CC BY
21
УДК 621.313
Шнайдер1 А.Д., Михрячёв1 Д.А., Фильчиков1 Р.С., Кузина Е.А.2, Самаров В.В.3
*ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
2 ФГБОУ ВО «Московский технологический университет»,
3 ООО «16 НИИЦ», Россия, г. Мытищи
ИНДИКАЦИЯ И СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ БЛОКА ЭЛЕКТРОНИКИ
Данная работа посвящается разработке узла стабилизации напряжения и индикации для блока электроники электровоза ЭП20. Особое внимание уделяется вопросу импортозамещения. Приводится функциональная схема и номинальные параметры узла стабилизации. Говорится о необходимых характеристиках узла индикации. В заключении отмечается параметры защиты узла и размещения внутри корпуса.
Ключевые слова:
ЭЛЕКТРОВОЗ, ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ, БЛОК ЭЛЕКТРОНИКИ, СТАБИЛИЗАТОР, УЗЕЛ СТАБИЛИЗАЦИИ, ИНДИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ
Введение
В 2011 году на заводе «Трансмашхолдинг» при участии французской компании А1з"Ьош предоставила технические решения для нового двухсистемногс пассажирского электровоза получившего обозначение ЭП20. Локомотив стал «первенцем» стартовавшей программы по созданию локомотивов нового поколения. Осенью того же года на ЭКСПО-1520 была торжественно представлена новая отечественная серия электровозов [1].
Электровоз ЭП20 можно по праву назвать будущим отечественной железной дороги. Разработка получилась удачной, и уже в следующем году был получен заказ на 200 единиц такой техники, которая серьезно обновила парк локомотивов РЖД, а так же увеличила скорость перевозки на пассажирских линиях.
Пассажирскому электровозу ЭП2 0 «Олимп» производства Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ, входит в состав ЗАО «Трансмашхолдинг») присвоено звание лауреата Всероссийского конкурса Программы «100 лучших товаров России-2 016» в номинации «Продукция производственно-технического назначения» [1].
В федеральном этапе конкурса «100 лучших товаров России» в шести традиционных номинациях среди претендентов от всех региональных россий-
Ростовской области, представившие на рассмотрение экспертов более 7 0 товаров и услуг.
Рисунок 1 - Внешний вид электровоза ЭП2 0
ских представительств боролись
предприятия
Работа над проектированием поезда и его созданием велась действительно огромная. Необходимо было исследовать технические возможности железной дороги, количество потребляемой энергии, пассажирский поток по многим направлениям [2-5].
Был найден оптимальный вариант по компоновке центрального прохода и кузовного оборудования.
Блок юрчошых Ввод Тшовмй Шкаф нн1Кови.1ыиою
Рисунок 2 - Компоновка оборудования электровоза ЭП 20
2. Пневматический узел управления
Особое внимание уделялось разработке пневматического узла управления (ПУУ) токоприемниками электровоза, предназначенного для эксплуатации на контактных сетях переменного и постоянного тока. Разработка и освоение выпуска ПУУ вызвана
необходимостью обеспечения оснащения электровозов токоприемниками производства РФ (Новочеркасский завод), вместо токоприемников производства Франции. При разработке отдельных узлов ПУУ и его общей пневматической схемы учитывается необходимость использования импортных компонентов в
минимально возможном объеме. При этом использование таких комплектующих в тех местах, где нет отечественной альтернативы, рассматривается в перспективе освоения их выпуска предприятиями России [6-9] . Кроме вопросов освоения новой продукции актуальны и обстоятельства восстановления выпуска того, что давно не выпускалось.
Для работы с контактными сетями разного рода тока и разного напряжения на электровозе ЭП 20 установлено два типа токоприемников - «тяжелый» и «легкий». Тяжелый токоприемник используется для подключения к контактному проводу постоянного тока с относительно низким напряжением 3000 Вольт и относительно большим током до 1000 Ампер. Легкий токоприемник используется для подключения к контактному проводу переменного тока с напряжением до 27000 Вольт (номинал 25000 Вольт) и током до 200 Ампер.
Всего на электровозе ЭП 20 устанавливается четыре токоприемника - по паре токоприемников с каждой стороны локомотива. В каждой паре один токоприемник легкий, один - тяжелый. В кузове электровоза устанавливается два пневматических узла управления, каждый из которых управляет парой токоприемников (легкий и тяжелый) по выбору, в зависимости от рода тока в контактной сети.
Для обеспечения надежного контакта между токоприемником и контактным проводом давление в пневмоприводах токоприемников (тяжелого и легкого) должно поддерживаться с высокой точностью (не хуже 0,005 МПа) в условиях изменения высоты контактного провода, при движении электровоза со скоростью до 200 км/час.
В любой момент времени один пневматический узел управляет одним токоприемником, выбранным на данном участке движения.
3. Блок электроники
С 2014 года в России действует стандарт - ГОСТ 32204-2013 «Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава». Стандарт введен с учетом повышения скорости движения поездов на территории РФ [10-12]. Для того, чтобы выполнить требования данного стандарта, признано необходимым ввести в состав пневматического узла управления блок электроники, обеспечивающий следующие основные функции:
Узел стабилизации должен обеспечить формирование напряжений 24 вольта, 12 вольт, 5 вольт от напряжения бортовой сети электровоза со следующими параметрами:
Организация номинальное напряжение постоянного тока 110 В;
Пределы изменения питающего напряжения от 77 В до 145 В;
Максимальное значение питающего напряжения длительностью не более 1 с 170 В;
Максимальное коммутационное перенапряжение длительностью не более 0,005 с 500 В;
Допустимая частота пульсаций не менее 20 Гц; Допустимое время пропадания питания на входе устройства не более 0,05 с.
Номинальное напряжение 110 У/БС. Диапазон изменения питающего напряжения 70В ^ 160В. Максимальная амплитуда коротких выбросов (не более 10-5 сек) 500В. Характеристики напряжений, формируемых источником питания:
Постоянное напряжение 21^25 В с потребляемым током до 100 мА
*постоянное напряжение 12В для питания затворов полевых транзисторов.
*постоянное напряжение 5В для питания логических микросхем с допустимым потреблением 300 мА.
Организация разных режимов работы пневматического оборудования в разных фазах работы токоприемника;
Возможность индивидуальных для каждого токоприемника настроек стабилизируемого давления, скорости подъема и скорости опускания токоприемника;
обеспечение простоты установки и контроля необходимых настроек;
точное поддержание стабилизируемого давления при скорости движения электровоза до 200 км/час относительно контактного провода, подвешенного на опорах с расстоянием от 20 до 30 метров между опорами при провисе провода между ними до 0,5 метра;
снижение трудоемкости текущего обслуживания электровоза.
Блок электроники формирует электрические сигналы, управляющие пневматической арматурой. В состав блока электроники входят два датчика давления (по одному на токоприемник), по сигналам которых стабилизируется необходимое для данного токоприемника, в данной фазе его работы (подъем, стабилизация, опускание) давление [13-15]. Управление токоприемником осуществляется по алгоритму регулирования потока воздуха в линии пневмопривода токоприемника в фазах подъема и опускания, и стабилизацию давления в поднятом токоприемнике в фазе токоприема.
4. Разработка узла стабилизации и индикации
В составе блока электроники имеется узел стабилизации, понижающий входное напряжение (поступает от бортовой сети электровоза) 110 Вольт до промежуточного напряжения 24 Вольта. Из этого промежуточного напряжения узлом стабилизации блока электроники вырабатывается напряжение 12 Вольт для управления выходными полевыми транзисторами и напряжение 5 вольт для питания микроконтроллера, логических элементов и элементов узла индикации. Узел индикации предназначен для отображения информации по состоянию блока электроники, его настройке и предупреждения о некорректной работе устройства.
На рисунке 3 показана функциональная схема узла стабилизации:
Источники с постоянным напряжением 12В и 5В питаются от источника постоянного напряжения 21^ 25В, а их суммарное потребление не должно превышать 10 0 мА.
Характеристики индикатора: выводятся 4 разряда, для вывода использовать семисегментные индикаторы с точкой. Индикация должна уверенно читаться с расстояния 1,5 метра. Шина приема данных для индикации должна содержать минимальное количество линий (проводов). Общее потребление схемы индикации не должно превышать 100 мА от источника 5 В.
При определении топологии печатной платы блока электроники необходимо разместить узел стабилизации и индикации на отдельном участке платы, как можно ближе друг к другу. Это необходимо для минимизации длины проводников, по которым протекают наибольшие токи в составе блока электроники. Данное требование связано с обеспечением минимального уровня возможных внутренних наводок, создающих вероятность сбоев работы блока и не менее важное требование по минимальному уровню электромагнитного излучения от блока электроники в окружающее пространство. Выполнение последнего требования обязательно в со-
Рисунок 3 - Функциональная схема узла стабилизации
ответствии с нормами электросовместимости, регламентированными российскими и международными стандартами.
При разработке узла стабилизации напряжения и узла индикации необходимо обеспечить максимально возможный и приемлемый по габаритам и стоимости запас надежности по тепловому режиму, и по возможным коммутационным броскам напряжения в бортовой сети питания электровоза.
Разрабатываемый узел входит в состав блока электроники и занимает выделенное место на общей печатной плате этого блока. Площадь, занимаемая узлом питания и индикации на плате блока электроники должна составлять не более 1,5 дм2.
Узел должен располагаться на общей плате компактно и иметь собственные разъемы для подключения входного питания и нагрузок.
Наработка на отказ должна составлять не менее 20000 часов. Срок службы в составе прибора не менее 10 лет, с учетом проведения ремонтных работ.
Узел питания и индикации должен функционировать в составе устройства, соответствующего климатическому исполнению У2 по ГОСТ 15150. Температура окружающей среды от минус 50ОС до плюс 60°С.
По устойчивости к воздействию внешним механическим факторам узел должен соответствовать параметрам группы М25 (приборы, устанавливаемые внутри кабины подвижного состава).
Разрабатываемый узел размещен внутри корпуса пневматического узла управления. В этой компоновке какие-либо требования «по №» к внутреннему корпусу не предъявляются.
Заключение
Основной задачей разработки узла стабилизации напряжения и индикации является необходимость в минимальном использовании импортных компонентов и поддержание отечественного производства. Немаловажным является восстановление продукции, выпуск которой был некогда приостановлен, что привело к потерям экономической составляющей нашей страны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Электровоз магистральный пассажирский двойного питания ЭП20 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.nevz.com/ep2 0.php
2. Лысенко, А.В. Анализ современных систем управления проектами / А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 371-372.
3. Лысенко, А.В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА /
A.В. Лысенко, Е.А. Данилова, Г.В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.
4. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.
5. Богатырев, Е. А. Энциклопедия электронных компонентов. Том 1. Большие интегральные схемы / Е.А. Богатырев, В.Ю. Ларин, А.Е. Лякин. - М.: МАКРО ТИМ, 2006. - 246 c.
6. Лысенко, А.В. Конструкция и методика расчета гибридного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией / А.В. Лысенко, А.В. Затылкин, Н.А. Ястребова // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 4. С. 73-78.
7. Коновалов, А.В. Программная реализация нейронной сетис использованием нейронов с модулем памяти / А.В. Коновалов, А.В. Лысенко, Н.В. Горячев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 60-67.
8. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.В. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.
9. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
10. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / А.Г. Белов, В.Я. Баннов,
B.А. Трусов, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 265-272.
11. Лысенко, А.В. Методика моделирования влияния внешних механических воздействий на динамические параметры РЭА в среде MATHCAD / А.В. Лысенко // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 51. С. 68-69.
12. Электровоз магистральный ЭП 20. Руководство по эксплуатации / Деревлева, 2010 г. - 297 с.
13. Автоматизированная многоканальная виброиспытательная установка / А.В. Лысенко, А.В. Затылкин, Д.А. Голушко, Д.А. Рындин, Н.К. Юрков // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2012. № S. С. 83.
14. Голушко, Д.А. О скорости изменения частоты при проведении испытаний для определения динамических характеристик конструкции / Д.А. Голушко, А.В. Затылкин, А.В. Лысенко // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 147-154.
15. Лысенко, А.В. Анализ современных методов вибрационной защиты радиоэлектронной аппаратуры / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 135-142.
УДК 699.81
Филиппов Е.А., Ли А.Д., Орехов Е.М.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМА ГАЗОВОГО МОНИТОРИНГА В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Приведена статистика взрывов бытового газа в жилых помещениях, рассмотрены существующие методы предотвращения таких несчастных случаев, предложена сравнительно недорогая и простая в реализации система газового мониторинга квартир и подсобных помещений, обеспечивающая контроль утечки газа, определение очагов возгорания, перекрытие подачи газа в потенциально опасное помещение и передача информации о случившемся в блок сбора информации, находящийся в аварийной службе. Изготовлен макетный образец, подтвердивший свою работоспособность. Предложено оснащать системой газового мониторинга строящиеся жилые объекты и существующий жилой фонд
Взрывы бытового газа в российских домах становятся печальной традицией. По всем фактам газовых взрывов проводится расследование соответствующими службами.
По данным мировой пожарной статистики, помещённых на Яндекс, Россия находится в числе
стран, лидирующих по среднему числу погибших на 100000 чел. на уровне с Украиной и Латвией.
Только по статистике экспертов группы компаний «Городской центр экспертиз» (ГЦЭ) из Санкт-Петербурга, только с января по февраль 2008 года в Российской Федерации произошло 2 0 ЧП, в результате которых погибли 29 человек и еще более
