Министерство путей сообщения Российской Федерации

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

 

Кафедра "Автоматика и телемеханика"

В.А. Пельменев

Стрелочные приводы электрической централизации

Методические указания на выполнение лабораторной работы

 

Хабаровск

2001

Рецензент: Профессор кафедры "Автоматика и телемеханика" С.А. Иванилов

В теоретической части перечислены функции стрелочных электроприводов и изложены требования Правил технической эксплуатации к приводам электрической централизации. Рассмотрены конструкция и кинематика невзрезного стрелочного электропривода СП-6, приведены его технические характеристики. Особое внимание уделено вопросам безопасности при работе привода в различных режимах и эксплуатационных условиях. Показаны особенности взрезного привода типа СПВ и перспективных винтовых приводов типа ВСП.

Даны описание рабочего места, порядок выполнения лабораторной работы, требования к содержанию отчету, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Методическое указание предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальности 2107 "Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте" специализации 2107.01"Автоматика и телемеханика", а также может быть рекомендована студентам других специализаций и специальностей.

© Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2001

Введение

В общий комплекс технических средств электрической централизации входит ряд обязательных устройств, которые составляют основу любой системы дистанционного управления путевыми объектами независимо от размеров станции, тяги поездов и климатических условий. К ним относятся стрелочные приводы электромеханического типа с двигателями переменного или постоянного тока. Длительный опыт эксплуатации электроприводов различного типа определяет направления дальнейшего совершенствования их конструкции и технологий обслуживания в целях улучшения показателей безотказности и ремонтопригодности. Тем самым повышается безопасность движения, увеличиваются межремонтные сроки и растет экономическая эффективность транспортного процесса.

1. Цель работы

Целью работы является изучение конструкции и кинематики стрелочных приводов, особенностей их работы и применения на станциях магистральных железных дорог.

2. Теоретическая часть

Развитие техники железнодорожной автоматики и совершенствование технологии ее обслуживания в значительной степени способствует повышению безопасности движения и улучшению экономических показателей деятельности железных дорог. Особая роль при этом отводится станционным системам автоматики и телемеханики, так как основные технологические операции по приему, отправлению и переработке поездов выполняются на станциях. Эффективность функционирования этих систем во многом зависит от качества исполнительных устройств, важное место среди которых занимают стрелочные электроприводы.

Функциями стрелочных электроприводов являются перевод, запирание и контроль положения остряков централизованных стрелок. Кроме того, они обеспечивают возможность возвращения стрелки из любого промежуточного положения в первоначальное, а также допускают перевод стрелки вручную.

В соответствии с пунктом 6.29. Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации электроприводы должны:

• обеспечивать при крайних положениях стрелок плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу и подвижного сердечника крестовины к усовику;

• не допускать замыкания остряков стрелки или подвижного сердечника крестовины при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом или подвижным сердечником и усовиком 4 мм и более;

• отводить другой остряк от рамного рельса на расстояние не менее 125 мм.

Обеспечение плотного прилегания прижатого остряка к рамному рельсу в крайних положениях стрелки при ее исправном состоянии и нормальной ширине рельсовой колеи зависит, прежде всего, от точности регулировки привода и его рабочего хода, гарантирующих зазор менее 4 мм. Эта величина установлена для исключения набегания гребня колеса на остряк и удара в его острие при противошерстном движении подвижного состава по стрелке.

При следовании подвижного состава по стрелке на ее остряки воздействуют значительные динамические нагрузки в горизонтальных и вертикальных плоскостях, имеют место удары, тряска, вибрации. В этих условиях возможен отход прижатого остряка от рамного рельса и, как следствие, попадание гребней колес подвижного состава в образовавшийся зазор, что ведет к аварийной ситуации. Поэтому надежное механическое запирание остряков, в особенности прижатого, является обязательным требованием к стрелочным приводам. Отжатый остряк может запираться или не запираться, что определяется конструкцией привода.

Важнейшим условием телемеханического управления стрелками является наличие контроля их положения на посту централизации. При этом различают три положения стрелки: плюсовое крайнее (нормальное), минусовое крайнее (переведенное) и среднее (промежуточное). Крайним называют такое положение стрелки, при котором прижатый остряк прилегает к рамному рельсу с зазором менее 4 мм и заперт, а отжатый отведен от рамного рельса на расстояние не менее 125 мм. При среднем положении прижатый остряк отстоит от рамного рельса на 4 мм и более.

Контроль фактического положения стрелки обеспечивает автопереключатель стрелочного электропривода. Датчики автопереключателя преобразуют величину перемещения остряков в электрический сигнал для дистанционной передачи ее в схему управления. Информационный сигнал выдается датчиками как при перемещении остряков приводом, так и гребнями колес подвижного состава, то есть при взрезе стрелки.

В процессе эксплуатации стрелки возможны попадания посторонних предметов между остряком и рамным рельсом, что препятствует нормальному переводу. Если схемой управления автоматическое возвращение стрелки в исходное положение не предусмотрено, то привод должен быть оснащен защитой от механических перегрузок.

На станциях магистральных железных дорог применяются стрелочные электроприводы серии СП - невзрезные, для стрелок с нераздельным ходом остряков, и серии СПВ - взрезные, для стрелок с раздельным ходом остряков. Взрезные приводы имеют специальное механическое устройство, обеспечивающее определенное, заранее заданное сопротивление принудительному перемещению остряков гребнями колес подвижного состава при его движении со стороны крестовины. Это устройство предотвращает разрушение механизма привода и повреждение элементов конструкции стрелки при ее взрезе.

Однако увеличение массы и скоростей движения поездов, появление новых конструкций стрелочных переводов из рельсов тяжелого типа с гибкими остряками, жестко связанными между собой тягами, исключили возможность повсеместного применения электроприводов серии СПВ, требующих обязательного раздельного хода остряков. Кроме того, невзрезные электроприводы проще по конструкции, надежнее в эксплуатации, имеют меньшие вес и габариты, более просты для обслуживания. К тому же полная маршрутизация и организация маневровых передвижений по разрещающим сигналам маневровых светофоров исключают движение подвижных единиц по незамкнутым стрелкам, значительно снижая вероятность случайного взреза.

Поэтому в настоящее время на станциях работают в основном невзрезные электроприводы серии СП, относящиеся к электромеханическому типу, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую с помощью электродвигателей постоянного или переменного тока. Во всех типах электромеханических приводов электрическая энергия используется как для перевода остряков стрелки, так и для контроля ее положения.

Наилучшими характеристиками надежности обладает стрелочный электропривод типа СП-6 (рис.1), в корпусе 1 которого расположены многоконтактное блокировочное устройство 2, соединенное с блокировочной заслонкой; электродвигатель 3; панель освещения 4 со штепсельной розеткой и регулируемым резистором; редуктор 5 со встроенной фрикционной муфтой; главный вал 6 с шиберной шестерней; резисторы 7 для электрообогрева контактной системы автопереключателя 10; шибер 8; контрольные линейки 9.

Рис. 1. Невзрезной стрелочный электропривод СП-6

Максимальное тяговое усилие, развиваемое электроприводом СП-6, составляет 6000 Н, максимальное время перевода стрелки - 7,0 с, а суммарная наработка (назначенный ресурс), при достижении которой эксплуатация привода прекращается независимо от его состояния, установлена в 1,2 миллиона срабатываний при усилии 3500 Н. В приводе устанавливаются электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением типов МСП-0,15 и МСП-0,25 мощностью 0,1 и 0,25 кВт с номинальным напряжением 30 В при местном и 160 В при центральном питании, а также трехфазные асинхронные двигатели переменного тока МСТ-0,3 и МСТ-0,6 мощностью 0,3 и 0,6 кВт с номинальным напряжением 110/190 В.

Электропривод может работать в режиме нормального перевода, в режиме преодоления сопротивления сил трения фрикционного сцепления и в аварийном режиме взреза стрелки при перемещении её остряков колесными парами подвижного состава.

В режиме нормального перевода вращательное усилие вала электродвигателя с помощью механической передачи преобразуется в поступательное движение рабочего шибера, связанного посредством стрелочных тяг с остряками стрелки. В электроприводах железнодорожной автоматики механическая передача работает как усилитель вращающего момента электродвигателя и характеризуется передаточным числом n

,

где – угловая скорость вращения вала электродвигателя; – угловая скорость вращения главного вала привода.

Передаточное число механической передачи определяют исходя из заданного времени перевода стрелки, максимально вероятного тягового усилия и типа электродвигателя. Исследования показали, что для нормальнодействующих приводов стрелок ЭЦ целесообразно применять четыре каскада шестерен с общим передаточным числом n = 70,5.

Первые два каскада выполнены в виде редуктора 5, который состоит из двух пар шестерен и встроенной фрикционной муфты, помещенных в чугунный корпус. Фрикционная муфта, обеспечивая упругое сцепление между первыми двумя и последующими каскадами механической передачи, предохраняет электродвигатель от опасных перегрузок из-за ухудшения условий перевода или попадания между остряком и рамным рельсом постороннего предмета, а также гасит кинетическую энергию вращающихся масс привода в конце каждого перевода. Она регулируется на максимальное усилие от 1000 до 7000 Н при закладке шаблона толщиной 4 мм между остряком и рамным рельсом.

Вращение вала электродвигателя передается шиберной шестерне главного вала. Эта шестерня имеет два скошенных крайних зуба 2, один из которых в конце каждого перевода упирается в скошенный крайний зуб нарезанной части шибера 1 (рис.2). Тем самым создается упор, препятствующий перемещению шибера и остряков стрелки внутрь рельсовой колеи. В сторону рамного рельса запирающий механизм допускает возможность свободного движения шибера по ограничителю 3 шестерни на 12 мм во избежание поломок привода при движении подвижного состава по стрелке.

Рис. 2. Запирающий механизм невзрезного стрелочного привода

При повороте шестерни на 20° скошенный зуб боковой гранью начнет перемещать шибер и, повернувшись на 32°, выйдет из зацепления. Затем шибер перемещается зубьями нормального (эвольвентного) профиля шестерни, которая поворачивается на 194°. Повернувшись еще на 18°, шестерня другим крайним зубом специальной формы входит в зацепление с шибером и доводит его до крайнего положения. Когда шибер остановится, шиберная шестерня поворачивается на 16°, и этот зуб торцовой радиальной поверхностью войдет в зацепление с радиальной поверхностью скошенного зуба шибера, тем самым запирая его. Таким образом, угловой рабочий поворот главного вала с шиберной шестерней на отпирание, перевод и запирание стрелки составляет 280°, а полный ход шибера – мм.

Запирание шибера не отражает действительного положения стрелки, поскольку шибер и остряки могут оказаться разъединенными из-за обрыва рабочей тяги до и во время перевода. Запирание должно происходить и контролироваться одновременно с фактическим приведением остряков в крайнее положение. Поэтому с остряками и механической передачей посредством контрольных тяг и линеек взаимодействует автопереключатель привода.

Контактная система автопереключателя используется для включения (выключения) электродвигателя в начале (конце) перевода; контроля положения остряков стрелки при двухполюсном размыкании контрольной цепи; включения привода спаренной стрелки; управления приводом с маневровой колонки; включения пневмообдувки.

Контактные пары пружинного типа имеют неодинаковый воздушный зазор, что определяется их назначением. На каждой контактной колодке расположена контактная пара с увеличенным воздушным зазором (12 мм вместо 6 мм), коммутирующая рабочую цепь электродвигателя. Зазор выбирается из расчета исключения дугообразования при использовании в приводе низковольтного электродвигателя. Контактные пары замыкаются подвижными контактными ножами врубающего типа.

Подвижные ножи механически связаны с двумя контрольными линейками. Положение контрольных линеек определяется положением остряков. При крайнем положении стрелки контактные ножи замыкают по три неподвижные пары контрольных и рабочих контактов. Для рассмотрения порядка работы контактной системы автопереключателя и построения электрических схем принято, что при плюсовом положении стрелки контакты замкнуты так, как показано на рис.3.

Рис. 3. Нумерация контактной системы автопереключателя

Внутренние контакты 31-32, 33-34 и 35-36 замыкают контрольную цепь положения стрелки, а внешние контакты 11-12, 13-14 и 15-16 подготовляют рабочую цепь электродвигателя для перевода стрелки в минусовое положение. Контрольные контакты при переводе стрелки размыкаются раньше, чем снимается замыкание и начинается движение остряков. Это достигается тем, что вращение зубчатого колеса выходного каскада редуктора передается на главный вал не сразу, а только при повороте колеса на угол 46°. Тем самым определяется холостой ход привода, необходимый для разгона электродвигателя и переключения контактов.

С началом вращения зубчатого колеса редуктора внутренние контрольные контакты 31-32, 33-34 и 35-36 размыкаются, и замыкаются внешние рабочие контакты 41-42, 43-44 и 45-46, подготовляя цепь электродвигателя для последующего возвращения стрелки в плюсовое положение. С отпиранием шибера начинается его движение и перемещение остряков стрелки. По окончанию перевода подвижные контактные ножи с большой скоростью под действием стягивающей пружины переключаются с рабочих контактов 11-12, 13-14 и 15-16 на контрольные контакты 21-22, 23-24 и 25-26. Такое переключение возможно только в том случае, если вслед за остряками переместились контрольные линейки, в совмещенные вырезы которых западает рычаг подвижных контактных ножей.

В случае обрыва рабочей тяги остряки не передвигаются, и контрольные линейки остаются в прежнем положении. По завершению работы привода переключающий рычаг упирается в поверхность контрольных линеек, подвижные контактные ножи занимают среднее положение, рабочие контакты размыкаются, а контрольные не замыкаются. Обрыв одной контрольной тяги приводит к перемещению только одной контрольной линейки, переключающий рычаг также упирается в поверхность оставшейся на прежней позиции линейки, а среднее положение подвижных контактных ножей обеспечивает размыкание рабочей цепи и незамыкание контрольной.

Перевод стрелки не завершается, и рабочая цепь не размыкается, если зазор между рамным рельсом и прижимаемым остряком из-за попадания постороннего предмета остается равным 4-м и более мм. При остановившемся главном вале электродвигатель продолжает вращаться, преодолевая сопротивление сил трения фрикционной муфты. Во избежание деформации рабочей тяги фрикционный механизм регулируется на усилие перевода, не превышающее на 30% номинального. В приводах с электродвигателями постоянного тока требуемое усилие определяется по току, который не должен превышать на 25-30% тока нормального перевода стрелки. В приводах с электродвигателями переменного тока усилие измеряется с помощью динамометров, поскольку величина тока мало зависит от нагрузки на шибере.

В случае взреза стрелки шибер и главный вал застопорены запирающим механизмом и не двигаются. Вместе с остряками перемещаются только контрольные линейки. Скошенной гранью выреза линейки отжатого остряка переключающий рычаг, механически связанный с подвижными контактными ножами, выталкивается на поверхность линеек. Подвижные контактные ножи занимают среднее положение, размыкая контрольную цепь. Другой переключающий рычаг своего состояния не меняет, и рабочие контакты остаются замкнутыми.

Если усилие взреза (около 20 000 Н) направлено в сторону привода, то происходит деформация (изгиб) рабочей тяги, поскольку прочность запирающего механизма выше. При взрезе в противоположном направлении, то есть при растяжении рабочей тяги, возникает усилие > 90 000 Н. Прочность рабочей тяги при растяжении выше прочности запирающего механизма. Поэтому, несмотря на некоторую деформацию рабочей и межостряковых тяг, разрушается или смещается автопереключатель, ломается подшипник главного вала. В любом случае взрез стрелки рассматривается как чрезвычайное происшествие, требующее осмотра всех элементов стрелочного перевода.

В настоящее время изготовлены и проходят эксплуатационные испытания винтовые стрелочные электроприводы нового поколения типов ВСП-150, ВСП-2х150 и ВСП-220. Невзрезной привод ВСП-150 разрабатывается взамен привода СП-6 и его особенность состоит в принципиально новом подходе к конструкции основных узлов: механической передачи, запирающего механизма и контрольной системы. Например, контрольная система электропривода ВСП-150 построена с использованием микропереключателей. В отличие от электроприводов серии СП она является следящей, то есть при изменении положения остряков, шибера, запирающего механизма, контрольных линеек вырабатывает и передает в схему управления информационный сигнал о положении стрелки. Контрольная система позволяет фиксировать взрез стрелки, удаление из привода одной или двух контрольных линеек, деформацию рабочих тяг, положение прижатого и отжатого остряков независимо друг от друга, состояние запирающего механизма.

Двухшиберный привод ВСП-2х150 является взрезным, а привод ВСП-220 имеет внешний замыкатель остряков и предназначен для высокоскоростных участков железных дорог.