Устройство стрелочных электроприводов

Цель работы. Изучить конструкцию стрелочных электроприводов, ознакомиться с взаимодействием частей привода при их работе.

1 Сведения из теории

Стрелочные электроприводы предназначены для перевода, запирания и контроля положения остряков стрелочного перевода. Стрелочные переводы служат для возможности пропуска подвижного состава с одного пути станции на другой и состоят из стрелки, рельсовых переводных путей и крестовины с двумя контррельсами (рисунок 1). Стрелочный перевод бывает правый или левый в зависимости от того, в какую сторону ответвляется боковой путь, если смотреть против остряков (против «шерсти»).

Рисунок 1 – Стрелочный перевод

Стрелочные переводы различают:

- по конструкции – простые (одиночные) и двойные (перекрёстные);

- форме остряка – с прямым и кривым остряком;

- марке крестовины – марок 1/9, 1/11, 1/18, 1/22.

Все части стрелочного перевода укладывают и соединяют между собой по эпюрам. В ПТЭ (Правилах технической эксплуатации) указаны неисправности, при наличии которых запрещается держать в пути стрелочные переводы.

Согласно требованиям ПТЭ стрелочные приводы должны:

- обеспечивать при крайних положениях стрелок плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу и подвижного сердечника крестовины к усовику;

- не допускать замыкания остряков стрелки или подвижного сердечника крестовины при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом или подвижным сердечником и усовиком 4 мм и больше;

- отводить другой остряк от рамного рельса на расстояние не менее 125 мм.

Кроме того, стрелочный электропривод должен осуществлять:

- механическое запирание остряков стрелки для предотвращения их отхода при проходе поезда;

- защиту от перегрузок двигателя и отжима рамного рельса при попадании постороннего предмета между остряком и рамным рельсом;

- возможность перевода стрелки вручную (рукояткой).

Принудительный перевод остряков стрелки ребордами колёс поезда при пошерстном движении называется взрезом стрелки.

По виду потребляемой энергии различают:

- электромеханические приводы. Для перевода стрелок используют принцип преобразования электрической энергии в механическую электродвигателями постоянного или переменного тока;

- электромагнитные приводы. Используют для перевода стрелки энергию сжатого воздуха;

- электрогидравлические приводы. Применяют энергию сжатой жидкости.

Преимущественное распространение электромеханических приводов для перевода стрелок вызвано достоинствами электродвигателей: более высокие КПД и надёжность, стабильность характеристик электрического тока. Быстродействующие электромагнитные приводы при переводе тяжёлых стрелок железнодорожного транспорта неэкономичны, громоздки и вызывают деформацию элементов стрелочного перевода. Для электропневматических и электрогидравлических приводов требуется установка компрессоров или насосов, прокладка дополнительной пневматической и гидравлической линий. При обслуживании приводов такого типа нужно учитывать и внешние факторы: температуру, влажность и др. В последнее время наблюдается тенденция применения электрогидравлических приводов с замкнутой гидравлической системой (насосом).

По времени перевода стрелочные привода делятся:

- на быстродействующие (время перевода до 1 с);

- нормальнодействующие (время перевода до 5 с);

- медленнодействующие (время перевода более 5 с).

Быстродействующие приводы используют при маневровых работах и на сортировочных горках, остальные – на станциях с электрической централизацией. Медленнодействующие приводы получают распространение на скоростных магистралях, где применяют стрелочные приводы с остряками большой длины.

По виду запирания остряков различают приводы:

- с внутренним запиранием;

- внешним запиранием.

Механизм внутреннего запирания конструктивно располагается в приводе, а внешнего – непосредственно у стрелочных остряков в виде отдельного устройства.

По виду коммутации цепей управления и контроля применяют приводы :

- контактные;

- бесконтактные.

Контактные приводы используют приборы и устройства коммутации на основе переключения контактов, а бесконтактные – с использованием других известных принципов.

По способу восприятия взреза стрелки приводы могут быть:

- взрезные;

- невзрезные.

Взрезные приводы имеют механизм, который обеспечивает заранее заданные сопротивления перемещению остряков, осуществляемое извне, и предотвращают разрушение частей привода при взрезе. Невзрезные приводы не имеют указанного механизма и при взрезе повреждаются.

В общем виде структурная схема стрелочного электропривода включает в себя (рисунок 2):

- реверсивный электродвигатель Д;

- фрикционную муфту Ф – устройство для обеспечения ограничения вращающего момента на валу двигателя, защищающее двигатель от перегрузок и обеспечивающее торможение вращающихся частей привода в момент окончания перевода стрелки;

- редуктор Р, усиливающий вращательный момент двигателя и, соответственно, снижающий скорость вращения последующих частей электропривода через главный вал Г;

- взрезное устройство В, предотвращающее поломку привода при взрезе стрелки (для взрезных приводов);

- запирающий механизм З, выполняющий функции запирания остряков стрелки в крайнем положении;

- контрольное устройство К, обеспечивающее контроль крайних положений стрелки и коммутирующее электрические цепи;

- рабочие шиберы Ш, перемещающие остряки стрелки;

- контрольные линейки Л для контроля фактического положения остряков.

Рисунок 2 – Структурная схема стрелочного электропривода

На рисунке 3 представлена конструкция электропривода СП-6, получившего повсеместное распространение на Белорусской железной дороге. Основные характеристики СП-6: максимальное тяговое усиление – 6 кН, максимальное время перевода – 7 с, ресурс – 1,2 млн срабатываний, масса – не более 150 кг.

В корпусе 1 расположены: электродвигатель 2, редуктор 3 с фрикционным устройством, контрольные линейки 4, шибер 5, главный

вал 6, блок автопереключателя 7, резисторы для обогрева 8, розетка 9, уравнительная муфта 10, контактное блокирующее устройство 11.

Электродвигатель стрелочного привода должен быть реверсивным, иметь большой пусковой момент, работать в повторно-кратковременном режиме с перегрузками, быть экономичным, простым в обслуживании.

Рисунок 3 – Конструкция стрелочного электропривода СП-6

В стрелочных приводах применяются двигатели постоянного тока типов МСП-0,15 и МСП -0,25, характеристики которых приведены в таблице 1. Двигатель МСП-0,25 на напряжение 100 В используется в приводах горочной централизации при напряжении 200 В для уменьшения времени перевода. Применение двигателя МСП-0,15 с меньшей частотой вращения, чем МСП-0,25, позволяет сократить расход кабеля, если не требуется ускоренный перевод стрелок.

Таблица 1 – Номинальные параметры электродвигателей посто-

янного тока

Характеристика	Значение характеристики в зависимости от типа электродвигателя
	МСП-0,15			МСП-0,25
Напряжение питания, В	30	110	160	30	100/200	160
Мощность, Вт	150	150	150	250	250/550	250
Потребляемый ток, А, не более	7,7	2,2	1,5	12,5	3,3/3,6	2,5
Частота вращения, об/мин	850	850	850	1460	1700/3600	1700
Вращающий момент, Н∙м	1,67	1,67	1,67	1,47	1,47/1,47	1,47
КПД, %, не менее	0,58	0,55	0,56	0,6	0,7/0,8	0,7

В настоящее время широкое применение находят двигатели переменного тока типа МСТ-0,15, МСТ-0,3 и МСТ-0,6, одно из преимуществ которых перед двигателями типа МСП состоит в отсутствии коллекторно-щеточного устройства. Характеристики двигателей типа МСТ приведены в таблице 2.

При соединении обмоток статора треугольником используется напряжение 127 или 110 В, звездой – 220 или 190 В.

Редуктор состоит из четырех каскадов, образованных цилиндрическими зубчатыми парами с общим передаточным соотношением 70,5. Входной вал редуктора связан с валом двигателя уравнительной муфтой, допускающей небольшое радиальное смещение валов при сохранении параллельности их осей.

Фрикционное устройство встроено внутри редуктора. Оно состоит из набора стальных дисков, четыре из которых жестко связаны с валом второго каскада, а четыре – с валом третьего.

Таблица 2 – Номинальные параметры электродвигателей пере-

менного тока

Характеристика	Значение характеристики в зависимости от типа электродвигателя
	МСТ-0,25		МСТ-0,3		МСТ-0,6
Напряжение питания, В	220	127	190	110	190	110
Мощность, Вт	250	250	300	300	600	600
Потребляемый ток, А, не более	1,4	2,4	2,1	3,6	2,8	4,85
Частота вращения, об/мин	1250	1250	850	850	2850	2850
Вращающий момент, Нм	1,57	1,57	3,43	3,43	2,37	2,37
КПД, %, не менее	59	59	66	66	69	69

Диски сжимаются тарельчатыми пружинами, сжатие которых регулируется гайкой на валу снаружи редуктора. С выходными каскадами редуктора связан главный вал. При застопоривании остряков стрелки вала и выходные каскады редуктора перестают вращаться, а диски фрикционного устройства прокручиваются друг относительно друга. Двигатель и выходные каскады редуктора продолжают вращаться и за счет трения дисков создается нагрузка на двигатель.

Поступательное движение шибера 1 (рисунок 4), который рабочей тягой связан с соединительной тягой остряков стрелки, образуется за счет вращательного движения главного вала с помощью установленной на нем ведущей шестерни 2. Два крайних зуба 3 шибера и два крайних зуба 4 шестерни имеют специальную форму. Таким образом, ведущая шестерня с шибером составляет зубчатую передачу реечного типа с кулачковым запирающим механизмом. При вращении главного вала с шиберной шестерней после поворота её на 20⁰ скошенный зуб отпирает шибер и своей боковой гранью начинает его перемещать. После поворота на 32⁰ нормальные зубья шестерни входят в зацепление с зубьями шибера и передвигают его. В конце перевода шибер останавливается, а шестерня делает поворот ещё на 16⁰. Скошенный зуб шестерни находит на скошенный зуб шибера, в результате чего создается упор, препятствующий перемещению шибера, рабочей тяги и остряков внутри колеи. Во избежание разрушения частей привода поезда по стрелке предусмотрена возможность свободного перемещения шибера в сторону рамного рельса на 12 мм.

Рисунок 4 – Запирающее устройство

Факт запирания шибера не может однозначно свидетельствовать о фактическом переводе остряков, поскольку по каким-либо причинам может быть нарушена связь между шибером и остряками. Для контроля фактического положения остряков предусмотрены две контрольные тяги, каждая из которых соединена со своим остряком и своей контрольной линейкой. Таким образом, контроль крайнего положения возможен при выполнении двух условий: запирания шибера и соответствующие данному положению шибера положение контрольных линеек 1(12) (рисунок 5).

Рисунок 5 – Блок автопереключателя

Блок автопереключателя состоит из ножевых рычагов 3(10), скрепленных с ними переключающих рычагов 5(8), шайбы 6 с вырезом, насаженной на главный вал в месте сопряжения его с редуктором, двух комплектов контактов врубающегося типа (по шесть пар), расположенных по обе стороны от главного вала, пружины 7.

Верхняя часть переключающего рычага 5 снабжена роликом, который западает в вырез шайбы 6, фиксируя конечное запирающее положение вала и кулачкового механизма. Ролик второго переключающего рычага 8 находится на внешней части шайбы.

Замыкание контрольных контактов 3(10) автопереключателя возможно, если в совпавшие вырезы контрольных линеек прижатого 1 и отведенного 12 остряков западает клювообразный нижний конец ножевого рычага 3. В показанном на рисунке 5, а положении автопереключателя для данного положения остряков стрелки рабочие контакты 11 замкнуты ножевым рычагом 10, а контрольные контакты 4 – ножевым рычагом 3. После перевода стрелки в противоположное положение (см. рисунок 5, б) замыкаются сначала рабочие контакты 2, а затем контрольные контакты 9.

Контрольные контакты при переводе стрелки должны замыкаться раньше снятия запирания остряков стрелки и начала их движения. Для этого в узле сочленения зубчатого колеса выходного каскада редуктора с главным валом обеспечено выталкивание ролика переключателя 5, в результате чего контрольные контакты 4 размыкаются, а рабочие 2 замыкаются. Замыканию контрольных контактов предшествует размыкание рабочих контактов и отключение питания электродвигателя. Для облегчения режимов коммутации переключение должно происходить с большой скоростью, что обеспечивается стягиванием пружиной 7 обоих переключающих рычагов. Нижний конец ножевого рычага выполнен в виде клюва для обеспечения зазора между ним и контрольной линейкой. Отсутствие зазора могло привести к потере контроля стрелки при воздействии ударных нагрузок от движущегося поезда.

При взрезе стрелки шайба 6 с главным валом не проворачиваются, а контрольные линейки перемещаются. Сношенной гранью контрольной линейки клювообразный конец ножевого рычага 3 выталкивается на поверхность линеек. Ножевой рычаг занимает среднее положение и контрольные контакты размыкаются. Рычаги 8, 10 другого положения стрелки своего состояния не изменяют и рабочие контакты остаются замкнутыми. В электроприводе и тягах при взрезе происходит повреждение различных элементов: тяг (изгиб, обрыв), автопереключателя, подшипников. Электропривод становится неуправляемым. В связи с тем, что при визуальном осмотре электропривода отдельные повреждения могут быть не выявлены, рекомендуется после взреза стрелки производить замену электропривода.

Накопленный опыт эксплуатации электроприводов серии СП и требования, предъявляемые к надежности и безопасности средств железнодорожной автоматики, показывают, что эти привода постепенно морально и технически устаревают. Необходимо снижать эксплутационные затраты путем создания необслуживаемых технологий, использования современных материалов и новых конструкторских решений. Так, на дорогах РФ уже применяют винтовые стрелочные приводы (ВСП). Разработано несколько модификаций. Базовая модель – невзрезной привод ВСП-150. Сравнение конструкций и технических характеристик зарубежных приводов показывает их некоторые особенности. В последнее время разработаны и рекламируются электрогидравлические приводы с электронасосом. Свойственные приводам этого типа недостатки указывались выше.

Применяют как внешние, устанавливаемые в шпальном ящике, так и внутренние (в корпусе привода) запирающие механизмы. Основными видами внешних замыкателей являются крюковые и клиновые (Германия, Чехия, Словакия). Достоинством их является то, что к рабочей тяге и приводу не прикладываются все динамические воздействия от подвижного состава. Однако в сложных климатических условиях их недостатками являются: напрессовка снега, льда, быстрое засорение и заклинивание. Части механизма быстро изнашиваются из-за отсутствия постоянной смазки, а расположение внутри колеи усложняет техническое обслуживание.

В электроприводах используют различные виды передач: червячную, коническую, кривошипную и др. Валы механической передачи располагают вертикально или горизонтально. Наиболее распространено горизонтальное расположение как наименее подверженное вибрации.

Используют дисковые (сухого трения или со смазывающим материалом) или ленточные (сухого трения) фрикционные сцепление. Наилучшие показатели стабильности и чувствительности регулировки имеют дисковые фрикционные муфты со смазывающим материалом.

Различное конструктивное оформление имеет и система автопереключателя. Однако независимо от конструкции она работает по единому принципу: в начале перевода стрелки размыкаются контрольные контакты и замыкаются рабочие для реверсирования двигателя; в конце перевода рабочие контакты размыкаются, а контрольные замыкаются. Используются контактные системы автопереключателей скользящего, нажимного (релейного) или врубного действия. В Европе начали широко применять релейные контакты мгновенного действия, работающие по принципу конечных выключателей. Во избежание обледенения контактов их изготавливают из серебросодержащих контактных композиций и закрывают колпаками (Германия, Швеция), корпус электропривода и его крышку окрашивают матовой алюминевой краской или изготавливают из дюралюминия. Для этой цели в Великобритании и странах СНГ применяют и обогрев контактов. В приводах для сортировочных горок используют бесконтактные автопереключатели (страны СНГ).

2 ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Стрелочный электропривод СП-6. Макет стрелочного электродвигателя, редуктора, фрикционной муфты (в разрезе). Курбельная рукоятка, программа автоматизированной системы обучения (АОС).

3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1 Ознакомиться с назначением и конструкцией основных деталей электропривода.

2 Изучить взаимодействие деталей привода в процессе перевода курбельной рукояткой.

3 Проследить процесс отпирания стрелки в начале перевода и запирания в конце перевода.

4 Ознакомиться с устройством фрикционного сцепления.

5 Изучить работу автопереключателя, определить условия получения контроля.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Кинематическая схема привода. Назначение элементов и узлов привода. Ответы на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Назначение стрелочного электропривода.

2 Назначение узлов электропривода.

3 Последовательность работы узлов электропривода при переводе стрелки.

4 Как осуществляется перевод стрелки при неисправности электрической схемы двигателя?

5 Контроль правильной регулировки контрольных тяг.

6 Контроль величины зазора между прижатым остряком и рамным рельсом.

7 Способы запирания остряков стрелочного привода.

8 Как осуществляется реверсирование электродвигателя в приводе?

9 Классификация электроприводов.