Диагностика электромеханических систем транспортного комплекса. Учебное пособие
.pdfнескольких переменных активных или индуктивных сопротивлений, включенных по мостовой схеме. Датчик-педаль устанавливается на основной контактный провод с помощью стандартных фиксирующихся зажимов.
Электровоз с поднятым токоприёмником подъезжает к измерительному пролёту. Замыкание колёсной парой рельсовой цепи ведёт к подаче напряжения блоком запуска на все другие блоки устройства. Когда полоз электровоза наезжает на полоз датчика-педали, полоз датчика поднимается, сжимая калибровочную пружину и изменяя соотношение сопротивлений датчика. Напряжение дисбаланса поступает в сигнализирующий и регистрирующий блоки. Сигнализирующий блок сравнивает уровень поступающего сигнала с допустимым для данного типа токоприёмника. Включенный параллельно сигнализирующему устройству самопишущий прибор фиксирует характеристику на бумажной ленте.
Описанное устройство позволяет регистрировать статическую характеристику нажатия токоприёмника в большом диапазоне изменения высоты подвеса контактного провода.
Большая работа в области диагностики токоприёмников проводилась Харьковским национальным университетом городского хозяйства имени А.Н. Бекетова (ХНУГХ им. А.Н. Бекетова).
Там было разработано устройство для автоматического контроля нажатия токоприёмника на контактный провод, содержащее рычажнопружинный механизм (рис. 2.23).
Устройство содержит измерительный полоз 1, соединённый при помощи стоек 2 с рычажно-пружинным механизмом, состоящим из рычагов 3–8, рабочей пружины 10, установленный на изоляционном основании 11 датчик линейных перемещений 12, связанный с измерительным полозом 1 стальным канатиком 13, закрепленным на изоляционном основании 11, подвешенном на стойках 14.
Устройство работает следующим образом. При прохождении токоприёмника под измерительным полозом 1 происходит перемещение последнего вверх, причем, например, если токоприёмник, воздействуя на рычаги 3 и 6 и поворачивая рычаг 3 против часовой стрелки, растягивает рабочую пружину 9 через рычаги 5 и 8, поднимая посредством рычагов 4 и 7 правый конец измерительного полоза 1. Величина перемещения измерительного полоза пропорциональна силе нажатия токоприёмника на его контактный провод и регулируется в устройстве изменением натяжения рабочей пружины 9. Необходимая чувстви-
71
тельность устройства устанавливается с помощью регулировочной пружины 10.
Рис. 2.23. Устройство автоматического контроля нажатия токоприёмника конструкции ХНУГХ им. А.Н. Бекетова
Перемещение измерительного полоза 1 посредством канатика 13 передаётся на вход измерительной схемы.
Определённые разработки в области диагностики токоприёмников подвижного состава проделаны и другими предприятиями. Так, например, локомотивным депо Лобня Московско-Рижского отделения Московской железной дороги разработано устройство для регистрации статической характеристики токоприёмника (рис. 2.24).
Устройство позволяет быстро и с высокой степенью точности измерить величину контактного давления токоприёмника и может быть установлено на въезде в депо.
Устройство содержит генератор 1 высокочастотных колебаний, подключенный через разделительный конденсатор 2 к контактному проводу 3, который взаимодействует с токоприёмником 4. Над контактным проводом расположена антенна 5, соединённая через усили-
72
тель 6 с регистрирующим блоком. Блок состоит из измерительного усилителя 8, регистратора 9 и источника питания 10.
Рис. 2.24. Блок-схема устройства для регистрации статического нажатия токоприёмника
Устройство работает следующим образом. При движении транспортного средства токоприёмник 4 проходит под датчиком и, оказывая давление на контактный провод 3, изменяет расстояние между проводом и антенной 5. При определенной упругости контактного провода 3 это изменение пропорционально давлению токоприёмника на контактный провод. Изменение температуры при этом не влияет на величину измеряемого давления.
В Ростовском государственном университете путей сообщения было создано устройство для измерения давления пантографа системы РГУПС (рис. 2.25).
При въезде токоприёмника на датчик контактный полоз 6 под действием давления токоприёмника 3 поднимается на 50…70 мм. Вал поворачивается и вместе с ним на некоторый угол поворачивается пластина 4, которая воздействует на датчик перемещений 7. Таким образом, угол поворота пластины 4 пропорционален величине давле-
73
ния токоприёмника на контактный полоз. Сигнал от датчика перемещений поступает на регистрирующий прибор, который фиксирует величину давления.
Рис. 2.25. Устройство для автоматического измерения давления токоприёмника
На рис. 2.26 показана функциональная схема устройства для измерения давления токоприёмника на контактный провод, разработанного в Казанском государственном университете.
Устройство содержит датчик давления (рис. 2.27), состоящий из кольцевого тензоэлемента 2, соединённого через треугольную изоляционную раму 3 с контактным полозом 4 с прикреплённым к его середине концевым выключателем 5, масштабный усилитель 6 и цифровой вольтметр 7.
Прикрепляется датчик давления к потолку или кронштейну опоры контактной сети при помощи крепёжной плиты 8. В схему измерения входят токоприёмник 9, шунт 10, цифропечатающий блок 11.
74
Рис. 2.26. Функциональная схема устройства
При заезде электротранспортного средства под датчик 1 давление его токоприёмника 9 через полоз 4 и раму 3 передается на кольцевой тензоэлемент 2, который преобразует его в электрический сигнал. При замыкании токоприёмником контактов концевого выключателя 5 последний выдает сигнал, разрешающий измерение сигнала, снимаемого с кольцевого тензоэлемента 2 и усиливаемого масштабным усилителем 6. В результате на индикаторе вольтметра отобража-
ется в цифровом виде величина давления токоприёмника на датчик, а Рис. 2.27. Датчик давления токо-
следовательно, и на контактный про- приёмника на контактный провод вод. Коэффициент передачи масштабного усилителя выбирается таким, чтобы отображаемое на индикаторе вольтметра цифровое значение равнялось величине давления токоприёмника в целых и долях килограмма. Шунт 10 осуществляет подвод напряжения от контактного провода на полоз датчика. Это необходимо для обеспечения питания транспортного средства во время измерения. Для документирования результатов измерений может быть использован цифропечатающий блок 11. Если необходимо отрегулировать давление, то транспортное средство устанавливается под датчиком, отключается концевой выключатель 5 и по показаниям вольтметра 7, переведённого в автоматический режим измерения, производится регулировка давления токоприёмника до оптимального значения.
В отдельную группу следует отнести устройства для контроля износа контактных вставок токоприёмников. Конструкция одного из таких устройств, разработанная в ОмГУПСе, представлена на рис. 2.28.
75
Рис. 2.28. Устройство измерения износа контактных пластин токоприёмника
Устройство работает следующим образом: при перемещении подвижной каретки 4 по направляющей рейке 3, предварительно укреплённой на контролируемом полозе 2, измерительный щуп, снабжённый шаровидным утолщением на рабочем конце 8, взаимодействует с контактной пластиной 9 с частотой, задаваемой электромагнитным приводом 7. Амплитуда колебаний щупа 6 зависит от целостности пластин 2 и записывается на ленте регистрирующего прибора 5. При взаимодействии щупа 6 с участком, имеющим внутреннее повреждение, происходит рассеивание энергии, которой обладает шаровидное утолщение 8 на рабочем конце щупа, и амплитуда колебаний, характеризующих реакцию пластин 9, уменьшается. По гистограмме ответных реакций получается кривая изнашивания, причём длина полоза 2 записывается также в соответствующем масштабе.
В ХНУГХ им. А.Н. Бекетова было разработано устройство контроля состояния контактных вставок токоприёмников. Это устройство предназначено для контроля качества вставок на полозе токоприёмника, их высоты. Применение этого устройства в эксплуатационных депо позволяет исключить выпуск на линию подвижного состава, имеющего пропилы на контактной вставке токоприёмников, т. е. значительно сократить количество обрывов и поломок токоприёмников из-за неисправностей вставок.
Устройство может быть использовано в качестве одного из элементов автоматического контроля технического состояния подвижного состава или организации комплексной диагностики.
Схема устройства автоматического контроля контактных вставок токоприёмников показана на рис. 2.29. Устройство содержит управля-
76
емые выключатели 1 и чувствительный к состоянию поверхности вставок узел, состоящий из механизмов, включающих измерительные полозы: левый 2 и правый 3. Каждый из полозов имеет механическую связь с управляемыми выключателями 1 посредством кулачков 4.
Рис. 2.29. Устройство для обнаружения пропилов контактной вставки
Полозы 2 и 3 шарнирно установлены на вертикальных осях 5, которые проходят через резьбовые втулки 6, закреплённые на якорях 7. На вертикальных осях 5 установлены также прижимные пружины 8, рычаги 9, на которых закреплены кулачки 4 и главные пружины 10. На якорях 7 установлены управляемые выключатели 1, закреплённые на изоляционных стойках 11, а также регулировочные пружины 12, регуляторы положения полозов – винты 13 и упоры 14. Противоположные от вертикальных осей края измерительных полозов 2 и 3 удерживаются в фиксированном положении стальным канатиком 15, закреплённым на стойке 16. Устройство устанавливается над контактным проводом 17, крепится к нему зажимами 18 и закрывается защитным кожухом 19.
Принцип работы устройства основан на контроле величины сил, действующих на измерительный полоз при скольжении его по контактной вставке. При движении токоприёмника по контактному проводу в зоне контроля по рабочей поверхности контактной вставки скользит полоз 3, прижимаемый пружинами 8 и 12. Сила, действующая на измерительный полоз вследствие трения, создаёт момент, поворачивающий полоз. Левый – по часовой стрелке, правый – против.
77
Однако при отсутствии пропилов на контактной вставке поворота вокруг вертикальной оси не происходит, так как этот момент значительно меньше создаваемого главной пружиной 10. Если же зону контроля проходит токоприёмник с контактной вставкой, имеющей пропил, то вследствие захода в него полоза 3 значение силы, действующей на измерительный полоз, многократно возрастает, следовательно, момент, создаваемый ею, не может быть уравновешен пружиной. Происходит поворот измерительного полоза, а поскольку он имеет связь через кулачок 4 с управляемыми выключателем 1, при этом подается сигнал о наличии пропила на контактной вставке.
Часть устройств диагностики позволяет определить некоторые основные параметры токоприёмников в процессе движения.
На железных дорогах Германии (DBAG) проведены испытания стационарного автоматического устройства для измерения величины отжатия контактного провода под фиксатором, по результатам которого можно оценить техническое состояние токоприёмника на движущемся поезде.
Величина отжатия контактного провода при прохождении токоприёмника не только влияет на безопасность движения, но и служит параметром для оценки правильности взаимодействия токоприёмника и контактной подвески, влияющей на долговечность системы.
Конструкция устройства для измерения величины отжатия контактного провода показана на рис. 2.30. Этот параметр измеряется с помощью датчика перемещений. Датчик установлен на опоре и заземлён на рельсы. Он приводится в действие с помощью горизонтально натянутого изолирующего троса длиной 1 м, изготовленного из кевлара в силиконовой оболочке. Другой конец этого троса соединен с обычным многопроволочным тросом, который через направляющий ролик подводится к контактному проводу.
Электрический сигнал подается на вход измерительного усилителя, предварительная ступень которого представляет собой оптический разделитель. С выхода усилителя сигнал поступает на вход аналогоцифрового преобразователя.
Автоматическая калибровка системы позволяет обеспечить точность ±0,5 см. Калибровка необходима для того, чтобы при измерениях можно было учитывать термические удлинения цепной подвески и тросов измерительной установки.
78
Скорость движения поезда определяется с помощью двух последовательно расположенных лазеров. Скорость определяется исходя из расстояния между лазерами и интервала времени между моментами пересечения движущимся поездом лучей лазеров.
Рис. 2.30. Расположение измерительной установки на опоре:
1 – контактный провод; 2 – натяжной многопроволочный трос; 3 – направляющий ролик; 4 – поворотная трубчатая соединительная муфта; 5 – изолирующий трос; 6 – потенциометрический дат-
чик перемещений
Скорость ветра определяется с помощью анемометрического датчика. Результаты измерений по системе GSM передаются для обработки в лабораторию.
На рис. 2.31 показана типичная кривая изменения величины отжатия контактного провода при прохождении со скоростью 200 км/ч поезда, состоящего из двух сцепленных ICE2 с двумя поднятыми токоприёмниками.
Несмотря на полученные положительные результаты, этот метод имеет существенный недостаток. Он состоит в том, что с помощью
79
рассматриваемого устройства можно определить только крупные дефекты токоприёмника. Кроме того, увеличенное отжатие контактного провода указывает только на наличие какого-то дефекта, но не позволяет более точно классифицировать его. Гармонический анализ измерительного сигнала с помощью преобразований Фурье сделал этот метод более точным, что позволило повысить его эффективность.
Рис. 2.31. Изменение величины отжатия контактного провода при прохождении поезда ICE2
соскоростью200км/ч
В настоящее время уже проводятся исследования частотного спектра таких сигналов с целью выявления в нем характерных особенностей. Если для обнаружения неисправных токоприёмников используются только максимальные значения величины отжатия контактного провода, то для получения более точных выводов следует проводить гармонический анализ измеренного сигнала, который позволит выявить важнейшие параметры, влияющие на характер частотного спектра: тип токоприёмника и скорость движения поезда.
Следующим важным признаком диагностирования является перекос токоприёмника. Перекосы токоприёмника существенно влияют на состояние контактного полоза, поэтому на выявление перекосов следует обратить особое внимание.
Еще одной неисправностью, существенно влияющей на надежность работы токоприёмника и возникающей при неправильной регулировке силы контактного нажатия и контактной сети, является пропил контактного полоза. В связи с этим устройство должно быть
80