Диагностика электромеханических систем транспортного комплекса. Учебное пособие

Недостатки, присущие данной схеме:

невозможность определения тока утечки при одновременном пропорциональном снижении изоляции положительных и отрицательных силовых цепей электрооборудования троллейбуса;

сигнализатор нечувствителен к снижению сопротивления изоляции «–Uкс–корпус»;

применяется только в заземленных СЭС.

Прибор для контроля изоляции троллейбусов EIW фирмы

KIEPE. Принцип его действия основан на прямом измерении тока (напряжения) между корпусом троллейбуса и землёй (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Электрическая схема встроенного устройства контроля изоляции типа EIW

Прибор постоянно регистрирует разность потенциалов между корпусом троллейбуса и изолированно закреплёнными заземляющими

тросами – шинами КС1 и КС2, которые находятся в контакте с поверхностью дороги. При наличии разности потенциалов между корпусом и

землей происходит заряд конденсатора С3 через резистор R1 до напряжения, при котором отпирается симистор V1.

При этом С3 разряжается через резистор R2, выпрямительный мост VD4 на вход оптрона V2, осуществляющего гальваническую развязку

61

входной цепи от усилителя и сигнализатора. После разряда С3 сими-

стор V1 закрывается и происходит повторение описанного процесса. Чем выше разность потенциалов между землёй и корпусом, тем быст-

рее заряжается конденсатор С3 и выше частота колебаний на выходе оптрона V2. Чем выше частота, тем больше напряжение на интегриру-

ющей ёмкости С4. Этот сигнал усиливается операционным усилителем DA1 и подаётся на выходной усилительный каскад. Последний собран

на транзисторе VT1, в коллекторную цепь которого включено реле К1. Обмотка реле К1 зашунтирована сопротивлением R14 так, что срабаты-

вание К1 благодаря подбору параметров схемы усилителя и входной схемы происходит при напряжении между корпусом и землёй около

7,5 В. При этом замыкается контакт реле КК1, появляются сигналы:

акустический – зуммер НА и оптический – светится светодиод VD11.

Структурная схема устройства сигнализации и защиты от токов утечки троллейбуса, разработанного А.В. Низским, приведена на рис. 2.18. Принцип работы схемы основан на определении напряженности электрического поля «корпус троллейбуса–земля», вызванного действием переменной составляющей тока утечки, с одновременным измерением тока утечки, протекающего по пути корпус–отрица- тельный провод контактной сети.

Д У ПФ В ПЭ1 БС

К ДЭ ИТ ПЭ2

Рис. 2.18. Структурная схема устройства сигнализации и защиты от токов утечки на троллейбусе

62

Она состоит из следующих элементов: датчика напряжённости электрического поля Д, усилителя У, полосового фильтра ПФ, трёх пороговых элементов ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3, выпрямителя В, измерителя тока ИТ, диодного элемента ДЭ, исполнительного элемента ИЭ, блока сигнализации БС и блока отключения электроустановки БОЭУ.

Символом К обозначен корпус троллейбуса. При возникновении на корпусе троллейбуса потенциала, вызванного действием тока утечки, на датчике электрического поля появляется сигнал, который, пройдя через усилитель и полосовой фильтр, выпрямляется и подается на вход первого порогового элемента. В случае превышения его уставки пороговый элемент срабатывает, включая исполнительный элемент, который соединяет корпус троллейбуса с отрицательной шиной контактной сети через измеритель тока и диодный элемент. В случае его переключения начинает работать блок сигнализации, который анализирует состояние первого и второго порогового элементов одновременно. В случае значительного повышения потенциала на корпусе троллейбуса переключается третий пороговый элемент, который вызывает отключение электроустановки троллейбуса.

Устройство защиты от токов утечки цепи тягового двигателя транспортного средства (рис. 2.19), содержит генератор 1 переменного напряжения, выполненный в виде автогенератора, который состоит из элемента с отрицательной проводимостью 2 и подключенного к нему первичной обмоткой 3 трансформатора 4, один вывод вторичной обмотки 5 которого подключен к клемме 6, соединённой с корпусом 7 транспортного средства, а другой вывод – к общей точке соединения разделительных конденсаторов 8 и 9, другие выводы которых соответственно подключены к выводам 10 и 11 цепи тягового двигателя 12, и блока 13 управления тяговым двигателем, шунтированного конденсатором 14.

Выход генератора 1 соединен с исполнительным элементом защиты, состоящим из последовательно соединённых индикатора 15 амплитуды колебаний генератора и коммутирующего аппарата 16. Выводы 10 и 11 через дроссели 17 и контакты 18 коммутирующего аппарата 16 подключены к контактной сети 19. Устройство работает следующим образом: при снижении сопротивления изоляции и наличии утечки уменьшается добротность колебательного контура, состоящего из обмотки 5 трансформатора, разделительных конденсаторов 8, 9, выводов 10, 11, корпуса 7 транспортного средства, обмотки 5. Это устройство послужило прототипом при разработке других устройств.

63

10

Рис. 2.19. Структурная схема устройства защиты от токов утечки цепи ТЭД транспортного средства

Последним из приведённых приборов присущи общие недостатки:

на чувствительность индикатора влияет соотношение сопротивлений изоляции положительных и отрицательных цепей к;

показания индикатора зависят от сопротивления изоляции шин и дорожного покрытия;

нечувствительность к одновременному пропорциональному снижению сопротивления изоляции положительных и отрицательных силовых цепей электрооборудования троллейбуса.

2.4.3.ДИАГНОСТИКА ТОКОПРИЁМНИКОВ

Внастоящее время требования к эксплуатационным характеристикам токоприёмников и в первую очередь к их надежности и экономичности постоянно повышаются. Характеристики и параметры токоприёмников должны соответствовать значениям, устанавливаемым нормативным документом.

Всвязи с этим для обеспечения надёжного и экономичного токосъёма необходим тщательный контроль состояния токоприёмника в процессе эксплуатации, который осуществляется различными диагностическими устройствами.

Вцелях проведения аппаратурной диагностики состояния токоприёмника следует выделить признаки, параметры которых могут внезапно измениться во время работы на линии, а также те, параметры которых медленно изменяются во времени и контролируются на осмотрах

иремонтах в депо.

64

В первую группу входят признаки:

наличие зарезов на рабочей поверхности контактной вставки;

пространственное положение токоприёмника.

Ко второй группе можно отнести следующие параметры:

характеристику статистического нажатия во всем рабочем диапазоне токоприёмника;

поперечную жёсткость токоприёмника;

толщину контактной вставки;

поперечный люфт.

Обобщенный анализ основных параметров диагностирования токоприёмников трамвая представлен в табл. 2.2.

Анализ отказов основных узлов подвижного состава в ряде крупных трамвайно-троллейбусных хозяйств, по данным [10], показывает, что выбытие подвижного состава из-за неисправностей токоприёмников составляет 5,3…11,8 % от общего количества.

В процентном отношении проявление характерных неисправностей, на основе статистических данных, приведено в табл. 2.3. Как видно из таблицы, наибольшее число неисправностей связано с деформацией или поломкой элементов конструкции токоприёмников.

65

Таблица 2.3

Распределение неисправностей по видам

Причины деформации и поломки рамных конструкций токоприёмников:

конструктивное несовершенство токосъёмного узла токоприёмника;

большое уменьшение статического нажатия на контактный провод при значительном увеличении высоты подвеса провода. Для улуч-

шения токосъёма нажатие регулируется при высоте контактной вставки около верхней границы рабочего диапазона токоприёмника, а это в свою очередь при отсутствии контроля за изменением статической характеристики токоприёмника в процессе эксплуатации влечёт значительное увеличение нажатия в местах с более низким подвесом контактного провода, а также усложнение прохождения токоприёмником спецчастей и фиксирующих элементов контактной сети;

некачественный осмотр и ремонт токоприёмников из-за отсутствия контрольно-измерительной аппаратуры.

Независимо от конструктивного исполнения все типы токоприёмников обладают статической характеристикой, под которой понимается зависимость активного и пассивного статических нажатий его полоза на контактный провод в функции высоты над уровнем его опущенного положения.

Из-за целого ряда причин (непостоянства высоты контактного провода, эластичности сети, упругих колебаний подвижного состава, неровностей пути, типа и величины нажатия токоприёмников) во время движения подвижного состава изменяется высота контакта «токопри- ёмник–провод» над уровнем рельсов.

Величина контактного нажатия Рк в динамике без учета действия

на токоприёмник аэродинамических сил определяется следующим выражением:

Pк P0 Pтр mт d 22y , dt

66

где Р0 – приведённое к верхнему узлу нажатие, создаваемое подъёмными пружинами токоприёмника;

Ртр – сила трения в шарнирах, приведённая к верхнему узлу; mт– приведённая масса токоприёмника;

Если принять, что токоприёмник медленно перемещается вниз (вверх), то можно считать, что динамическая составляющая силы нажатия будет равна нулю, а следовательно, статическое нажатие определится как

Pк P0 Pтр .

Статические характеристики выражают зависимость величины контактного нажатия от высоты подъема токоприёмника с учетом сил трения в шарнирах.

Для токоприёмников трамвая в зависимости от их конструкции устанавливается различная величина контактного нажатия.

При повышенном нажатии усиливается механический износ, а при малом – начинает сильно проявляться электрический износ.

Согласно экспериментальным данным, двойное трение в шарнирах подвижных рам составляет 25…32 кН. При указанном значении двойного трения в шарнирах токоприёмника обеспечивается удовлетворительный токосъём. Целесообразно производить выбраковку токоприёмников при увеличении силы двойного трения выше 35 кН.

При диагностировании токоприёмников указанные выше оптимальные величины контактного нажатия, двойного трения в шарнирах являются контрольными.

На основе анализа известных методик расчета установлено, что наибольшая вероятность отказов связана с деформацией или поломкой элементов рамной конструкции, штанг и тяг (52,4 %), образованием пропилов на контактных вставках токоприёмников (28,4 %), а также неисправностями подъёмных пружин и устройств опускания (10,3 %).

Деформация элементов верхних рам (изгиб труб и связанное с этим укорочение), нарушение фиксации труб в вилках шарниров и неправильная сборка приводят к изменению статической характеристики.

В отличие от динамической статическая характеристика зависит от рабочего состояния токоприёмника и от качества ремонта.

67

К настоящему времени известно довольно большое количество устройств, предназначенных для комплексной и поэлементной диагностики токоприёмников подвижного состава как городского, так и магистрального транспорта. Рассмотрим некоторые из них.

Омским государственным университетом путей сообщения (ОмГУПС) разработана система САДТ, объединяющая автоматические диагностические устройства, осуществляющие контроль состояния в процессе эксплуатации (рис. 2.20).

Назначение станции технической диагностики – предотвращение повреждений и сбор данных, необходимых для расчета показателей напряженности работы токоприёмников.

Рис. 2.20. Структурная схема станции комплексной диагностики токоприёмников

САДТ системы ОмГУПС включает пять основных измерительных устройств:

автоматический регистратор нажатия токоприёмника (АРНТ);

автоматический регистратор времени подъёма и опускания токоприёмника (АРВТ);

устройство автоматического контроля положения полозов токоприёмника (АКПТ);

автоматический регистратор наличия вставок (АРНВТ);

68

автоматический регистратор инерционности токоприёмника (АРИТ).

Диагностическими признаками состояния токоприёмников на этой станции являются:

статические нажатия Р1р и Р2р, перепад нажатия Рр;двойное трение 2Wр;

время опускания Топ и подъёма Тпод;

перекосы полозов Hт и их деформация (удлинение Lт за счет изменения углов наклона «рогов»);

наличие угольных вставок на полозе Nв и их высота Nв;

число отрывов полоза от провода Nотр.

Кроме САДТ в Омском государственном университете путей сообщения был разработан ряд устройств диагностирования токоприёмников по отдельным признакам. В их перечень входит и датчик для измерения статического нажатия токоприёмника (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Датчик для измерения статического нажатия токоприёмника

На площадке 3 размещены катушки индуктивности 5 бесконтактного преобразователя. Перемещение измерительного полоза 16 позволяет гибкой связи 7, жестко соединённой с толкателем 14, за счёт усилия нормально сжатой пружины 4 повернуть вал 8 и насажанные на

69

него кулачковые шайбы 9 контактного преобразователя и переместить связанные с ним подвижные сердечники 6 индуктивного моста. Кулачковые шайбы при повороте замыкают соответствующие контактные планки 10.

Подключение датчика в линию связи выполняется включающим полозом 15, шарнирно укрепленным на колодке 16 и управляющим выключателем 13.

Кроме описанной выше комплексной системы в ОмГУПСе было разработано устройство автоматической регистрации статической характеристики в движении.

Контактная подвеска (рис. 2.22, а) выполнена в виде ромба, образованного основным 1 и дополнительным 2 контактными подводами. Между проводами устанавливаются распорки 3. Распорки воспринимают вертикальные усилия между проводами и препятствуют подъёму контактного провода при переходе токоприёмника. Распорки 4, стоящие на дополнительных опорах 5, соединяются с их консолями посредством изоляторов. Две вершины ромба крепятся на консолях дополнительных опор 5, концы ромба – на двух опорах. Дополнительная опора нужна, чтобы изменить длину измерительных пролетов и взять на себя увеличение вертикальных нагрузок (моментов), возникающих из-за веса датчиков и дополнительных проводов. Датчики (рис. 2.25, б) располагаются под распорками. Провода ромба врезаются в компенсационный контактный провод, поэтому изменение температуры на них не влияет.

Рис. 2.22. Устройство для снятия статистической характеристики токоприёмника

Датчик-педаль (рис. 2.22, б) состоит из нажимного устройства в виде полозков из контактного провода, соединённых с калибровочной пружиной. Вертикальное перемещение полозка, отжимаемого вверх токоприёмником, воспринимается электрическим датчиком, в виде

70