CC BY
18УДК 620.9
Халиков А. А. доктор технических наук, профессор, Ташкентский государственный транспортный университет,
Ташкент, Республика Узбекистан Ортиков М.С. PhD, доцент,
Ташкентский государственный транспортный университет,
Ташкент, Республика Узбекистан Khalikov A.A. Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent State Transport University, Tashkent, Republic of Uzbekistan Ortikov M.S. PhD, Associate Professor, Tashkent State Transport University, Tashkent, Republic of Uzbekistan E-mail: xalikov_abdulxak@mail.ru
Расчет и проектирование импульсных размагничивающих устройств Calculation and design of pulsed demagnetizers
Аннотация: В статье рассматриваются вопросы разработки, расчёта и проектирования импульсных размагничивающих устройств рельсовых плетей железнодорожного транспорта, которые отвечают техническим требованиям и соответствуют стандартам и комплекту конструкторской документации.
Abstract: The article deals with the development, calculation and design of pulsed demagnetizing devices for rail lashes of railway transport, which meets the technical requirements and complies with the standards and a set of design documentation.
Ключевые слова: расчет; проектирование; импульсные размагничивающее устройство; рельсовые плети; железнодорожный транспорт.
Keywords: calculation; design; pulsed demagnetizer; rail lashes; railway transport.
Введение
Важное стратегическое значение для Республики Узбекистан имеет железнодорожный транспорт. Он связывает воедино экономическую систему Республики, обеспечивая стабильность промышленных предприятий, своевременный подвоз наиболее важных грузов в самые отдаленные уголки страны. Акционерное общество «Узбекистон темир йуллари» (АО «УТЙ»), в настоящее время выполняет около 40% грузов и более 70% пассажирских перевозок страны [1-3].
Качество процесса перевозки на железнодорожном транспорте определяется быстротой, надежностью и безопасностью доставки грузов и пассажиров к месту назначения. Эти показатели зависят от успешного функционирования и взаимодействия подразделений и хозяйств.
Значительна роль этого взаимодействия в сетях размагничивания рельсовых плетей железнодорожного транспорта [4-7].
Размагничивающее устройство состоит из электромагнитов, шкафа управления и источника питания в виде дизель — генератора [3]. Для осуществления разработки размагничивания рельсовых плетей требуются нестандартные электромагниты. Электромагнит состоит из магнитопровода и катушки индуктивности. Магнитопровод изготавливается из лучших сортов стали марок 3405, 3406 и другие. Обычно он изготавливается из пластин стали толщиной 0,35мм и 0,27мм. Для изоляции между листами магнитопровода используются жаростойкие покрытия. Для улучшения характеристик стали производить закалку пластин их отжигом. Диаметр стержня выбирается из расчета требуемых обмоток индуктивности. Размеры поперечного сечения стержня и размеры охлаждающих каналов определяются в соответствии с ГОСТом. Магнитопровод для размагничивания рельсовых плетей с указанными размерами изображается рис. 1. Размеры даны в миллиметрах.
Рисунок 1 — Магнит провод для размагничивания рельсовых плетей
Количество витков катушки индуктивности электромагнита определится:
U 75
w = — =-= 1 2 0 витков, где ив = 0,62 5В; требуемое сечение проводов:
líg 0,625
5 = — =-= 1 8 0 8,64 * 1 0 6м 2 = 1 ,8 * 1 0 Зм 2. Ток в катушке
4 4
U 9
индуктивности составит / = = 2 0 Л, где L = fifi0n 2/5 = 0 , 1 1 9 Г н ,
I 104
i = 2 5 1 , #=/?- = 0 ,0 1 7 О м ; индукция в стержне будет: В с = ив * 444^-п =
ф s
0 . 85 Т л. Индукция в воздушном зазоре определится: Вв = — = Вс—, где 5С и 5в
- сечения сердечника и зазора, соотвественно равны: 5С = 5 , 5 * 1 0 _ Зм 2 ; 5в = 1 5 , 5 * 1 0 _ Зм 2; при этом Вв = 0 , 3 Т л . М.д.с. катушки электромагнита составит: .
Между электромагнитом и рельсом распространяется электромагнитная волна. Известно, что электромагнитные волны распространяются только в диэлектриках, в проводящих средах амплитуда электромагнитного поля затухает. Быстрота затухания характеризуется глубиной. Расстояние Л, при котором амплитуда электромагнитной волны затухает в раза,
называется глубиной проникновения волны. Глубина проникновения
анализируемой волны: Л = - = I—2— = I-2—=-- = = 5 . 1 5 6 м м.
к ЛАШЦЦОУ >J 31.4*251*47Г*10-77.6*106
Анализ показывает, что при глубине проникновения 5,156мм электромагнитной волны в рельсовую плеть, величина амплитуды электромагнитного поля действительно уменьшилась в 2.7 раза.
Длина волны в рельсовой плети Я = 2пА равна 32,39мм, то есть амплитуда электромагнитного поля на расстоянии, равном длине волны, убывает в екЯ = е2п = 535,5 раза. При этом расстоянии, то есть равным длине волны, векторы электромагнитного поля фактически равны нулю.
Фазовая скорость при частоте V = 5Гц будет: Vф = — = м * Д= 31.4 *
* /с
* 5.156 = 0.16м/с. Таким образом, размагничивающее устройство позволяет размагничивать рельсовую плеть на глубину 5,156мм, глубинные же слои рельса остаются намагниченными. Воздействия импульсного электромагнитного поля не оказывает существенного влияния. Остаточная намагниченность составляет до 700мкТл. Это означает, что с течением времени появляется вновь намагниченность. Для эффективного размагничивания необходимо использовать частоты от 5Гц до 10Гц. Такой подход позволяет обеспечить полное размагничивание по всей глубине.
Для управления процессами размагничивания применяется шкаф управления, в котором размещены блок управления и формирователь импульсов. Блок управления состоит из трех диодно-тиристорного модуля, каждый из которых содержит: понижающий трансформатор, электронный амперметр, вольтметр, ваттметр, температурный датчик, радиатор с воздушным охлаждением и автоматическим переключателем.
Понижающий не стандартный специализированный трансформатор позволяет понижать значения напряжения с 220В на 75В.
Электронный амперметр служит в блоке управления для измерения токов в катушках индуктивностей, а по величине тока можно судить о значениях индукции электромагнитного поля.
Электронный вольтметр измеряет напряжение, подаваемое от трехфазного источника питания на блок управления.
Электронный ваттметр служит для измерения активной мощности устройства размагничивания.
Температурный датчик позволяет контролировать температуру катушек индуктивностей. Если температура катушек индуктивностей превысит нормативные параметры, автоматически включается индикатор на дисплее и отключается через определенное время источник питания [8-11].
Для естественного охлаждения модуля применяется радиатор из алюминия для, а внешнего искусственного охлаждения вентилятор.
Радиатор выбран марки — О253 с рассеивающей мощностью 220Вт и с площадью охлаждающей поверхности в 6000см . Предварительно радиатор был переоборудован на применение модулей. Фотография радиатора с модулями показана на рис.2а. Для охлаждения воздухом, как силовых элементов, так и формирователя импульсов, применили 4 вентилятора типа Л01550ЛБХЬ от фирмы ЛпёеН каждый мощностью в 25Вт. Три вентилятора работают на охлаждении трех радиаторов, один — на вытяжку теплого воздуха из шкафа. Фотографии устройств охлаждения-вентилятора представлены на рис. 2 а, б.
Рисунок 2 — Фотографии устройств охлаждения
Для разработанной схемы управления применяются два модуля: диодно-тиристоры БККИ 106/16Е и диодно-диодный БККО 100/16 (рис.3). Объединение этих двух модулей даёт схему управления:
02
т1
оь-ок-
01
А
кн
Рисунок 3 — Схема соединения модулей
Общий вид и схемы модулей показаны на рис.4.
а)
б)
Рисунок 4 — Силовые модули: а)8ККИ 106/16Е, б) 8ККБ 100/16
Формирователь импульсов состоит из понижающего трансформатора 220В/9В, выпрямительного моста, преобразователя в импульсный сигнал, частотного преобразователя, устройства для регулирования длительности импульсов, индикаторов и дисплеев частоты и длительности импульсов, сенсорных кнопок для пуска и отключения питания. Нажатием кнопки подается напряжение на выпрямительный мост. В это время на индикаторе появляются значение частоты и длительности, установленные при последнем включением. Кнопками на панели устройства можно установить требуемые значения частоты и длительности. Эти изменения происходят при каждом нажатии кнопки. При нажатии кнопки «Пуск» загорается светодиод над кнопкой и начинается формирование импульсов. При повторном нажатии ее светодиод
гаснет и формирование импульсов прекращается. При отключении питания все настройки сохраняется. Устройство представляет возможности различных вариантов настройки, показанных в табл. 1. Так как для качественного размагничивания требуется низкая частота, при которой электромагнитные волны проникают в рельсовую плеть на большую глубину, формирователь импульсов рассчитан на изменение частоты импульсов от 5Гц до 25Гц. Изменение частоты не влияет на регулировку длительности импульсов. Изменение частоты и длительности импульсов влияет только на получение большего тока в обмотках индуктивностей (электромагнитов). Длительность импульсов влияет на выбор скорости движения вагона-платформы. Скорость допустимо увеличивать при уменьшении длительности импульсов.
Таблица 1 — Возможные варианты настройки формирователя импульсов
Частота, Гц Длительность, мс
25 15 20 25 30
20 15 20 25 30 35 40
17 15 20 25 30 35 40 45 50
14 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
12 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
11 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
9 30 40 50 60 70 80 90
8 30 40 50 60 70 80 90 100
7 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
6 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
5 30 40 5 0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Заключение.
При проектировании были реализованы задачи управления надежностью и безопасностью движения железнодорожного транспорта. Разработанные нами
размагничивающие устройства отвечают всем требованиям, предъявляемые к элементам автоматики телемеханики на железнодорожном транспорте.
Проектирование устройства отвечает техническим требованиям и соответствовал стандартам ГОСТ 12997, ГОСТ 22789 и комплекту конструкторской документации КД 01116578.001. Для устройства размагничивания рельсовых плетей получен «Стандарт организации» от «O'zbekiston Davlat Standarti» под номером «TS 01116578-001:2018» от 26 декабря 2018г. Согласно принятому стандарту разработаны устройства размагничивания рельсовых плетей в четырех вариантах: стационарное устройство размагничивания рельсовых плетей для УП «РСП-14» при АО «УТЙ», мобильное устройство на тележке, на дрезине и подвижной вагон-платформа импульсного размагничивания.
Список литературы
1. Концепция построения оперативно-технологической связи Российских железных дорог. Редакция 3. — М.: ВНИИЖТ, — 2000.
2. Узбекские железные дороги: официальный сайт. — [Электронный ресурс]. — Электрон. данн. — Режим доступа. — URL: http://railway.uz/ru/ Дата обращения 12.09.2018 — Загл. с экрана.
3. Халиков А.А., Ортиков М.С. Дефектоскоп для системы безопасности поезда на основе электромагнитных методов. // № mon.2021.09.02 от 18.09.2021 г. Тамбов: Консалтинговая компания Юком, — 2021. — 108 с.
4. Халиков А.А., Дефектоскопия многоцелевых конструкций с использованием метода ультразвукового резонанса. // UNIVERSUM: Технические науки: электрон. научн. журн. Раздел 04. Транспортное, горное и строительное машиностроение. Москва — 2021. — № 10(91). — С. 47-51.
5. Халиков А.А., Ортиков М.С. Анализ коррозионного воздействия на рельсовые плети на железнодорожном транспорте. International scientific research conference BELARUS. MINSK — 2022. — 18 June. — 327-333 c.
6. Халиков А.А.,Ураков О.Х. Внедрение модифицированных устройств, для оперативно-технологической связи на железнодорожном участке Ангрен-Поп. // Мухаммад Ал-Хоразмий авлодлари Илмий-амалий ва ахборот-тахдилий журнал — №3(5) — 2018. — С. 89-94.
7. Халиков А.А.,Ураков О.Х. The tasks of organizing and managing the integrated digital network of operational and technological communication based on PIC-D devices at the Angren-Pap railway sections. // Journal "European science review" №9-10, — 2018. September-Oktober. — Volume 1.
— pp. 220-227.
8. Халиков А.А., Ураков О.Х. Существующие проблемы и перспективы развития поездной радиосвязи в железнодорожном тоннеле «Камчик» // Материалы в сборнике трудов конференции серии: «International scientific review». Boston. USA. — №11(53). — 2018. — November. — С. 24-28.
9. Халиков А.А., Ураков О.Х. Проблемы и перспективы развития поездной радиосвязи в железнодорожном тоннеле «Камчик» // Вестник научных конференций, — 2018. — N 10-4(38). — С. 118-119. // Наука и образование в XXI веке. По материалам международной научно-практической конференции 31 октября 2018 г. Часть 4.
10. Халиков А.А., Мирсагдиев О.А. Разработка информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков. / Проблемы получения, обработки и передачи измерительной информации. II Международная научно-техническая конференция, посвященная 90-летию со дня рождения профессора Зариповой Мадияры Фахритдиновича 19-20 сентября 2019 г., — Уфа, Россия. — С.207-212.
11. Khalikov A., Kurbanov J., Ortikov M. Devices for magnetization and demagnization of rail lashes and their comparative analysis with existing. / Сборник статей XXVIII международной научно-практической конференции «Технические науки: проблемы и решения». — С.51-53.
— [Электронный ресурс]. — Электрон. данн. — Режим доступа. — URL: https://internauka.org/ Дата обращения 29.10.2019 — Загл. с экрана.
