CC BY
345УДК 656.25
С. Л. Кондратенко
АВТОПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СТРЕЛОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Любой отечественный и зарубежный стрелочный электропривод (СЭП), независимо от конструктивных различий, способа установки на стрелочном переводе и условий эксплуатации, выполняет три основные функции: переводит остряки стрелки на заданное расстояние, запирает их в крайних положениях, а также контролирует запирание и фактическое перемещение остряков.
На железнодорожном транспорте применяются в основном электромеханические приводы, в которых вращение вала электродвигателя преобразуется с помощью механического редуктора в поступательное линейное перемещение шибера. В редукторе находится элемент защиты от чрезмерного усилия, которое может развиться на шибере, - регулируемая фрикционная муфта.
На российских железных дорогах применяются в основном электроприводы серии СП.
Наиболее ответственным элементом привода этого типа является автопереключатель (АП), который исполнен как механический компаратор, контролирующий, во-первых, нормированный ход шибера и его запирание, во-вторых, фактическое перемещение на заданное расстояние контрольных линеек вслед за остряками стрелки.
В случае совпадения этих двух событий в АП под действием пружины переключается контрольный рычаг. Западание ролика рычага в вырез шайбы главного вала СЭП подтверждает, что шибер заперт после нормированного хода, а западание клювообразного конца рычага в вырезы контрольных линеек подтверждает, что остряки стрелки переместились на заданное расстояние. Контрольный рычаг управляет электрическим элементом АП.
Электрический элемент приводов СП - это контактная группа, состоящая из открытых подвижных и неподвижных контактов. По статистике, около 50% от всех отказов привода происходит по вине контактного блока. Причиной отказов АП в процессе эксплуатации является нарушение соосности его подвижных и неподвижных контактов. Это приводит к изгибу неподвижных контактов АП, уменьшению контактного давления, искрению и нагреву контактной поверхности, в итоге - к нарушению (обрыву) контакта электрической цепи. Кроме этого, поверхности открытых
114
контактных пружин индевеют при низких температурах окружающего воздуха, что также приводит к нарушению проводимости контакта.
В качестве электрических элементов АП в зарубежных электроприводах чаще всего используются электрические кнопочные микропереключатели. Благодаря малому ходу кнопки (2-3 мм) происходит практически мгновенное переключение их контактов. Такие микропереключатели иногда используют непосредственно для контроля допустимого зазора между остряком и рамным рельсом.
В большинстве зарубежных современных схем управления СЭП рабочая цепь управления электродвигателем и цепь контроля положения электропривода не совмещены, а проходят по раздельным линейным проводам. Кроме этого, в цепи электродвигателя отсутствуют контакты АП привода, включение и отключение электродвигателя осуществляется аппаратурой поста электрической централизации (ЭЦ). Командой на отключение электродвигателя является включение контрольных контактов АП.
Такой принцип построения схемы управления электроприводом позволяет в качестве контрольных электрических элементов АП использовать слаботочные коммутационные выключатели.
Выключатели электродвигателя СЭП (датчики перемещения) могут быть контактными и бесконтактными. Выключатели могут различаться, во-первых, по способу взаимодействия с контролируемым объектом, т. е. с физической механической связью или без нее, во-вторых, по используемой элементной базе. В качестве датчиков могут применяться элементы с физическим разрывом электрической цепи (контактные) или бесконтактные: полупроводниковые, трансформаторные, резисторные. По способу управления к бесконтактным выключателям также можно отнести датчики с магнитоуправляемым герметизированным контактом - герконом.
Примером использования отечественных бесконтактных датчиков является стрелочный горочный электропривод СПГБ-4. В нём применяются бесконтактные датчики типа ДБП и ДБЛ трансформаторного типа с подвижным сердечником, которым управляет контрольный рычаг АП.
Из всего многообразия бесконтактных датчиков, давно и успешно применяемых в промышленности, для стрелочных электроприводов подходят далеко не многие. Их применение ограничено требованиями безопасности, которые предъявляются к напольным устройствам и ответственным цепям железнодорожной автоматики.
При этом главным требованием является то, что отказ любого элемента контрольной цепи, в том числе и датчика АП, схемы управления электроприводом не должен привести к сохранению контроля или получению на посту ЭЦ ложного контроля положения стрелки.
115
Причиной ложного контроля могут послужить как внешние воздействия на контрольный датчик, так внутренние изменения - внезапные или постепенные отказы.
В контрольной цепи СЭП отказы, приводящие к ложному контролю, являются опасными, а отказы, связанные с потерей контроля фактического положения, - защитными. В первом случае возникает угроза для безопасных передвижений подвижных единиц на станции. Во втором случае исключается возможность использования стрелки в маршрутизированных передвижениях, что зачастую влечет задержки поездов.
Отказами схемы управления и контроля электроприводом (далее -схемы) являются случайные однополюсные сообщения проводов, в том числе с проводами смежных цепей. Отказы схемы могут быть вызваны также ошибочными действиями обслуживающего персонала, в том числе перепутыванием линейных проводов (жил) в кабельных муфтах, проводов контрольных датчиков, а также коротким замыканием или обрывом проводов.
На работу датчиков могут оказывать влияние соседние (по общему кабелю) цепи (через емкость кабельных жил), наведенные электромагнитные токи от линий электротяги и высоковольтных линий электропередачи, внешние электростатические источники, выбросы токов при выключении индуктивных нагрузок (реле) ЭЦ и другие.
В этой связи датчики, чувствительные к внешним электромагнитным влияниям (к ним относятся индуктивные, емкостные, оптические, датчики Холла, магниторезистивные и др.), обязательно следует проверять на электромагнитную совместимость со схемой их включения. Реально возникающие при эксплуатации внешние воздействия не должны приводить к отказу датчика, даже защитному.
Все датчики должны проверяться также на функциональную безопасность, при которой отказ в виде короткого замыкания или обрыва внутреннего элемента датчика не должен приводить к возникновению полезного сигнала на выходе, т. е. к ложному контролю.
В полупроводниковых датчиках, кроме коротких замыканий и обрывов, при анализе схем на безопасность учитывается возможная трансформация (переход) транзистора или тиристора в неуправляемый диод. Если схема не переходит при этом в состояние защитного отказа, применение такого датчика недопустимо.
Исследования автора статьи структур различных датчиков, их характеристик, конструкций, опыта применения в промышленности, соответствия датчиков отраслевым требованиям РЖД к безопасности, а также экономической целесообразности привели к выводу, что наиболее пригодными для применения в АП электропривода являются датчики трех типов: трансформаторные с подвижным сердечником, резистивные и герконовые.
116
Принцип действия трансформаторного датчика основан на индуктивном взаимодействии двух электрических обмоток через общий сердечник (рис. 1), который непосредственно физически связан с контрольным рычагом АП. На одну обмотку датчика подается напряжение, вторая его обмотка подключена к нагрузке. Если контрольный рычаг подвел сердечник к обмоткам, происходит трансформация полезного сигнала на выходе датчика.
о
о
С
31
32
21 О р
22 0 Ь
ДАТЧИК «ПЛЮСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ» ДАТЧИК «МИНУСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ»
Принцип действия резистивного датчика основан на изменении электрического сопротивления в контрольной цепи при взаимодействии контрольного рычага АП и ползунка переменного резистора (рис. 2). Переменный резистор при этом работает в режиме «включено - выключено». Выключению соответствует максимальное сопротивление на выходе датчика, включению - минимальное. Коммутация тока происходит без физического разрыва электрической цепи. Современные переменные резисторы с металлопластиковой дорожкой обеспечивают высокую надежность датчиков в условиях эксплуатации железных дорог. При этом в процессе старения таких резисторов обеспечивается постоянство либо увеличение их сопротивления.
117
21 О
о р 31
О Ь 32
21 О
22 0
£
ДАТЧИК «ПЛЮСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ» ДАТЧИК «МИНУСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ»
Рис. 2
Принцип действия герконового датчика основан на взаимодействии и взаимоположении геркона и постоянного магнита, который конструктивно связан с контрольным рычагом АП. В зависимости от положения магнита включается или выключается геркон (рис. 3). Закрытый стальной корпус датчика защищает геркон от внешних магнитных полей. Герконы и герконовые датчики широко применяются в устройствах связи, станкостроении, авиации, автомобильной и других отраслях экономики, как дешевые и надежные устройства.
Описанные три типа датчиков имеют общее достоинство - являются необслуживаемыми элементами и надежны при работе в условиях эксплуатации стрелочного электропривода.
Применение указанных датчиков позволит исключить характерные отказы типового АП стрелочного электропривода и сделать его необслуживаемым на весь срок эксплуатации.
Следует отметить, что по сравнению с типовыми схемами управления СЭП (двух- и пяти проводной) новая схема управления электроприводом без контактов АП в рабочей цепи электродвигателя при применении рассмотренных датчиков в контрольной цепи потребует большей емкости
118
кабельных жил. Однако при этом значительно повышается надежность схемы управления СЭП в целом, что несомненно даст экономию при обслуживании приводов и повысит безопасность движения поездов.
о р 31 21 О р
О Ь 32 22 О 1о
ДАТЧИК «ПЛЮСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ» ДАТЧИК «МИНУСОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ»
Рис. 3
УДК 656.25 Д. А. Васильев
ИМИТАТОРЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
В последние годы на железных дорогах России появляется все больше микропроцессорных систем железнодорожной автоматики (ЖАТ), в том числе систем микропроцессорной централизации (МПЦ) и автоблокировки. В этих системах основной объем решений, связанных с безопасностью, возложен на программное обеспечение (ПО). Среди комплекса задач по обеспечению безопасности функционирования, решаемых средствами
119
