ГАЦ_ЛР / ГАЦ_Разгонов / Lr3 / лр3

Лабораторная работа № 3

ПУТЕВЫЕ ДАТЧИКИ ГОРОЧНЫХ СИСТЕМ

Цель работы

Изучить устройство бесконтактной магнитной педали типа ПБМ – 56 и путевого датчика типа ДП-50-80, а также принцип работы фотоэлектрического устройства для фиксации подвижного состава.

1. Краткие сведения из теории

Педаль типа ПБМ-56. Бесконтактная магнитная педаль типа ПБМ-56 представляет собой магнитоиндукционный точечный путевой датчик без источника питания, который используется на сортировочных горках для исключения перевода стрелки под отцепом в случае потери поездного шунта. Конструкция педали и способ ее крепления к рельсам приведен на рис. 3.1. Педаль ПБМ-56 представляет собой сердечник 2, на который насажена обмотка 1 и закрепленную на внутренней стороне рельса. Сердечник представляет собой постоянный магнит размером 60x68х80 мм, изготовленный из сплава марки магнико. Обмотка намотана проводом ПЭЛШО диаметром 0,27 мм. Количество витков в обмотке - 5000, а сопротивление обмотки - 300 Ом. Верхнюю плоскость магнита располагают на 10 мм ниже головки рельса.

Рис. 3.1. Бесконтактная магнитная педаль типа ПБМ-56

При прохождении колеса или другой ферромагнитной массы над педалью изменяется конфигурация магнитного потока Ф, в результате чего в обмотке с числом витков w индуцируется электродвижущая сила Е значение которой определяется по формуле 3.1

(3.1)

Скорость прохождения колеса над педалью определяет скорость изменения магнитного потока (dФ/dt) и, следовательно, значение выходного сигнала Е. В моменты приближения и удаления колеса над центром педали выходной сигнал меняет полярность, от чего срабатывает поляризованное реле типа РП-7, которое является приемником сигнала от педали. Реле размещается в блоке медленнодействующих повторителей педальных реле типа БМП-62. Для защиты контактов данного реле в блоке имеется искрогасительный контур состоящий из резистора типа МЛТ-1 (68 Ом ± 10%) и конденсатора типа КБГ-КП-2-200 В (1,0 мкФ ± 10%,). Также педаль ПБМ-56 может использоваться совместно с защитным блоком ЗС-75, схема которого приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема защитного блока ЗС-75

Линейные провода от педали ПБМ-56 к блоку следует подключать так, чтобы реле ПД1 (ПД2) срабатывало при приближении колеса к педали, а не при удалении от нее. Если при быстром приближении к магниту педали металлического предмета реле не перебросит якорь к рабочему (левому) контакту, то следует поменять местами линейные провода. Педаль можно располагать на расстоянии не более 4 км от путевого приемника и соединять двумя жилами кабеля диаметром 0,9 мм.

Для увеличения срока службы маломощного контакта реле ПД1 (ПД2) его подключают не к обмотке реле ПД, а через транзисторный одновибратор, собранный на транзисторах VT2 и VT3. При отсутствии отцепа транзистор VT3 открыт, а транзистор VT2 закрыт, так как на его базу, через делитель на резисторах R9 и R10, поступает отрицательный потенциал, который по уровню меньше потенциала на эмиттере (определяется падением напряжения на резисторе R13). Конденсаторы С3 и С4 полностью заряжены до значения, равного разности напряжений источника питания и напряжения на резисторе R13. Так как обмотка реле ПД включена в коллекторную цепь транзистора VT2, то данное реле выключено.

При приближении колеса отцепа к педали срабатывает поляризованное реле ПД1 (ПД2) и замыкается контакт Я-Л, и параллельно резистору R9 подключается резистор R8. В результате этого значение падения напряжения на резисторе R10 превысит значение падения напряжения на резисторе R13 и транзистор VT2 откроется. Это приведет к включению реле ПД, которое своими контактами размыкает цепь питания стрелочного путевого реле 31СП и подключает параллельно своей обмотке конденсатор С2. Транзистор VT3 в это время закрыт, так как конденсаторы С3 и С4 подключаются положительным выводом к его базе. Создается цепь разряда конденсаторов С3 и С4: резистор R11 – источник питания (М-П) – резистор R13 – переход К-Э VT2. Время разряда данных конденсаторов выбрано так, чтобы оно превышало время срабатывания реле ПД, чем обеспечивается его надежное срабатывание. Таким образом, время нахождения одновибратора во включенном состоянии будет зависеть не от состояния контакта реле ПД1 (ПД2), а от значения конденсаторов С3 и С4.

Когда конденсаторы С3 и С4 разрядятся, то одновибратор вернется в исходное состояние: транзистор VT2 закрыт, а VT3 – открыт. Реле ПД имеет замедление на отпадание 0,9 – 1,0 с, которое обеспечивает конденсатор С2. Если на горке используются длинные стрелки с маркой крестовины 1/9, то в блоке устанавливают перемычку между выводами 116 и 117. В результате этого параллельно конденсатору С2 подключается конденсатор С1, что увеличивает замедление на отпадание реле ПД до 1,8 – 2,0 с.

Чтобы обеспечить нормальное функционирование путевого датчика, следует периодически проверять и при необходимости регулировать реле ПД1 (ПД2) через каждые 500000 срабатываний. Для проверки можно использовать любой регулируемый источник постоянного тока напряжением 5 В. При увеличении тока в обмотке реле до 1,8—2,0 мА якорь должен переброситься к левому контакту. Затем ток увеличивают до 5 мА, а потом постепенно уменьшают. При токе 0,7—1,0 мА якорь должен вернуться в исходное положение к правому контакту. Реле регулируют боковыми винтами, причем зазор между контактами нельзя устанавливать меньше 0,1 мм.

Параметры бесконтактной магнитной педали ПБМ-56:

- скорости движения колес от 1,5 до 30 км/ч;

- температура окружающей среды от - 40 до + 60 °С;

- масса педали 7,0 кг.

Недостатком педали ПБМ-56 является то, что при скорости отцепа менее 1,5 км/ч амплитуда сигнала на реле РП-7 будет недостаточна для его включения. Это связано с тем, что индуцируемое напряжение в обмотке педали определяется скоростью изменения магнитного потока (см. формулу 3.1). При скорости отцепа более 30 км/ч поляризованное реле РП-7 не успеет сработать из-за малой длительности импульса на обмотке педали.

Путевой датчик ДП-50-80. В настоящее время более современным является путевой датчик типа ДП-50-80, который лишен недостатков педали ПБМ-56. Этот датчик используется с преобразователем сигнала датчика ПСДП-50-81. В отличие от педали ПБМ-56 путевой датчик ДП-50-80 работает от источника питания переменного тока, в качестве которого используется путевой трансформатор ПОБС-5АУЗ. Конструкция путевого датчика ДП-50-80 приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Конструкция путевого датчика ДП-50-80

Основными частями датчика являются электромагнитная головка 1, регулировочные и резиновые прокладки 2, платформа 3 и крюковой болт 4. Основная платформа предназначена для крепления датчика к подошве рельсов типов Р50 и Р65, дополнительная - для крепления датчика к подошве рельса типа Р75. Резиновая прокладка служит для устранения ударных и уменьшения вибрационных воздействий рельса на датчик, а регулировочная прокладка для регулировки расстояния между головкой рельса и электромагнитной головкой.

Внутри электромагнитной головки находится чувствительный элемент датчика — электромагнитная система (см. рис. 3.3), состоящая из верхнего сигнального и нижнего компенсирующего стержневых магнитопроводов с полюсными накладками, расположенных параллельно головке рельса, с надетыми на них питающими (W1c и W1k) и выходными (W2c и W2k) обмотками. Питающее напряжение (202 В) частотой 50 Гц подается на выводы 1-2, а сигнал снимается с выхода датчика (выводы 4-5), вывод 3 служит для дистанционной настройки и контроля исправности датчика. Электромагнитная головка залита эпоксидной смолой, неразборная и ремонту не подлежит.

Питающие обмотки образуют два магнитных потока: сигнальный Ф_с и компенсирующий Фк. В отсутствие колеса в зоне установки датчика магнитный поток Ф_с замыкается через магнитопровод, воздушные промежутки и головку рельса, а магнитный поток Ф_к - через магнитопровод, воздушные промежутки, платформу и подошву рельса. Так как магнитные потоки проходят по магнитным цепям с разным сопротивлением, то на выходе датчика (4-5) возникает сигнал расстройки, равный разности напряжений, наводимых во встречно включенных обмотках W2с и W2к (2 – 3 В). При проходе над датчиком колеса воздушные промежутки между сигнальным стержнем и головкой рельса уменьшаются, в результате чего увеличивается магнитный поток Ф_с и, как следствие, увеличивается э.д.с., индуцируемая во вторичной обмотке сигнального стержня. Напряжение на выходе датчика увеличивается до 35  3 В. Сигнал переменного тока с выхода путевого датчика передается по кабелю на вход преобразователя сигнала педали ПСДП-50-81, схема которого приведена на рис. 3.4. Путевой датчик ДП-50-80 позволяет формировать сигнал реагирования на реборду колеса при скоростях движения состава от 0 до 36 км/ч.

Рис. 3.4. Схема преобразователя сигнала датчика ПСДП-50-81

Преобразователь ПСДП-50-81 предназначен для дистанционной настройки датчика и преобразования гармонического сигнала датчика в стандартные сигналы постоянного тока и напряжения, которые необходимы для управ­ления работой релейных и электронных схем. Основными функциональными узлами схемы преобразователя являются:

- узел настройки – резисторы R1, R2, R3 и конденсатор С1;

- разделительный трансформатор Т3;

- мостовой выпрямитель на диодах VD1 - VD4;

- измерительный триггерный элемент на транзисторах VT1 и VT2;

- параметрический стабилизатор напряжения на элементах R10 и VD5;

- усилитель сигнала на транзисторах VT3 и VT4.

Узел настройки предназначен для устранения сигнала расстройки датчика, он состоит из частотного фильтра, амплитудного и фазового регуляторов напряжения. Фазовый регулятор (резисторы R1 и R3) включает в себя индуктивные сопротивления выходных обмоток датчика. Амплитудный регулятор состоит из резистора R2, подключенного к источнику напряжения 5 В частотой 50 Гц. Фильтр выполнен на конденсаторе С1, который позволяет шунтировать высокочастотные составляющие сигнала датчика. Перемещением движков резисторов R2 и R3 производится дистанционная регулировка датчика, так чтобы при отсутствии колеса на выводах Х1 и Х2 преобразователя было напряжение не более 0,1 В. Узел настройки подключается к датчику трехпроводной линией связи.

Разделительный трансформатор Т3 предназначен для согласования выходного сопротивления датчика с входным сопротивлением преобразователя, а также для сохранения симметрирования жил кабельной линии относительно «земли» при заземлении общей жилы источника питания, необходимого для устранения помех в линии связи.

Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление гармонического сигнала датчика, а конденсатор С2 сглаживает выпрямленный сигнал.

Измерительный триггерный элемент предназначен для преобразования сигнала выпрямителя в прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна длине зоны чувствительности датчика и обратно пропорциональна скорости движения состава. При отсутствии колеса транзистор VT1 открыт током базы, который создается делителем на резисторах R5 и R6, и находится в режиме насыщения. Транзистор VT2 в это время закрыт, в результате чего в усилителе транзистор VT3 будет открыт, а VT4 – закрыт, и реле 1ПД будет выключено. С появлением сигнала состояние триггера не изменится до тех пор, пока сигнал не возрастет до уровня порога срабатывания. В этом случае ток базы транзистор VT1 станет равным нулю, и он закроется, а ток базы транзистора VT2 скачкообразно возрастет, что приведет к его открытию. Это приведет к закрытию в усилителе транзистора VT3, открытию транзистора VT4 и включению реле 1ПД. В этом состоянии триггер находится, пока сигнал датчика не уменьшится до уровня порога возврата. Разность напряжений порогов срабатывания и возврата защищает устройство от влияния помех и пульсаций сигнала.

Стабилизатор напряжения, предназначенный для питания триггерного элемента стабильным напряжением +5 В при наличии выбросов и понижения напряжения в сети. Усилитель сигнала может управлять поляризованными реле в блоке БМП-62, реле типа НМШ, а также любыми другими нагрузками с сопротивлением не менее 500 Ом (выводы 52 - 71).

Преобразователь выполнен в корпусе реле НМШ и устанавливается в релейных помещениях на стативах и в шкафах. В крышке корпуса предусмотрены отверстия для доступа к осям переменных резисторов узла настройки и к гнездам X1 и Х2 для измерения напряжения гармонического сигнала поступающего с датчика.

Фотоэлектрическое устройство (ФЭУ). Применение на горках ГРЦ и путевых датчиков не исключает перевода стрелки под длиннобазными вагонами, у которых расстояние между осями более 11,4 м. Поэтому на головных и пучковых стрелках сортировочных горок устанавливают ФЭУ. Остальные стрелки оборудуют исходя из условий габарита.

Основные узлы ФЭУ: осветитель, фотодатчик и устройство обработки, в качестве которого используется либо релейная ячейка типа РЯ-ФУ-72, либо защитный блок ЗС-75. Осветитель состоит из следующих элементов: светофорная лампа типа ЖС12-25 (12 В, 25 Вт), плоско-выпуклая линза диаметром 53 мм с фокусным расстоянием 80 мм, питающий трансформатор типа СТ-6 или СОБС-2. Такая же линза вместе с фоторезистором типа ФСК-1 составляет узел фотодатчика. Габаритные размеры при установке осветителя и фотодатчика приведены на рис. 3.5. Осветитель и фотодатчик размещают так, чтобы угол наклона оптической оси к горизонту составлял восемь градусов, тогда луч света перекрывается хребтовой балкой и автосцепкой и не фиксируются просветы между вагонами в отцепе. Точка пересечения луча света с осью пути должна отстоять от остряков стрелки на расстоянии 2160-4500 мм. Это расстояние выбирают из условия, чтобы луч света пересекался любым вагоном, в том числе и длиннобазным, до тех пор, пока первая ось второй тележки не вступит на остряки стрелки. Возможны два варианта размещения осветителя и фотодатчика в плане: луч света пересекает путь под углом 35—40° и под прямым углом. В первом варианте зона действия ФЭУ в пределах стрелочной рельсовой цепи больше, чем во втором, поэтому он является более предпочтительным. Для защиты фотодатчика от солнечных лучей, отраженных от боковых поверхностей вагонов, фотодатчик располагают с теневой стороны вагона, чтобы он перекрывал солнечные лучи. Для устранения прямого попадания солнечных лучей на фотодатчик, осветитель и фотодатчик защищаются козырьком, а направление светового луча установлено снизу вверх.

Рис. 3.5. Основные габаритные размеры при установке ФЭУ

В эксплуатационных условиях из-за запотевания или покрытия инеем защитных стекол фотодатчиков возможны сбои в работе ФЭУ. Для уменьшения сбоев в пространство между козырьком и линзой рекомендуется насыпать несколько гранул силикагеля — вещества, поглощающего влагу.

Принципиальная схема ФЭУ приведена на рис. 3.2. Последовательно с фоторезистором включена обмотка 1-2 поляризованного реле Ф типа РП-7 (паспорт РСЧ. 521.004; сопротивление обмоток 8500/8500 Ом). Устройство обработки сигнала состоит из следующих элементов: резисторы типа МЛТ-1 (R1=5,1 кОм, R2=1,5 кОм, R3 = 12 кОм, R4=51 Ом, R5=3,9 кОм, R6=12 кОм), транзистор VT1 (типа МП-25Б), фотоконтрольное реле ФК (типа НМШ2-2000).

При освещении фоторезистора через него протекает ток 1,1—2,0 мА, достаточный для того, чтобы реле Ф удерживало якорь у левого контакта Л. За счет отрицательного смещения на базе транзистор VТ1 открыт, и реле ФК находится под током. Контакты реле ФК замыкают цепь контроля свободности стрелки. Если луч света перекрывается вагоном, то ток фоторезистора уменьшается и не превышает 0,5 мА. Реле Ф перебрасывает якорь к правому контакту Я, выключается транзистор VT1 и обесточивает реле ФК.

Контакты реле ФК включены в цепь питания повторители путевого реле 31СП и в схему управления стрелкой последовательно с контактом путевого реле, которые показаны на полной схеме включение ФЭУ (см. рис. 3.2). Реле ФК выключает стрелочное путевое реле 31СП, только если то уже выключено наложением поездного шунта (разомкнут тыловой контакт реле 31ИС) или сработала педаль (разомкнут тыловой контакт реле ПД). Этим исключаются ложные выключения путевого реле 31СП в случае перекрытия светового потока людьми или птицами, что приводит к сбоям при передаче маршрутных заданий в БГАЦ.

При отказе фотоэлектрического устройства из-за неблагоприятных метеорологических условий или выхода из строя элементов схем нажатием специальной пломбируемой кнопки ВФК на горочном пульте можно возбудить реле ФК по его второй обмотке.

Настройка ФЭУ заключается в совмещении оптической оси осветителя с автосцепкой (щит с отметкой контрольной точки Л) и отверстием диафрагмы фотодатчика. При этом добиваются максимального значения светового тока. В случае необходимости оптическую систему фотодатчика можно настраивать поворотом корпуса линзы. Световой и темновой токи фоторезистора следует проверять один раз в семь дней. Не реже одного раза в год в РТУ проверяют и регулируют блок ЗС-75. Для этого вместо фоторезистора подключают последовательно соединенные постоянный резистор 56 кОм и переменный резистор 15 кОм, при помощи которого изменяют ток в обмотке реле Ф от 0 до 2 мА. При токе 1,1 мА, контролируемом миллиамперметром, реле Ф должно перебросить якорь к левому контакту и в результате возбудится реле ФК.

2. Порядок выполнения работы

1. Используя лабораторный макет, изучить устройство и принцип действия бесконтактная магнитная педаль типа ПБМ-56 совместно с защитным блоком ЗС-75.

2. Используя лабораторный макет, изучить устройство путевого датчика типа ДП-50-80 и его принцип работы совместно с преобразователем сигнала датчика ПСДП-50-81.

3. Используя лабораторный макет, изучить принцип действия и порядок регулировки фотоэлектрического устройства.

4. Сделать выводы о преимуществах и недостатках путевых датчиков, используемых на сортировочных горках.

3. Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Принципиальная схема защитного блока ЗС-75.

3. Принципиальная схема путевого датчика ДП-50-80 и преобразователя сигнала датчика ПСДП-50-81.

4. Ответить на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

4. Контрольные вопросы

1. Принцип действия бесконтактной магнитной педали типа ПБМ-56?

2. Особенности подключения педали ПБМ-56 к защитному блоку ЗС-75?

3. Работа защитного блока ЭС-75 при прохождении колеса над педалью?

4. Недостатки бесконтактной магнитной педали типа ПБМ-56?

5. Конструкция и принцип работы путевого датчика типа ДП-50-80?

6. Назначение элементов преобразователя сигнала педали ПСДП-50-81?

7. Принцип работы преобразователя сигнала педали ПСДП-50-81 совместно с датчиком ДП-50-80?

8. Порядок регулировки преобразователя сигнала педали ПСДП-50-81 при совместной работе с датчиком ДП-50-80?

9. Назначение и устройство фотоэлектрического устройства?

10. Принцип работы защитного блока ЗС-75 совместно с ФЭУ?

11. Порядок регулировки фотоэлектрического устройства?

12. Назначение кнопки ВФК на горочном пульте?

13. Как исключаются ложные выключения путевого реле 31СП в случае перекрытия светового потока ФЭУ людьми или птицами?

14. Какие меры применяются в ФЭУ для защиты фотодатчика от попадания солнечных лучей?

15. Какие меры применяются для борьбы с запотеванием или покрытием инеем защитных стекол фотодатчиков?

23