Електропривід стрілочного переводу

Реферат: Електропривід стрілочного переводу містить електродвигун, розміщений у корпусі, що імітує шпалу, та виконаний у вигляді порожнього металевого бруса з кришкою, вертикальні тяги, передавальний механізм, гостряки, безконтактні датчики положення гостряків. Як електродвигун використано вентильно-індукторний електродвигун, забезпечений блоком управління з регулятором швидкості на базі фазі-логіки. Електродвигун через муфту з'єднаний з передавальним механізмом, що виконаний у вигляді пари гвинт-гайка кочення. Електродвигун забезпечений блоком допоміжного обладнання, який містить датчик положення ротора. UA 95497 U (12) UA 95497 U UA 95497 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв залізничної автоматики, а саме до електроприводів стрілочних переводів, й може бути використана в залізничному рейковому транспорті й міському, а також у метрополітені. Основним елементом системи залізничної автоматики є стрілочний перевід. Відомі стрілочні електроприводи, що містять змонтовані в загальному корпусі електродвигун, знижуючий багатоступінчастий механічний редуктор із фрикційною муфтою зчеплення, головний вал із шестірнею, що знаходиться в рейковому зачепленні з робочим шибером, автоперемикачем ножового типу, контрольними лінійками, елементом обігріву [1]. Поряд з відомими перевагами ці пристрої мають ряд недоліків, обумовлених складністю конструкції, наявністю великої кількості швидкообертових вузлів і деталей, елементів ковзання, що вимагають інтенсивного змащення, та мають підвищений знос, імовірність заклинювання шибера й інших елементів. Як наслідок, все це знижує надійність і термін служби електропривода, приводить до зниження ресурсу роботи електропривода, зниження надійності високих експлуатаційних витрат та вимагає проведення великої кількості ремонтних робіт. Відомий стрілочний електропривід типу ЕВІ Switch 2000 компанії "Бомбард'є Транспортейшн (Сигнал)", що призначений для руху поїздів по стрілці в прямому напрямку зі швидкостями до 350 км/ч. [2]. Відомий стрілочний електропривід типу ЕВІ Switch 2000 виконаний неврізного типу в шпальному виконанні. Електропривід має модульну конструкцію, яка дозволяє провадити більш швидкий ремонт без вилучення системи зі шпали, та розчіплючий механізм, який виключає пошкодження привода у випадку врізу. Електропривід типу ЕВІ Switch 2000 складається з корпуса у вигляді порожнього металевого бруса, що імітує шпалу, з кришкою, розподільної коробки, асинхронного електродвигуна з перетворювачем частоти, передавального механізму - вузла лінійного привода, що містить одноступінчастий редуктор, вузла замикача й перемикання, вузла контролю положення замикаючого пристрою, механізму замикання замикаючого пристрою й положення контрольних тяг, робочих тяг, кришки. Також містить гостряки, безконтактні датчики положення гостряків, що розташовані в корпусі порожньому металевому брусі. До недоліків відомого стрілочного електроприводу типу ЕВІ Switch 2000 слід віднести таке. Використання асинхронного електродвигуна приводить до того, що при виході з ладу однієї з його фаз, він не працює. Також в одноступінчастому редукторі є додаткові втрати й необхідність його постійного обслуговування. Є складність системи керування, виконаної у вигляді перетворювача частоти, залежність моменту й швидкості якоря від напруги живлення, що створює умови для відбою гостряків стрілок. Все це в цілому приводить до складності конструкції, що знижує надійність і термін служби та вимагає проведення великої кількості ремонтних робіт, що веде до збільшенню експлуатаційних витрат. Найбільш близьким аналогом є пристрій перевідний стрілочний для швидкостей руху поїздів по стрілочному переводу до 350 км/год.[3]. Пристрій містить стрілочний перевід з гостряками, корпус, що імітує шпалу, та виконаний у формі порожнього металевого бруса з кришкою для захисту від сміття і атмосферних опадів, розподільну коробку, перетворювач частоти, вузол асинхронного електродвигуна, передавальний механізм - вузол лінійного приводу з настановною плитою та редуктором, що має технологічні вікна для монтажу вузла контролю положення замикаючого пристрою й вузла замикача й перемикання, робочі тяги, вузол замикача й перемикання постачений "зовнішнім" замикачем з безконтактними датчиками положення гостряків рейок, який розміщений у порожнині металевого бруса й забезпечує замикання притиснутого гостряка на рамному рейці, та шарнірно з'єднаний з лінійним приводом і має клямерне з'єднання з рамними рейками й гостряками. До недоліків стрілочного електроприводу варто віднести складність його конструкції внаслідок великої кількості елементів, складність системи управління у вигляді перетворювача частоти, а також наявність редуктора, що дає додаткові втрати й необхідність його постійного обслуговування. В цілому, все це приводить до зниження надійності, ККД, швидкодії електропривода стрілочного переводу, збільшенню експлуатаційних витрат і його подорожчанню та зменшення терміну служби електропривода. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення електропривода стрілочного переводу, у якому за рахунок використання іншого типу електродвигуна - вентильноіндукторного, який забезпечений блоком управління з регулятором швидкості на базі фазілогіки, нового взаємного розміщення вузлів і елементів, встановлення нових зв'язків між ними, забезпечується підвищення надійності та значне спрощення конструкції внаслідок зменшення загального числа елементів, поліпшення характеристик електропривода при одночасному зниженні масогабаритних показників, підвищення ККД і швидкодії електропривода стрілочного переводу, зниження експлуатаційних витрат за рахунок відсутності вузлів, що вимагають 1 UA 95497 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обслуговування, що дозволяє досягти компактність, поліпшення експлуатаційних характеристик стрілочного переводу, підвищення надійності його роботи й безпеки, збільшення строку служби електропривода, а також зручності проведення ремонтних робіт при низькій трудомісткості обслуговування. Поставлена задача вирішується тим, що у електроприводі стрілочного переводу, що містить електродвигун, розміщений у корпусі, що імітує шпалу, та виконаний у вигляді порожнього металевого бруса з кришкою, вертикальні тяги, передавальний механізм, гостряки, безконтактні датчики положення гостряків, згідно до корисної моделі, як електродвигун використано вентильно-індукторний електродвигун, який забезпечений блоком управління з регулятором швидкості на базі фазі-логіки, при цьому, електродвигун через муфту з'єднаний з передавальним механізмом, який виконаний у вигляді пари гвинт-гайка кочення, а також електродвигун забезпечений блоком допоміжного обладнання, що містить датчик положення ротора. Крім цього, в окремих випадках використання електропривода стрілочного переводу, з зовнішньої сторони кожної рамної рейки встановлені безконтактні датчики положення гостряків рейок, переважно магнітоіндукційні, електромагнітні або датчики Холла; - блок допоміжного обладнання додатково містить захисний датчик контролю температури електродвигуна від його перегріву. У результаті використання корисної моделі, що заявляється, забезпечується одержання технічного результату, який полягає у підвищенні працездатності, надійності та значному спрощенні конструкції внаслідок зменшення загального числа елементів, поліпшенні характеристик електропривода при одночасному зниженні масогабаритних показників, підвищенні ККД і швидкодії електропривода стрілочного переводу за рахунок використання вентильно-індукторного двигуна, а також пари кочення, що дозволяє зменшити втрати на тертя, зниження експлуатаційних витрат за рахунок відсутності вузлів, що вимагають обслуговування. Застосування вентильно-індукторного електродвигуна замість асинхронного електродвигуна, на відміну від найближчого аналога, дозволяє підвищити надійність та сприяє підвищенню якості його роботи й перешкодозахищеності, збільшенню ККД і швидкодії електропривода стрілочного переводу. Виконання передавального механізму у вигляді пари гвинт-гайка кочення та відсутність редуктора дозволяє зменшити втрати на тертя, знижує експлуатаційні витрати на обслуговування за рахунок відсутності вузлів, що це вимагають, та спрощує в цілому конструкцію електропривода стрілочного переводу, що зменшує його вартість й збільшує надійність. Наявність блока управління електродвигуном з регулятором швидкості на базі фазі-логіки дає можливість спростити систему управління в порівнянні з найближчим аналогом, урахувати всі параметри невизначеної машини, радикально змінює якісні й часові характеристики роботи електропривода, поліпшує їх. Забезпечення електропривода блоком допоміжного обладнання, що включає датчик положення ротора, дозволяє первинно контролювати положення гостряків. Наявність захисного датчика контролю температури електродвигуна у блоці допоміжного обладнання дає можливість забезпечити його роботу без перегріву. Встановлення безконтактних датчиків положення гостряків з зовнішньої сторони кожної рамної рейки, які можуть бути виконані як магнітоіндукційні, електромагнітні або датчики Холла, дає можливість остаточного контролю величини зазору між рамною рейкою і гостряком, що сприяє підвищенню надійності роботи та безпеки руху. У цілому, всі відмінні ознаки пристрою, що заявляється, є суттєвими й необхідними для досягнення нового технічного результату. Корисна модель, що заявляється, може бути неодноразово здійснена й виготовлена відомими в галузі залізничної автоматики, способами з використанням відомих засобів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де схематично зображений пропонований електропривід стрілочного переводу. На представленому кресленні позначено: 1 - корпус, 2 - кришка, 3 - вентильно-індукторний електродвигун, 4 - електромеханічний перетворювач енергії, 5 - блок управління електродвигуном, 6 - блок допоміжного обладнання, 7 - вал двигуна, 8 - муфта, 9 - підшипник, 10 - гвинт, 11 - гайка, 12 - вертикальні тяги, 13 - шарнірні з'єднання, 14 - поздовжня тяга, 15 рамна рейка, 16 - гостряки, 17 - опори із кріпленнями, 18 - кабель, 19 - безконтактні датчики положення гостряків рейок. У конкретному прикладі виконання пристрій, що заявляється, реалізується таким чином. Пропонований електропривід стрілочного переводу шпального типу містить вентильноіндукторний електродвигун 3, розміщений у корпусі 1, що виконаний у вигляді порожнього металевого бруса, відкритого нагору, з кришкою 2 від забруднення. Корпус 1 імітує шпалу, та відповідний нормальній бетонній або дерев'яній шпалі по ширині й висоті перетрізу. Наприклад, 2 UA 95497 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 металевий порожній брус корпуса виконаний шириною 300 мм, висотою 200 мм та довжиною 2700 мм. Електропривід містить вертикальні тяги 12 та поздовжню тягу 14, передавальний механізм, гостряки 16 та рейки 15. Вентильно-індукторний електродвигун 3 виконаний відповідно до відомої конструкції [4] та складається із трьох основних частин: електромеханічного перетворювача енергії 4, електронного комутатора, який входить до складу блока управління 5 і датчика положення ротора, що знаходиться в блоці допоміжного обладнання 6. Вентильно-індукторний електродвигун забезпечений електронним блоком автоматичного управління електродвигуном 5 з регулятором швидкості на базі фазі-логіки [5]. В блоці управління 5 електронний комутатор може бути виконаний на базі польових або IGBT транзисторів, по схемах [6]. При цьому електродвигун 3 через муфту 8 з'єднаний з передавальним механізмом. Стрілочний перевід не має редуктора як такого, а містить передавальний механізм, який виконаний у вигляді відомої пари гвинт 10 - гайка 11 кочення [7], яка перетворює обертовий рух гвинта 10 у поступальний рух гайок 11. Гвинт 10 закріплений на опорних підшипниках 9 і з'єднаний з валом двигуна 7 через муфту 8. Гайки 11 через вертикальні тяги 12, шарніри 13 і поздовжню тягу 14 зв'язані з гостряками 16. Електродвигун забезпечений блоком допоміжного обладнання 6, що включає датчик положення ротора. Блок допоміжного обладнання 6, крім датчика положення ротора, може містити захисний датчик контролю температури електродвигуна від його перегріву. З зовнішньої сторони кожної рамної рейки 15 можуть бути встановлені безконтактні датчики положення гостряків 19, переважно магнітоіндукційні, електромагнітні або датчики Холла. Заявлений електропривід стрілочного переводу працює таким чином. Залежно від сигналу датчика положення ротора електродвигуна блока допоміжного обладнання 6, електронний комутатор, який знаходиться в блоці управління 5, підключає фазу електродвигуна до джерела живлення через кабель 18. При цьому електромеханічний перетворювач енергії 4 здійснює перетворення електричної енергії в механічну, приводячи в рух вал електродвигуна 7. Пара "гвинт-гайка" (10, 11 відповідно) перетворює обертовий рух гвинта 10 у поступальний рух гайок 11. Гайки 11 через вертикальні тяги 12, шарніри 13 і поздовжню тягу 14 передають зусилля гострякам 16, які здійснюють своє поступальне переміщення між рамними рейками 15. Блок управління 5 здійснює управління електронним комутатором, забезпечує захист двигуна від перевантажень (струмових, температурних) а також реалізує контроль над переміщенням гостряків 16. Пропонований електропривід стрілочного переводу при використанні дозволяє забезпечити підвищення працездатності і швидкодію електропривода стрілочного переводу, надійність роботи і підвищення ККД при значному спрощенні конструкції, та зниження експлуатаційних витрат. Він також легко встановлюється, компактний й вимагає мінімального технічного обслуговування. За допомогою програми MATLAB була створена математична модель, що описує електромеханічну систему стрілочного переводу (найближчий аналог) й пропонованої схеми, що підтвердила переваги пропонованої. За запропонованою корисною моделлю виготовлений дослідний зразок, що пройшов випробування, які підтвердили його працездатність. Результати дослідження показали ефективність пропонованого електропривода стрілочного переводу і одержання очікуваного технічного результату й позитивного ефекту. Запропонований електропривід стрілочного переводу з електродвигуном, що розміщений у корпусі, що імітує шпалу, у вигляді порожнього металевого бруса з кришкою, може бути виготовлений на машинобудівних підприємствах України, та може знайти застосування в системах залізничної автоматики й міського рейкового транспорту. Джерела інформації:. 1. Резников Ю.М. Стрелочные электроприводы электрической и горочной централизации. /Резников Ю.М. - М.: Транспорт, 1975. - 152 с. 2. А.В. Горелик, Е.Ю. Минаков. Методы обеспечения безопасности движения поездов устройствами железнодорожной автоматики стрелочных переводов: Научн. изд. - М.: РГОТУПС. 2007. - С. 72-74. 3. Патент РФ № 126665, МПК B61L 5/06, заявл. 14.06.2012, опубл. 10.04.2013 (прототип). 4. Кузнецов В.Α., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - С. 10, 62-63. 5. http://www.bookasutp.ru/Chapter5_7.aspx. 6. Ю.Г. Толстов. Автономный инвертор тока. - М.: Энергия, 1978. - С. 87-130. 7. Шарико-винтовые передачи Hiwin. www.antrieb.ru/products. 60 3 UA 95497 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Електропривід стрілочного переводу, що містить електродвигун, розміщений у корпусі, що імітує шпалу, та виконаний у вигляді порожнього металевого бруса з кришкою, вертикальні тяги, передавальний механізм, гостряки, безконтактні датчики положення гостряків, який відрізняється тим, що як електродвигун використано вентильно-індукторний електродвигун, який забезпечений блоком управління з регулятором швидкості на базі фазі-логіки, при цьому електродвигун через муфту з'єднаний з передавальним механізмом, який виконаний у вигляді пари гвинт-гайка кочення, а також електродвигун забезпечений блоком допоміжного обладнання, що містить датчик положення ротора. 2. Електропривід за п. 1, який відрізняється тим, що безконтактні датчики положення гостряків встановлені з зовнішньої сторони кожної рамної рейки, та виконані переважно як магнітоіндукційні, електромагнітні або датчики Холла. 3. Електропривід за п. 1, який відрізняється тим, що блок допоміжного обладнання додатково містить захисний датчик контролю температури електродвигуна від його перегріву. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4