CC BY
40
УДК 656.25:621.318
Б. М. БОНДАРЕНКО (ДНУЗТ)
П1ДВИЩЕННЯ БЕЗПЕКИ РУХУ ПО1ЗД1В ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ Д1АГНОСТУВАННЯ ПРИЛАД1В ЗАЛ1ЗНИЧНО1 АВТОМАТИКИ
Запропоновано комплексне використання методiв неруйнiвного контролю для автоматизованого дiагно-стування електромагнiтних реле залiзничноl автоматики першого класу надiйностi. Наведено способи ви-значення 1х механiчних параметрiв, що дозволяе виключити людський фактор з контролю, тдвищити надш-шсть приладiв залiзничноl автоматики та безпеку руху залiзничного транспорту.
Ключовi слова: електромагштш реле, дiагностика реле, тдвищення безпеки руху на залiзницi
Вступ
Безпека руху на залiзничному транспорт забезпечуеться пристроями залiзничноl автоматики першого класу надшноси, основу яких складають електромагнiтнi реле, в яких ймов> рнiсть небезпечних вiдмов мiнiмiзована за ра-хунок конструктивних особливостей.
Електромагштш реле е найбшьш поширеш-шими електромагнiтними приладами в системах зашзнично! автоматики i телемеханiки, на перевь рку та регулювання яких витрачаеться багато ре-сурсiв i часу, на однiй дистанцп сигнашзацл i зв'язку Укрзалiзницi !х майже 30 000 штук.
Досвiд експлуатацп пiдтверджуе факт 1х на-дшно! роботи: ресурс реле типiв НМШ, НР та iн. перевищуе 40 роюв, однак цей факт не ска-совуе необхiднiсть перiодичного контролю па-раметрiв таких реле, для запобтання небезпечних вiдмов систем автоматики де вони працю-ють. Частка вiдмов за 2006 - 2011 роки складае 2,5-3 % загально! кшькосп вiдмов приладiв автоблокування й електрично! централiзацil, якi застосовуються на Укрзалiзницi [1].
Постановка завдання
Реле першого класу надшносп не мають елеменпв вбудованого контролю i дiагносту-вання, тому технологiею передбачено обов'яз-ковий перiодичний контроль !х електричних, часових i механiчних параметрiв [2]. При цьо-му, незалежно вiд стану та умов роботи реле в процес експлуатацп, застосовуються довготри-валi ручнi операци iз залученням висококвал> фiкованих фахiвцiв i вiдповiдного обладнання в ремонтно-технологiчнiй дшьнищ (РТД). Також, згiдно технологи, передбачаеться неавтомати-зований вихiдний контроль параметрiв, який частково повторюе перелiк зроблених перев> рок. Як наслiдок, значна кшьюсть вiдмов пiд час експлуатацп реле вщбуваеться за рахунок порушень технологи регулювання реле в РТД (12 %), вщсутносп контакту в штепсельному
з'еднанш (35 %) та з шших причин [1]. До не-долтв юнуючо1 технологи слщ вiднести вщсу-тнiсть автоматизацп вимiрювань та призначен-ня перiодичностi ремонту для всього парку реле з урахуванням найбшьш важких за рiвнем струму режимiв роботи контакпв, тодi як 70 % реле працюють в полегшеному режимi та не потребують регулювання з вщкриттям герметичного кожуху [2].
В багатьох крашах, що використовують електромагштш реле в залiзничнiй автоматищ, розв'язуються питання контролю електричних i часових параметрiв електромагнiтних реле за допомогою рiзних автоматичних цифрових пристро1в i систем без вiдкриття герметичного кожуха iз автоматизованим збереженням результата перевiрок. Але, при цьому, такими пристроями не передбачено визначення меха-шчних параметрiв реле. Iснуючi розробки для визначення механiчних параметрiв реле без ро-зкриття його герметичного блока, е одинични-ми екземплярами та не набули широкого засто-сування через низьку точнють вимiрювань, складнiсть !х конструкцiй та використання [3].
Наразi iснуе потреба в удосконаленнi технологи обслуговування, вимiрювання параметрiв електромагштних реле та в розробцi нових шд-ходiв зi створення автоматизованих дiагности-чних комплексiв, що дозволить тдвищити на-дiйнiсть реле, точнють вимiрювання !х параме-трiв, а отже тдвищити безпеку руху.
Шляхи ви].мшення завдання
Пiд час створення автоматизованого дiагно-стичного комплексу пропонуеться одночасне застосування декiлькох методiв неконтактного дiагностування стану реле. Одним з ефектив-них методiв неконтактного дiагностування ра-дiоелементiв, у тому чи^ i реле, е акустичний метод [4].
Акустичне дiагностування полягае у тому, що акустичний шумовий сигнал реле породжу-еться при перетворенш енерги пiд час руху ме-
© Б. М. Бондаренко, 2012
хашчних частин реле. Так енерпя маси якоря шд час тяжiння i зiткнення з полюсним наконечником перетворюеться у теплову енергiю та енерпю деформацп, породжуючи механiчнi хвилi у деталях реле, корпусi та навколо нього.
Максимальне значення ампл^уди шуму ис спiвпадае з зупинкою якоря реле пiд час його удару об полюсний наконечник реле та зале-жить вiд зносу мехашчних частин, зокрема ан-тимагштного штифту 5п (рис. 1 а-г).
Для дiагностування реле достатньо застосуван-ня вимiрiв iмпульсу сили тд час удару якоря о полюсний наконечник за визначений час тривало-сп удару. При цьому iмпульс сили визначаеться
5=|^,
або
де - ¡мпульс сили;
ив
0,4
5 = ^ Ы,
(1) (2)
¥ср - середня сила»;
Ы - час дн сили [5].
При прямому ударi антимагнiтного штифта о полюсний наконечник iмпульс тiлар = тУ буде рiвний iмпульсу сiли
тУ = ^ - Ы, (3)
де т - приведена маса якоря;
тл • 17 тУ
V - швидюсть якоря, ЗBiДСИ Ьср = .
При ударi iмпульс маси якоря рiвний iмпу-льсу сили породжуе акустичш хвилi, якi мшро-фоном перетворюються в електричну напругу -ис вiд акустичних коливань, при цьому, на прямокутно! дшянщ акустично! характеристики мiкрофону:
Р - ре\ . (4)
0,2 0
5мм
2,0
1.0
хи0
1
• ; „ ■
1
|б0
ив
0,4 0,2 0
5мм, 2,0
1.0
а)
0,1
Щ
|
II
...
Ь, ''
| О!
0,1 с
1,0
1,0
\Л_
1 и3 1А
ш
-53 л
б)
В)
0,1
Г)
0.1
Рис. 1. Амплггуди шумових сигнал1в реле ис при р1знш висот1 антимагнитного штифта дп :
а - 50 = 0,0 мм; б - 51 = 0,1 мм; в - б2 = 0,2 мм; г - б2 = 0,3 мм
На основi накопичення статистично! шфор-мацл, визначаеться об'ект, який шумить iз зна-чно меншим вiдхиленням вщ еталону, за результатами чого з певною iмовiрнiстю можна робити висновки про справшсть об'екту.
Оптичне д1агностування стану реле за роз-мiрами його повiтряного промiжку базуеться на рiвняннi струму, що протшае через фотодiод, який рееструе осв^лешсть створену випромi-нювачем:
= 8 Ф - 4
( (виг } }
ехр
V V
квТ
-1
У У
(5)
де Iу - фотострум;
- чутливiсть фотодюда;
Ф - освiтленiсть;
16, - струм насичення;
кв - стала Больцмана;
Т - температура, К [6].
Вiдомi форми колiматорiв випромшювача -прямокутна i кругла (рис. 2).
На рис. 2 зображений фiзичний промiжок з проекщями двох форм колiматорiв, де 1 - яюр, 2 - повггряний промiжок, 3 - полюс, 5в - вщ-стань, яка вишрюеться i знаходиться на рiвнi -к, Н - висота полюса, г - радiус круглого ко-лiматору. До цих форм отримано залежносп для визначення вщсташ якоря реле - 5в по зна-ченню площi яскравостi змшного повiтряного промiжку 8. Так якщо висота прямокутного колiматора випромшювача, менше висоти Н:
5в = 25 (2 + Н ).
(6)
5в =
Якщо висота колiматора, бiльше або рiвна висотi Н:
Иг,! 1 - 8т2 в /2 ^к2 - г2 (1 - 8Ш2 в /2)
(8)
5в =
25 (Н - к)
Н2
(7)
де в =
6пг2 -125
кут якоря,
де 5 - площа яскравосп (5 = ^ 5 ■ кк);
кк - коефщ1ент калiбрування (у припущен-нi, що корисний сигнал визначаеться розмiрами площi поля яскравостi 5 i освгглешстю Ф на приймальнiй апертурi).
Для кол1матору кругло! форми:
г - радiус колiматора випромiнювача [7].
Оптичний метод надае можливiсть у будь який час знати положення якоря, яке викорис-товуеться для визначення мехашчних парамет-рiв реле.
Поряд з шшими методами пропонуеться ви-користовувати електромагнiтне дiагностування стану реле.
а)
б)
Рис. 2. Фiзичний промiжок з проекцiями двох форм колiматорiв випромiнювача: а - прямокутно! форми; б - кругло! форми
Електромагнтне дiагностування реле по-лягае у визначенш електромагштних зусиль шд час роботи реле, !х сшввщношенш з розм1рами повггряного зазору та комутащею контакпв, це надае можливють автоматизувати процес визначення контактного тиску.
Математична модель тдсистеми електрома-гштного каналу вим1рювання представлена у вигляд1 розрахунюв тягового зусилля в робо-чому зазор1 реле, як виконаш за формулою
Ф2
Максвелла: ^ = ,
25Л
де ^ - електромагштна сила;
51 - площа полюсного наконечника; Ф - магштний потш;
ц0 - магштна стала [8]. За формулою Гопкшса магштний потш Ф визначаеться з урахуванням магштних опор1в д1лянок магштопроводу, Яц12 5 5
Ф = ■
Е
I
1=1
5
(9)
0 ^ 51^0
де Е - магшторушшна сила, створювана обмоткою. Магштний потш, що протшае по магш-топроводу реле НМШ при р1знш проникносп
буде Ф =
51^0МЕ1
Ц
Е
або Ф = ^^, та Е = ^ ' Ф .
Км1 1
2
Прийнято, що за будь-яко1 величини потоку МРС наконечника:
E = ц .smei=1 1 S1^ ц '
(10)
E,
Тодi на будь-якiй дiлянцi Ф = ——, звiдки
Ks
Ф2
—- = ц - е лшшна залежнiсть [9]. Ф1
Для створення магнiтноï проникносп, рiвнiй одиницi на п'яти феромагштних дiлянках маг-нiтопроводу, для реле НМШ витрачена МРС: EM = E + E2 + E3 + E4 + E5.
1з зростанням потоку вся додаткова МРС, яка прикладена до всього магштопроводу, до-даеться до пов^ряного зазору: Em = Eзагал - Eм ,
5Ф
тодi МРС, прикладена до зазору: Eвз =-= 1,
S1^0
при ц = 1 [9].
Це вщбудеться, якщо потiк досягне величи-
ц ...
ни —, що вщповщае рiвнянню для визначення S
магнiтноï проникностi.
Визначення моменту зрушення якоря та контактного тиску здшснюеться за допомогою оптичного датчику, та сумюно iз кривоï струму, використовуеться для визначення контактного тиску шляхом рiшення диференцшного рiвнян-ня руху рухомих частин реле
F = m d2s+/тр — ± cs+f0, (11)
е 1 dt2 тр dt 0
де m - приведена маса рухомих частин реле; S - перемщення якоря; / - питома сила опору руху якоря i рухомих частин реле;
C - приведена жорстюсть контактних i по-воротних пружин;
F0 - початкове значення електромагнiтноï протидiючоï сили;
F - сила тяжшня, що дiе на якiр [8]. Визначення сумюного ходу тилових i фрон-тових контактiв здiйснюеться шляхом зютав-лення залежностi руху якоря тд час вмикання реле i вщповщних моментiв комутацiï. Елект-ромагштну силу тяжiння якоря (11) представи-мо як:
Fe(t ) =
ц0 i(t ) w2 S nS(t )2
(12)
п - число груп контактш.
Контактний тиск Рк в реле НМШ i РЕЛ створюеться попереднiм натисненням упорних пластин на фронтовi i тиловi контакти Р0 та силою реакци сумюного ходу контактних пружин АРк:
Рк = Р0 +АРк = Суприх +Сусум, (13)
де С - жорсткiсть контактних пружин;
уприх - прихований хiд контакту;
Усум - СУмiсний хiД.
Система рiвнянь для реле НМШ з п -групами контактiв матиме наступний ви-гляд.
Для тилових контакпв:
Fe (T1) = Кя (m a(T ) + (Q + C0 ) X
X nyT 1 + CT УТС1 )
FeT) = Fe (Ti-1) + Kя (ma(Ti ) + ((n - i +1) x
xCT + nCo )( yTl yTi-1 ) + CTyTCi )
Для фронтових контактiв:
Fe(F) = Fe(Tn) + Кя(ma(F1) + nCo x
x(Smax - S0 - yTn - yF1) + CFyFC1 )
Fe(F) = Fe(F-1) + Кя (ma(F ) + (i -1) x
x(CF + nC0 )(Ут-1 - yFi ) + CFyFCi )
.(14)
. (15)
де ц0 - магнiтна проникшсть повiтряного про-мiжку;
w - кшькють виткiв у обмотцi реле; S - площа полюса сердечника реле; S(t) - залежнiсть промiжку вщ часу;
де Т, Ц - це моменти часу у порядку розми-кання тилових i замикання фронтових контак-тiв при включенш реле;
СТ, С0, Ср - жорсткiсть пружин, вщповщ-но тилових, загальних i фронтових контактiв;
УТ1 , Уя - сумiсний хiд тилових i фронтових контактiв;
УТС1, Ув^С1 - прихований хiд тилових i фронтових контактiв.
При цьому, для визначення ¥е окремого контакту ) отримують за допомогою розгляну-того вище оптичного методу.
Розв'язанням систем рiвнянь (14) i (15) визначаеться прихований хд кожного контакту реле ^ отже, визначаеться попередне натиснен-ня контактiв реле Р0 та отримуемо Рк з (13).
Висновок
Запропоноваш методи дозволяють успiшно розв'язати проблему автоматизацп дiагносту-вання реле залiзничноl автоматики типiв НМШ, РЕЛ та ш., визначити !х електричнi i механiчнi параметри, зокрема контактний тиск i пов^ря-ний зазор, яю в РТД досi визначають уручну iз розбиранням блоку реле.
Автоматизащя дiагностування виключае
людський чинник з контролю параметр1в реле, що тдвищуе надштсть прилад1в затзнично! автоматики, за рахунок чого шдвищуеться без-пека руху на зал1зничному транспорт!.
Результати автоматизованого контролю збе-р1гаються у паперовому { електронному вигщщ до чергово! перев1рки, що тдвищуе достов1р-шсть результата { виключае втрату даних на протяз1 всього термшу експлуатаци приладу. Скорочуеться час перев1рки параметр1в, реал1-зуються умови для визначення перев1рки пра-цездатносп реле за його станом.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. ЦШ/14/546 Анатз експлуатацшно! роботи галуз1 автоматики, телемехашки та зв'язку за 9 мюящв 2011 року, вщ 01.11.2011.
2. Сороко, В. И. Реле железнодорожной автоматики и телемеханики [Текст] / В. И. Сороко. -М. : НПФ «ПЛАНЕТА», 2002. - 696 с.
3. Грачев, Г. Н. Автоматизированный комплекс ремонтно-технологического участка для проверки реле и релейных блоков [Текст] / Г. Н. Грачев, К. О. Колюжный, Ю. А. Липовецкий // Автоматика, телемеханика и связь. - 1993. - № 5. - С. 19-21.
4. Разгонов, А. П. Акустичний мониторинг електромагштних реле [Текст] / А. П. Разго-
Б. М. БОНДАРЕНКО
нов, Г. Л. Морозов, Б. М. Бондаренко // 1нформащйно-керуюч1 системи на зал1з-ничному транспорта - 2011. - № 2. - С. 8593.
5. Контроль шума в промышленности [под ред. Дж. Д. Вебба. пер. с англ]. - Л. : Судостроение, 1981. - 312 с.
6. Борн, М. Основы оптики [Текст] / М. Борн, Э. Вольф [пер. с англ. ; изд. 2, испр.] -М. : Наука, 1973. - 720 с.
7. Разгонов, А. П. Моделювання оптичних вим1р1в електромагштного реле [Текст] /
A. П. Разгонов, В. В. Лагута, Б. М. Бонда-ренко // 1нформацшно-керуюч1 системи на зал1зничному транспорта - 2011. - № 5. -С. 68-73.
8. Витенберг, М. И. Расчет электромагнитных реле [Текст] / М. И. Витенберг. - М. : Энергия, 1975. - 416 с.
9. Аркатов, В. С. Теория распределения магнитодвижущей силы (МДС), создаваемой ампер-витками намагничивающей обмотки по участкам магнитопровода [Текст] /
B. С. Аркатов, Ю. В. Аркатов. - М. : Орг-серв, 2005. -160 с.
Надшшла до редколегп 22.11.2012.
Прийнята до друку 23.11.2012.
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПУТЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДИАГНОСТИКИ ПРИБОРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ
Предложено комплексное использование методов неразрушающего контроля для автоматизированной диагностики электромагнитных реле железнодорожной автоматики первого класса надежности. Приведены способы определения их механических параметров, что позволяет исключить человеческий фактор из контроля, повысить надежность приборов железнодорожной автоматики и безопасность движения железнодорожного транспорта.
Ключевые слова: электромагнитные реле, диагностика реле, повышение безопасности движения железнодорожного транспорта
B. М. BONDARENKO
SAFETY MOTION INCREASE OF TRAINS BY IMPROVEMENT DIAGNOSTICS PROCESS DEVICES OF RAILWAY AUTOMATION
The complex use of methods of nondestructive check for the automated diagnostics electromagnetic relays of railway automation the first class reliability is offered. The methods determination of their mechanical parameters are resulted, that allows to exclude a human factor from the control, promote reliability of devices railway automation and safety motion of railway transport.
Keywords: electromagnetic relays, diagnostics of relay, safety motion increase of trains
