, что на долю отжима остряка приходится порядка 10% всех аварий, произошедших по вине устройств железнодорожной автоматики и телемеханики [2; 3; 4; 5]. Согласно требованиям ПТЭ 72. расстояние между прилегающим остряком и рамным рельсом не должно превышать четырех миллиметров. Увеличение зазора между остряком - и рамным рельсом может приводить к опасному отказу стрелочного перевода.
При движении поезда по стрелочному переводу зазор между остряком и рамным рельсом изменяется и может превышать значения, наблюдаемые с статическом положении стрелки, т.е. возникает «динамическая добавка» зазора за счет бокового давления колес на рамный рельс и остряк в определенных точках стрелочного перевода [98; 99].
Причинами увеличения зазора являются отклонения от норм содержания стрелок, а также характеристики экипажей и условия их проследования. При проходе подвижного состава по стрелке наблюдаются также и вертикальные смещения торца остряка относительно рамного рельса (рис.2.12).
Проведенные исследования дали возможность установить пределы изменения зазора между остряком и рамным рельсом. Положение остряка относительно рамного рельса изменяется при нахождении колесных пар в зоне стрелки, ограниченной стыками в переднем вылете рамных рельсов и стыками в корне остряка. При выходе экипажа за эти границы остряк возвращается в исходное состояние.
Горизонтальные смещения остряка и, соответственно, изменение зазора между остряком и рамным рельсом характеризуются как увеличением зазора, так и его уменьшением относительно первоначального значения. Зазор уменьшается, когда колесо, двигаясь по остряку, прижимает его к рамному рельсу. Электроприводы серии СП допускают перемещение остряка в CTOponv рамного рельса до 10 мм [99]. Таким образом, уменьшение зазора тем больше, чем больше его первоначальное значение (рис.2.13).
Зазор может увеличиваться в двух случаях. Первый из них связан с прохождением колесной парой зоны переднего вылета рамных рельсов. Из-за бокового давления колеса рамный рельс отжимается и зазор увеличивается. Если при этом соседняя колесная пара не находится на остряке, то увеличение зазора будет наибольшим» Такая ситуация возможна при проследовании первой колесной пары в противошерстном направлении (или последней колесной пары - в пошерстном направлении), а также при движении подвижных единиц с расстоянием между тележками большим длины остряков.
Для большинства эксплуатируемых экипажей расстояние между колесными парами меньше длины остряков, поэтому увеличение зазора происходит реже, чем его уменьшение.
Второй случай увеличения зазора связан с прохождением колесной парой той части пршкатого остряка, где он прилегает к упоркам, а пе непосредственно к рамному рельсу. Остряк соприкасается с рамным рельсом, поэтому при боковом давлении колес на часть остряка (острие остряка) может немного отжиматься. Это отжатие возможно за счет упругого сжатия (или растяжения) тяг. Остряк при этом ведет себя как «коромысло» с центром вращения в точке «а». Особенно заметным становится такое поведение остряка при его изогнутости в горизонтальной плоскости (рис.2.14).
Изгиб легко обнаруживается при переводе стрелки. При приближении к рамному рельсу такой остряк касается его не по всей линии нерабочей грани острия. Электропривод плотно прижимает перо остряка за счет упругой деформации самого остряка. Если при наличии закладки электропривод работает на фрикцию, то в момент выключения электродвигателя, например, при обратном переводе, перо незамкнутого остряка самопроизвольно отходит от рамного рельса. Вследствие возникновения механических напряжений при замыкании изогнутого остряка, левое плечо остряка несколько отжимается от упорок, тем самым создавая возможность смещения этой части остряка при боковом давлении на нее колес движущегося поезда. В этом случае наблюдается увеличение зазора за счет отжима пера остряка, если в зоне пера не находится соседняя колесная пара.
Математический метод исследования нарушения коммутации в стрелочных электроприводах
Протекание процессов коммутации стрелочных электродвигателей обусловлено воздействием разнообразных факторов, диапазон изменения которых очень значительный. Разработанные способы оценки качества коммутации и приборы контроля качества коммутации (ПКК-РП) обладают определенными технологическими погрешностями изготовления [73]. Поэтому для получения максимума информации при минимальных затратах па экспериментальные исследования при решении поставленных задач методами теории планирования эксперимента разработана математическая модель коммутации стрелочного электродвигателя- Выходными величинами модели приняты: максимальная (гтак) и сред неинтегральная (гт) длительность дуговых импульсов; частота вращения п и фазовый сдвиг costp.
В качестве обобщающих входных параметров, характеризующих отклонение магнитной системы, приняты; пусковой ток, напряжение питания, статический момент на валу двигателя.
Варьирование напряжения питания для электродвигателей постоянного тока осуществлялось в соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации 2000г» (ПТЭ) . Номинальное напряжение переменного тока на устройствах СЦБ должно быть 110, 220, 380 В. Отклонение от указанных величин номинального напряжения допускается в сторону уменьшения не более 10 %, а в сторону увеличения не более 5%.
Контролируемые параметры, длительность импульсов максимального ы среднего уровней искрения, измерялись с помощью устройства обработки информации и осциллографом С1-95, Частота вращения якоря электродвигателя определялась с помощью цифрового тахометра испытательного стенда, угол сдвига фаз ip определялся цифровым измерителем разности фаз Ф2-34, включенного в схему обработки сигналов.
По результатам исследования на Саратовском электротехническом заводе «Автоматика и телемеханика» определены интервалы варьирования входных параметров при приемо-сдаточных испытаниях стрелочных электродвигателей постоянного тока.
Выбор факторов проводился на основании обзора литературы и теоретических предпосылок настоящего исследования. Для определения степени влияния каждого фактора на выходной диагностический параметр был принят план Бокса-Бенкина, обеспечиваюший минимальные затраты на эксперимент и допускает экстраполяцию [41].
Модель коммутации рассчитывалась отдельно для исправного электродвигателя и с нарушением условий коммутации. Для определения коэффициентов регрессии реализован план полного трехфакторпого эксперимента, представленный в (табл. 3,5 и З.б).
Интервалы варьирования входных параметров модели качества коммутации исправного и неисправного МСП представлены в (табл. 3.3 и 34). Поскольку изменение выходных величин coscp, п и г носит случайный характер, то в каждой точке проводилось m опытов (т=3), результаты которых усреднялись.
Автоматизация контроля цепей управления стрелочного электропривода
Техническое состояние стрелочного электропривода, обеспечивающего вынолнение им заданных функций, во многом зависит от надежности работы цепей управления и контроля. В процессе эксплуатации электроприводов число отказов, приходящихся на кабельную сеть и цепи управления, довольно большое.
В первую очередь, это такие отказы как отсутствие контакта, обрыв и короткое замыкание жил кабеля, вероятность появления постороннего напряжения в контрольной и пусковой цепи, дефекты электрической схемы В условиях эксплуатации и массового производства при приемосдаточных и периодических испытаниях электроприводов известно множество способов, предусматривающих использование специально разработанных стендов. На стендовом оборудовании выполняются следующие электротехнические испытания машин: измерение сопротивления обмоток относительно корпуса машин при помощи мегомметра; измерение сопротивления обмоток методом вольтметра и амперметра; проверку электрической прочности межвитковой изоляции обмоток [34; 38; 39].
Известные способы контроля электротехнического состояния электродвигателей имеют определенные недостатки. Существенным недостатком существующих способов является съем со стрелочных электроприводов электродвигателя для оценки технического состояния. Кроме того, для испытаний электромашин требуется изготовление специальных дорогостоящих стендов.
Для контроля за состоянием электрической изоляции цепи управления СП разработано автоматизированное устройство контроля сопротивления изоляции и технического состояния МСП (АУКСИ). Это устройство состоит из: преобразователя высокого напряжения (ПВН), измерительного устройства, выполненное на операционном усилителе (ИЗМУ), разрядного резистора R, усилителя измеряемого напряжения (УИН), блока управления (БУ), модуля гальванической развязки (МГР).
Усилитель измеряемого напряжения выполнен как устройство слежения и хранения информации. Блок управления содержит задающий таймер, ечсмчик импульсов и дешифратор. Он позволяет поочередно измерять сопротивление изоляции, напряжение саморазряда и возвратное напряжение. Все блоки выполнены на интегральных микросхемах, что дает возможность соединить их через МГИ с ПЭВМ.
Для автоматизации контроля параметров кабельной линии управления СП за счет подключения к испытуемой линии измерительного генератора в момент, когда контрольное напряжение в цепи равно 0, разработана принципиальная схема, показанная на рис. 4.3. В этом случае ток измерительного генератора будет определяться только параметрами линии.
В качестве измерительного генератора используется конденсатор, который подключается к сети через тиристор, управляемый сетью. Для получения зависимости тока разряда от величины сопротивления цепи управления, а также для выбора режима разряда (колебательного или апериодического) и определения эффективной величины разрядной емкости, при которой обеспечивается максимум чувствительности устройства, проведено исследование процесса разряда конденсатора в действующих цепях. Очевидно, что параметры устройства должны быть согласованы с параметрами исправной кабельной цепью управления СП, для этой цели применяется магазин сопротивлений R2 и конденсаторов С1.
Измерительное устройство состоит из: измерительного генератора ИЗ, схемы сравнения - ОС, регисірирующего прибора - РП и блока управления тиристором - БУТ, ИЗ осуществляет непосредственно измерение сопротивления нагрузки (сопротивление реверсирующего реле в путевом ящике СП и кабельной линии), В него входят разрядная емкость СІ, в качестве которой используется магазин конденсаторов с диапазоном изменения емкости от 0,5 мкф до 15 мкф. Необходимая величина С1 устанавливается переключателем Ш. Диод Д1, через который заряжается С1. Разрядный тиристор Т, подключающий конденсатор к сети. Конденсатор С2 служит для пропускания отрицательной полуволны тока при колебательном разряде. Ток разряда измеряется по падению напряжения на эталонном резисторе R2, Последний, как и С1, состоит из магазина сопротивлений, управляемых при помощи П2, Диапазон изменения сопротивлений от 0,5 до ](№ Ом. Падение напряжения на R2 выпрямляется мостом Д4-Д8 и подается на интегрирующую цепь R8 - Сб. Цепь R.1 — Д2 — ДЗ служит для стабилизации напряжения заряда С1 Схема сравнения предназначена для сравнения напряжения, снимаемого с R2, с опорным, и получения сигнала рассогласования с помощью выпрямителя Д9 - Д13, резистора R4, диода Д14 и фильтра С4, Величина опорного напряжения регулируется делителем напряжения R5.
Сигнал рассогласования (при отклонении параметров цепи от установленных норм) подается на измерительный прибор, а также на контрольное герконовое реле, контакты которого включены в цепь модуля МЕР.
Для исключения погрешности измерений при нестабильности питающего напряжения предусмотрено фазосдвигающее устройство мостового типа, собранное на трансформаторе Тр, конденсаторах С5 и С6 сопротивлении R6 и схемы формирования импульсов на транзисторе ПП1 и импульсном трансформаторе ТрИ, Регулирование фазы управляющего импульса осуществляется путем изменения сопротивления резистора R6.
Измерительное устройство работает следующим образом: в первую половину положительного полупериода конденсатор С1 заряжается через диод Д1 до напряжения стабилизации диода Ц2, после этого Д1 запирается и конденсатор сохраняет заряд до момента отпирания тиристора, после отпирания тиристора происходит разряд конденсатора на цепь, состоящую из эталонного резистора R2 и цепи управления СП. Падение напряжения на эталонном резисторе выпрямляется и подается на схему сравнения, где из него вычитается постоянная составляющая, не зависящая от нагрузки и сопротивления линии, а переменная составляющая сигнала подается на регистрирующий прибор.
Для автоматизации контроля технического состояния МСП (обрыв и короткое замыкание отдельных секций якоря) в условиях массового производства применяется АУКСИ, входное устройство контроля коммутации, УПНИ, а также датчики контроля диагностических параметров (п и cosip) (Д), содержащие электронные тахометры контроля оборотов электродвигателей, электронные фазометры для измерения costp и пороговое устройство, управляющее герконовым реле, контакты которого включены в модуль МП . Для обработки результатов испытаний служит БС и ПЭВМ. Обработка результатов испытаний выдается на печать и происходит формирование в ПЭВМ базы данных о техническом состоянии выпускаемых стрелочных электродвигателей.
