автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Совершенствование устройств перевода железнодорожных стрелок и схем управления электроприводами

005005595

КОНДРАТЕНКО Сергей Леонидович

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ПЕРЕВОДА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТРЕЛОК И СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Специальность 05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат технический наук

* 8 .ЧЕК 2011

Санкт - Петербург 2011

005005595

Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Никитин Александр Борисович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кокурин Иосиф Михайлович кандидат технических наук, доцент Минаков Евгений Юрьевич Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится «¿(2» декабря 2011г. 13 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «//>> нОЯбРЯ_2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Совершенствование стрелочных переводных устройств (СПУ) является одной из важнейших задач для обеспечения пропускной способности и безопасности движения поездов. СПУ состоит из стрелочного электропривода с гарнитурой и схемы его управления. По данным железных дорог ежегодный процент отказов стрелочных электроприводов составляет 15% от общего числа отказов системы ЭЦ. Этот показатель очень высок, поэтому с целью снижения числа отказов возникает необходимость разработки и внедрения новых современных конструкций и схем управления СПУ, а также модернизация существующих стрелочных электроприводов серии СП.

Целью диссертации является создание СПУ с новыми функциональными возможностями и модернизация серийных стрелочных электроприводов, а также разработка схем их управления. Основными задачами являются:

1. Анализ структуры и функций электроприводов и гарнитур с точки зрения выявления степени их защищенности от опасных состояний и определение путей повышения безотказности СПУ.

2. Разработка функциональной схемы нового СПУ, элементов и алгоритма их взаимодействия для обеспечения безопасного движения поездов.

3. Разработка новых схемотехнических решений для использования в СПУ новых необслуживаемых элементов и синтез безопасных электрических контрольных и рабочих цепей.

Методы исследования. Общий методический подход заключается в сочетании метода математического моделирования и экспериментальных исследований.

Достоверность научных положений. Теоретические положения подтверждены экспериментальными данными, полученными в процессе эксплуатационных испытаний образцов новых устройств.

Научная новизна.

1. разработаны математические модели, описывающие динамический и аварийный режимы СГТУ;

2. обоснованы нормы безопасности, включающие количественные и качественные показатели;

3. на основе анализа взаимодействия элементов разработана структура саморегулирующегося СПУ повышенной надежности;

4. разработаны принципы и на их основе созданы электрические схемы управления и контроля СПУ стрелочных переводов высокоскоростного движения поездов, а также разработаны алгоритмы поиска и устранения отказов в этих схемах.

Практическая ценность. Разработаны модернизированные электроприводы серии СП с бесконтактным автопереключателем, что повышает надежность привода и сокращает его обслуживание. Разработаны новые схемы управления электроприводами, в том числе, для высокоскоростного движения поездов, позволяющие сократить 70% контактов автопереключателя. Разработаны конструкции новых устройств контроля и запирания стрелок, повышающих надежность СПУ и безопасность движения поездов. Реализация работы. По предложенным в работе техническим решениям на заводе АЭМЗ филиала ОАО «ЭЛТЕЗА» (г. Армавир) созданы электроприводы СП-6МТ, СП-6МГ и СП-6МИ с бесконтактными автопереключателями. Схема управления электроприводами стрелок высокоскоростных участков принята в постоянную эксплуатацию на линии Санкт- Петербург - Москва Октябрьской железной дороги. Разработанные технические решения схем управления стрелочными электроприводами используются институтом Гипротранссигналсвязь при проектировании станций под высокоскоростное движение. Нормы безопасности применяются Испытательными центрами ССФЖТ при сертификационных испытаниях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были включены в доклады и одобрены участниками на научно-технических советах, проходивших в Армавире на АЗМЗ в 2008 и 2009 годах, докладывались на технических совещаниях в ОАО «РЖД», на V международной научно-практической конференции «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Транс ЖАТ в 2010году (г. Ростов-на-Дону). Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе два авторских свидетельства, 1 патент и 2 работы опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 147 страниц основного текста, 44 иллюстраций, 5 таблиц, список литературы из 98 наименований и 3 приложений. Всего работа изложена на 189 страницах машинописного текста. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о значимости и практической ценности работы. В первой главе выполнена классификация стрелочных переводов. Проведен анализ электроприводов, применяемых на сети российских железных дорог при различных скоростях движения поездов по стрелкам, а также определены этапы развития российских электроприводов (рис.1). Одним из достижений в развитии российских электроприводов является создание электропривода типа ВСП, применяемого на стрелочных переводах при высокоскоростном движении поездов, а также электропривода в виде полого металлического бруса, позволяющего производить механизированную подбивку шпал.

з

-Сх

Этапы развития отечественных СПУ

□ Е

Рис.1

При анализе отказов применяемых в настоящее время электроприводов выявлено, что наибольшее количество отказов приходится на контактный блок автопереключателя и курбельные блок - контакты ( рис. 2). Кроме этого установлено, что аварийные взрезы стрелок не достаточно надежно контролируются контрольным механизмом привода, что снижает безопасность движения поездов.

сэп

Рис.2

Проведенный анализ структуры, и режимов работы отечественных приводов показал, что способ консольного крепления привода за рамные рельсы и существующая компоновка СПУ обеспечивает простоту кинематической схемы СЭП и сосредоточение его силовых и контрольных узлов вне рельсовой колеи, что облегчает обслуживание. Однако, в условиях высокоскоростного движения, этого недостаточно для надежного запирания и контроля стрелки.

При анализе серийного СПУ определены элементы и узлы, отказ которых приводит к нарушению условий безопасности на стрелке (рис.3). Причинами таких отказов могут быть динамические воздействия, которые оказывает проходящий по стрелке поезд, т. е. динамический режим работы СПУ, а также аварийный режим взреза стрелки.

Рис.3

Во второй главе изложены эксплуатационно-технические требования (ЭТТ) к устройствам, обеспечивающим перевод, запирание и контроль положения и задирания железнодорожной стрелки, а также обоснованы качественные и количественные показатели СПУ обеспечивающие указанные эксплуатационные требования.

Для проверки соответствия ЭТТ отечественных СЭП разработаны их функциональные схемы (рис.4) - приводов СП-6 и СП-12, проведен анализ защищенности от опасных отказов, выявлены слабые узлы, предложены пути усиления. Как особый случай, при котором может быть получен ложный контроль, рассмотрена аварийная ситуация взреза стрелки. Разработаны математические модели: режима восприятия динамических воздействий при проходе по стрелке подвижного состава (динамический режим) и аварийного режима взреза стрелки. Не выполнение СПУ режима перевода не приводит к ситуации угрожающей безопасности движения.

Рис.4 7

В динамическом режиме опасным отказом является обрыв элемента СПУ, обеспечивающего удержание прижатого остряка под поездом. Расчеты показали, что усилия действующие от проходящего поезда через остряк на запирающий механизм СПУ (8,5-12,5 кН) в три раза меньше усилия удержания рабочей тягой (без деформации) остряка (35 кН) и в шесть раз меньше прочности запирающего узла электропривода (75кН).

Аварийный режим взреза в диссертационной работе впервые анализируется с точки зрения вероятных опасных последствий взреза, которыми могут быть:

-выдавливание из колеи легкой подвижной единицы, если усилие запирания приводом остряков превышает усилие давления колес на запирающие элементы СПУ;

- излом остряка в слабом сечении, что приводит к сходу поезда;

- обрыв элемента силовой гарнитуры СПУ, что лишает его запирающей функции при сохранении контроля и приводит к нарушению безопасности;

- излом запирающего механизма электропривода, который приводит к ложному контролю незапертой стрелки;

- остаточная деформация рабочей или межостряковой тяги, что не приводит к ложному контролю и является защитным отказом СПУ;

Путем математических расчетов получены значения усилия запирания электроприводом остряка стрелки, при котором обеспечивается гарантированное прижатие остряка к рамному рельсу при проходе по стрелке подвижного состава. Доказано, что это усилие (50кН), не приводит к выдавливанию из колеи даже легкой подвижной единицы, которая может двигаться по неправильному пути, совершая взрез стрелки, с усилием 85кН, а также не приводит к излому остряка.

На рис.5 представлена схема взреза. По закону равновесия сил составлено уравнение и получено численное значение:

^ G{L-l){ctgn!Ъ-0,5f^p)

гш гуд — г у 1 пер' V1/

JmpKdL

Из условий устойчивости: усилие удержания электроприводом остряка (выталкивающая сила) должно быть меньше усилия воздействия колеса на остряк при взрезе. Принимаем к расчету:

Кд = 0,25 - коэффициент динамики, уменьшающий нагрузку колеса на рельс, по сравнению с ее статическим значением;

(L - 1)/L = 0,15, где 1 - расстояние от корня остряка до точки приложения усилия взреза, L - длина остряка; f jp = 0,2 - коэффициент трения остряка о подушку; Fnep = 4,5 кН - масса перемещаемых при взрезе остряков; G min= 50 кН - нагрузка на ось порожней платформы; G гаах = 250 кН - максимальная нагрузка на ось; Для G mm получим Рш = 85кН, а для G max - F„, = 406 кН.

Таким образом, даже самая легкая подвижная единица перемещает запертые СПУ остряки, а усилие удержания прижатого к рамному рельсу

остряка типовой рабочей тягой (Руд=35кН) и прочность запирающего узла электропривода (75кН) меньше усилия взреза.

На рис.6 представлен теоретический график зависимостей деформации рабочей тяги при осевом воздействии (сжатии или растяжении). Начиная с некоторой точки С диаграмма имеет почти горизонтальный участок, которому соответствует предел текучести ат. На этом участке деформации растут без увеличения нагрузки.

При дальнейшем увеличении деформаций нагрузка вновь увеличивается. Диаграмма изменяется по плавной кривой с наивысшей точкой Б, в которой условное напряжение принимает наибольшее значение, достигая предела прочности ств. Если, начиная с некоторой точки К, разгрузить тягу, то график пойдет по прямой ККЬ почти параллельно прямой ОА. Отрезок ОК] равен остаточной деформации Д0) соответствующей точке К, а отрезок К1К2 - упругой деформации Ау, соответствующей той же точке. Полная деформация А равна сумме двух указанных деформаций: А = А0 + Ау.

Таким образом, наличие деформации (пластической и упругой) рабочей тяги, а также наличие упругой деформации остряков обеспечивает безопасный проход подвижного состава при взрезе стрелки.

Высокоскоростное движение поездов на боковой путь возможно только по пологим стрелочным переводам с маркой крестовины 1/18, 1/22 и т. д. Для перевода таких стрелок и надежного удержания остряков и крестовины в крайних положениях применяются несколько электроприводов. Привод, установленный в первом сечении (по оси межостряковой тяги) должен переместить остряки на 150мм, привод во втором сечении (в конце острожки) - на 70мм, причем работа приводов одновременная. Эти различия в ходе, характерные для длинных остряков и подвижной крестовины, предопределили применение приводов с различным ходом шибера. В этой связи, важной задачей является разработка устройства, обеспечивающего синхронизацию работы нескольких электроприводов.

В третьей главе анализируются варианты установки электропривода на стрелочном переводе с целью определения оптимального, с точки зрения восприятия динамических воздействий при проходе по стрелке поездов. Определено, что установка электропривода не на фундаментных угольниках, а на шпалах снижает динамические воздействия на установочную гарнитуру привода, что подтверждается экспериментальными исследованиями. Однако, силовые воздействия на соединительную гарнитуру (рабочие тяги) не изменяются и могут быть снижены специальными устройствами амортизирующими ударные нагрузки. Избежать ударные нагрузки достигается применением внешнего замыкателя, который жестко крепится на рамном рельсе, а остряк с помощью закрепленного на нем крюка (кляммеры), плотно прижимается (удерживается) к рамному рельсу. В этом случае, упругое смещение рамного рельса приводит к такому же смещению остряка. Уменьшение ударных нагрузок уменьшает износ элементов гарнитуры электропривода, снижает вероятность внезапных отказов силовых элементов привода, удерживающих остряк прижатым к рамному рельсу во время прохода поезда.

На основе исследований автора разработаны Нормы безопасности СПУ, утвержденные ЦШ «РЖД». Также в главе приведены схемы новых СПУ, отвечающие современным требованиям безопасности.

В четвертой главе предложены пути модернизации типовых электроприводов, применяемых сейчас на сети российских железных дорог, предложены конструкции датчиков автопереключателя для приводов серии СП, позволяющие сделать этот проблемный узел необслуживаемым.

Основными принципами построения предложенного в диссертации нового СПУ являются: двойное (дублированное) запирание остряков, контроль запирания и фактического положения остряков, автоматическая саморегулировка СПУ при очередном переводе.

Для достижения поставленной цели в диссертации разработана новая компоновка распределения основных функциональных узлов СПУ на стрелочном переводе: узел, обеспечивающий перевод остряков (электропривод), располагается вне колеи на шпалах (или отдельном бетонном основании), узел запирания и узел контроля объединены в отдельное устройство - внешний электромеханический замыкатель - контроллер (ВЗК). ВЗК устанавливается на каждый рамный рельс. Внешний, значит независимый механически от электропривода ВЗК, запирает остряк как в прижатом, так и отведенном положении, при этом электрическими датчиками ВЗК контролируется запирание и фактическое положение остряка, а при помощи электрической схемы эта достоверная информация передается на пост. Использование такого ВЗК особенно актуально при скоростном и высокоскоростном движении поездов, где применяются стрелочные переводы с длинными гибкими остряками и подвижным сердечником крестовины. Это объясняется тем, что для перевода гибких остряков ровно по эпюре, например, стрелки 1/22, достаточно три точки приложения усилия перевода, а для надежного удержания остряка при проходе поезда требуется пять точек приложения усилия запирания. Ставить пять электроприводов с внеш-

ними замыкателями экономически не выгодно, поэтому автономные электромеханические замыкатели типа ВЗК решают эту проблему. Также доказана необходимость применения автономных (на каждом рамном рельсе) контроллеров, которые контролируют фактическое положение ближайшего к себе остряка.

В пятой главе рассматриваются типовые и новые схемы управления стрелочным электроприводом, принципы построения контрольных, рабочих и управляющих цепей с целью повышения их надежности, приведены схемы позволяющие управлять электроприводами с бесконтактными узлами контроля запирания шибера и положения контрольных линеек. При разработке новых схем за основу взяты следующие критерии: электродвигатель привода должен управляться с поста без промежуточных напольных коммутаций рабочих линейных проводов; спаренные по маршрутизации станции стрелки рассматривать как одиночные с точки зрения напольной части; включение, реверс и отключение электродвигателя привода в конце перевода осуществлять постовыми силовыми реле; контрольная цепь должна проходить по отдельным проводам, т. е. не совмещаться с рабочими линейными проводами.

Прямое с поста, без промежуточных элементов коммутации, управление электродвигателем позволяет построить схему постоянного контроля готовности привода к переводу. Причем включение пускового реле происходит по команде от управляющей цепи с проверкой условий безопасности перевода, а выключение - от контрольной.

На участках РЖД с высокоскоростным движением поездов стрелочные переводы оборудуются четырьмя приводами типа ВСП с микропереключателями в АП. Для данной конфигурации автором разработана де-вятипроводная схема управления электроприводами, которая принята на РЖД в постоянную эксплуатацию. В диссертации автором предложена новая пятипроводная схема для высокоскоростного движения, где в каждом

приводе уменьшено число микропереключателей и соединений между приводами благодаря применению малогабаритного коммутационного блока. При этом без изменений сохраняется постовое оборудование типовой пятипроводной схемы. Заключение.

В результате исследований стрелочных электроприводов, их гарнитур и схем их управления получены следующие основные результаты:

1. Длительная эксплуатация электроприводов серии СП, их массовость применения (128 тыс. стрелок) доказала достаточную надежность их основных функциональных узлов, включая установочную и соединительную гарнитуры, однако, статистика отказов и экспериментальные данные выявили слабые узлы, требующие незамедлительной модернизации, особенно в современных условиях увеличение скоростей и тоннажа подвижного состава. Прежде всего это относится к электрическому узлу автопереключателя (45% от всех отказов привода) и блок-контактам (11%).

2. Разработана математическая модель для оценки степени защищенности от опасных состояний в рабочем и динамическом режимах работы типовых СПУ. На основе моделирования режима взреза получены численные значения воспринимаемых приводом и гарнитурой усилий. Экспериментальными данными доказана адекватность предложенных моделей.

3. Предложен способ гарантированный защиты СПУ при взрезе использованием в силовой цепи гарнитуры элемента, который обладает симметричной остаточной деформацией.

4. На основе анализа усилий СЭП созданы Нормы безопасности, в разработке которых автор принимал непосредственное участие.

5. Разработаны новые функциональные схемы переводных устройств отвечающих современным требованиям безопасности, а также узлы и элементы переводных устройств, обеспечивающих безопасное прохождение поездов

по железнодорожным стрелкам, в том числе высокоскоростным, отличающиеся усилением в СПУ функции запирания и достоверности контроля.

6. Проведены исследования по возможности применения современной элементной базы для электрических элементов контроля запирания и положения стрелки, не требующей обслуживания. Разработаны также новые устройства контроля и запирания стрелки повышающие безопасность движения поездов.

7. Разработаны новые электрические принципиальные схемы управления и контроля для синтезированного СПУ. Разработанные в диссертации схемотехнические решения использованы при проектировании ЭЦ станций на высокоскоростных участках железных дорог, а конструкторские предложения применены при модернизации приводов СП.

Публикации по теме диссертации

1. Кондратенко С. Л. Применение бесконтактных автопереключателей // Автоматика, связь, информатика. -2010. -№9.~С. 11-14.

2. Кондратенко С. JI. Перспективный стрелочный переводной комплекс. Каким ему быть? // Автоматика, связь, информатика. -2010. -№10.-С.5-7.

3. Кондратенко С. Л., В.М.Руденко, Т.А. Белишкина, О.А.Абрамов. Нормы безопасности НБ ЖТ ЦШ 082-2003, Изменения №1, Минтранс России, 2008 г.-16 с.

4. Кондратенко С. Л., Руденко В. М. Проблемы разработки устройств централизованных стрелок для высокоскоростного движения// Автоматика и телемеханика железных дорог России. Техника, технология, сертификация: Сб. научн. трудов. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008, с.63 - 66.

5. Руденко В. М,, Кондратенко С. Л. Направления разработки устройств ЖАТ для централизованных стрелок // Сб. док. пятой международной научно-практической конференции «Автоматика и телемеханика» на железнодорожном транспорте. РГОТУПС, Транс ЖАТ -2010. - С 268-272.

6. Прынцов В.А., Никитин А.Б., Кондратенко С. JL К вопросу спользова-ния герсиконов в схемах управления стрелочными электроприводами // Сб. трудов ЛИИЖТа «Вопросы применения микропроцессоров и микро ЭВМ на железнодорожном транспорте» Л.гЛИИЖТ, 1984г., с.73 - 79.

7. Гниломедов В. В., Кондратенко С. Л., Смирнов М. П., Яковлев В. Ф. Авторское свидетельство №1041371 «Устройство контроля положения остряка стрелочного перевода», заявка №3423566 от 16.05. 1983г.

8. Аркатов B.C., Кондратенко Л. Ф., Кондратенко С. Л., Молодцов В. П., Прынцов В. А. Авторское свидетельство №1268460 «Рельсовая цепь переменного тока» заявка №3676929 от 08.07.1986г.

9 Никитин А. Б„ Кондратенко С. Л., Наседкин О. А. Патент на полезную модель №109078 «Устройство управления стрелочным электроприводом», заявка №2011119318,10.10.2011г.

Подписано к печати

16.11.2011г. Печ.л. - 1лист Печать - ризография Бумага для множит.апп. Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз._Заказ № Ч0Х-С. _

Тип. ПГУПС 190031 С.-Петербург, Московский пр., д. 9

Введение.

1.Устройства обеспечения безопасности движения поездов по железнодорожным стрелкам.

1.1. Функциональное назначение электроприводов.

1.2. Электроприводы российских железных дорог.

1.3. Анализ нарушений работы электроприводов.

1.4. Выводы по разделу 1.

2.Анализ структуры и режимов работы стрелочных переводных устройств(СПУ)

2.1. Отечественные СПУ и эксплуатационно-технические требования.

2.2. Функциональная и установочная схемы стрелочного переводного устройства.

2.3. Защищенность СПУ от опасных состояний.

2.4. Исследование режимов работы стрелочных электроприводов.

2.4.1.Режим перевода стрелки.

2.4.2.Статический режим работы.

2.4.3.Динамический режим работы.

2.4.4.Аварийный режим взреза стрелки.

2.5. СПУ для высокоскоростных магистралей (ВСМ).

2.6. Выводы к разделу 2.

3. Синтез СПУ нового поколения.

3.1. Методы снижения динамических воздействий подвижного состава на элементы СПУ.

3.2. Количественные и качественные показатели. Нормы безопасности.

3.3. Функциональные схемы СПУ.

3.4. Выводы по разделу 3.

4. Совершенствование элементов СПУ.

4.1. Модернизация электроприводов серии СП.

4.2. Принципы построения СПУ.

4.3. Новые устройства запирания и контроля.

4.4. Выводы к разделу 4.

5. Схемы управления СПУ.

5.1. Требования к схемам управления.

5.2. Принципы построения контрольных и рабочих цепей схем управления СПУ.

5.3. Схемы управления электроприводами высокоскоростных стрелок.

5.4. Элементная база для контрольных цепей схем управления электроприводами.

5.5. Выводы к разделу 5.

В настоящее время на российских железных дорогах (РЖД), как и на всех железных дорогах мира, для дистанционного управления железнодорожными стрелками применяются стрелочные переводные устройства (СПУ), состоящие из:

• стрелочного электропривода (СЭП) с внутренним или внешним запиранием остряков или подвижного сердечника крестовины (ПСК);

• гарнитуры для установки (ГУ) СЭП на стрелочном переводе;

• гарнитуры для соединения (ГС) шибера и контрольных линеек СЭП с остряками или ПСК;

• электрической схемы управления и контроля СЭП.

Главным классификационным признаком СЭП является способ преобразования электрической энергии. Различают следующие типы СЭП: электромеханические, электромагнитные, электропневматические, электрогидравлические. Все СЭП различают также по конструкции, способу установки на стрелочном переводе, по типу электродвигателя и т.д., но все они обязательно выполняют три основных функции:

- перемещения остряков и ПСК с нормативно ограниченным усилием;

- запирания (удержания) остряков и ПСК в крайних положениях с усилием, обеспечивающим безопасное движение поездов по стрелке;

- контроля запирания остряков (и ПСК) и их положения относительно рамных рельсов с передачей этой информации на пост электрической централизации (ЭЦ).

Электропривод типа СП-6М, который сейчас повсеместно используется на РЖД по функциональному назначению узлов и гарнитуры мало чем отличается от ранее выпускаемых приводов серии СП. Многолетний опыт эксплуатации этих СЭП доказал их надежность при относительно простой конструкции и небольшой цене. Статистика отказов, которую ежегодно составляет департамент автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» по данным представленным в информационных системах ЭФФЕКТ, АСУ-Ш-2 и КАС АНТ /7,8,13/ с учетом данных, поступающих с железных дорог, выявила недостатки отдельных узлов СЭП и гарнитуры, которые необходимо исправлять, учитывая достижения современной техники. Прежде всего к недостаткам относятся отказы электрических контактов автопереключателя и блок -контактов.

Кроме того, наметившийся рост объемов перевозок требует увеличения скоростей и тоннажа подвижного состава. Учитывая массовое использование на сети СЭП типовых электроприводов серии СП необходимо оценить их соответствие новым требованиям и условиям эксплуатации, а также проанализировать типовые схемы управления. При этом необходимо учитывать современную тенденцию применения на сети дорог необслуживаемых, в пределах всего срока эксплуатации, напольных устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Все это предъявляет новые требования к надежности, безопасности и обслуживанию СПУ, требует научных обоснований компоновки СЭП нового поколения, обоснования норм безопасности и усилий для различных режимов работы СПУ, а также создания новых схем управления с учетом ввода высокоскоростного движения на линии Санкт-Петербург - Москва и других направлений.

Таким образом, целью диссертации является совершенствование стрелочных переводных устройств и схем управления электроприводом с учетом развития высокоскоростного движения.

В диссертации поставлены и решены следующие основные научные и практические задачи:

1. проведен обзор современного состояния направлений развития СПУ и выполнена систематизация его эксплуатационно - технических показателей;

2. проведены исследования причин отказов серийных СЭП и модернизированы узлы автопереключателя и блок - контактов;

3. разработаны математические модели работы СЭП в динамическом и аварийном режимах;

4. выполнен синтез структуры нового СПУ и разработаны отдельные его элементы;

5. разработаны и прошли апробацию новые схемы управления СЭП, а также разработан алгоритм поиска и устранения отказов в схемах управления электроприводами стрелок, по которым на РЖД организовано высокоскоростное движение.

5.5 Выводы к разделу 5

1. Модернизация АП привода в виде применения новой коммутационной элементной базы неизбежно требует разработки новых схем управления электроприводом.

2. Разделение по отдельным линейным проводам цепи управления электродвигателем привода и цепи контроля положения стрелки позволяет постоянно контролировать исправность всех элементов рабочей цепи, а также применить слаботочные бесконтактные датчики в АП привода.

3. Из всего многообразия датчиков, в АП необслуживаемого стрелочного электропривода целесообразно использовать датчики трех типов: трансформаторные с подвижным сердечником, магнитоуправляемые герко-новые и резистивные с переменным сопротивлением.

4. Разработанный автором АП на базе магнитоуправляемых герметизированных контактов для приводов серии СП может применяться по новой 5 - проводной схеме управления электроприводом при проектировании новых (или реконструируемых) станций, а также в действующих ЭЦ по схеме привязки.

5. В схеме управления электроприводами высокоскоростных стрелок с целью экономии кабеля, а также облегчения работы электромеханика при анализе работы схемы и сокращения времени поиска отказа, целесообразно использовать в приводе необслуживаемый коммутатор, который является повторителем рабочих контактов АП и обеспечивает пуск и отключение электродвигателя.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе поставлена и решена задача определения путей совершенствования стрелочного переводного устройства отвечающего современным требованиям для обеспечения безопасного движения поездов по железнодорожной стрелке.

В результате проведенных исследований в диссертации получены следующие основные результаты:

1. При анализе статистических данных выявлены наиболее слабые элементы применяемых в настоящее время на сети российских дорог стрелочных электроприводов, их установочной и соединительной гарнитур, а также недостатки типовых схем управления электродвигателем.

2. Определена степень защищенности от опасных состояний типового стрелочного переводного устройства при различных режимах его работы.

3. Проведен анализ соответствия типовых стрелочных переводных устройств установленным нормам безопасности по качественным и количественным составляющим.

4. Разработаны новые функциональные схемы переводных устройств отвечающих современным требованиям безопасности.

5. Разработаны новые функциональные узлы и элементы переводных устройств, обеспечивающих безопасное прохождение поездов по железнодорожным стрелкам, в том числе высокоскоростным.

6. Выбрана элементная база для электрических элементов контроля запирания и положения стрелки, способная работать в условиях напольной железнодорожной эксплуатации и не требующая обслуживания.

7. Разработаны эскизные чертежи новых устройств контроля и запирания, а также элементов для модернизации действующих электроприводов серии СП.

8. Разработаны новые электрические принципиальные схемы управления и контроля для возможности использования новой элементной базы в узлах и электрических цепях стрелочного переводного устройства.

Разработанные в диссертации схемотехнические решения использованы при проектировании ЭЦ станций на высокоскоростных участках железных дорог, а конструкторские предложения применены при модернизации приводов серии СП.

7. Список использованных информационных источников

1. Апатцев В.И. Оптимизация работы железнодорожных узлов. // Железнодорожный транспорт. - 1998. - № 11. - С. 2.

2. Щелоков А.И., Шапкин И.Н. Новое в технологии и управлении перевозками. // Железнодорожный транспорт. - 1995. -№8. - С. 8.

3. Шафиркин В.Б. Совершенствование управления перевозками. // Железнодорожный транспорт. - 2000. - №3. - С. 40.

4. Гришин С.А. Стратегия управления перевозками на современном этапе. // Железнодорожный транспорт - 2001. - №1. - С. 10-17.

5. Аветикян М.А. Высокие технологии перевозочного процесса. // Железнодорожный транспорт - 2001. - №11.- С. 73.

6. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, - М.: Транспорт, - 2000. - 191 с.

7. Анализ состояния безопасности движения поездов и работы устройств СЦБ, механизированных горок в хозяйстве сигнализации, связи и вычислительной техники за 1999 год. Москва. МПС. Управление сигнализации, связи и ВТ. - 2000. - 23 с.

8. Анализ состояния безопасности движения поездов и работы устройств СЦБ, механизированных горок в хозяйстве сигнализации, связи и вычислительной техники за 2000 год. Москва. МПС. Управление сигнализации, связи и ВТ. - 2001. - 25 с.

9. Железнодорожный транспорт в 1995 году: цифры и факты. // Железнодорожный транспорт - 1996, №4.

Ю.Железнодорожный транспорт в 1996 году: цифры и факты. // Железнодорожный транспорт - 1997, №4.

11 .Железнодорожный транспорт в 1997 году: цифры и факты . // Железнодорожный транспорт - 1998, №5.

12.Железнодорожный транспорт в 1999 году: цифры и факты. // Железнодорожный транспорт. - 2000, №5.

13.Статистический отчет о работе железных дорог за 1999 год. - М.: МПС. Управление статистики. - 2000. - С. 60.

14.Железные дороги России в 2000 году. // Железнодорожный транспорт. -2001, №4.-С. 2-4.

15.Железнодорожный транспорт в цифрах. // Железнодорожный транспорт. - 1997.-№10. - С. 2-3.

16.Железнодорожный транспорт в 1998 году: цифры и факты. // Железнодорожный транспорт. - 1999. - №5. - С. 7-12.

17.0днопозов Ю.А., Хилькевич И.А. Электрическая централизация маневровых районов станций. - М.: - Транспорт, - 1985. - С. 9-66.

18.Телеуправление стрелками и сигналами. / Переборов A.C., Брылеев А.М., Ефимов В.Ю., Кокурин И.М., Кондратенко Л.Ф. - М.: Транспорт, -1981. -С. 194-210.

19.Новые устройства СЦБ в Финляндии. // Железные дороги мира. - 2002. № 12. - С.57-80.

20.Храпатый A.B. Повышение безопасности движения на базе новых технических средств. // Железнодорожный транспорт. 2002. № 12. - С. 8-12.

21 .Новые технические средства для железнодорожного транспорта. // Железные дороги мира - 1997. - №7. - С. 39. (J. Hille. Yerlcebr .d Technik, 1995, №6, s.221-228, №7, s.265-267).

22.Информационные технологии управления инфраструктурой железнодорожного транспорта. / Андрианов В.П., Антропов B.C., Райков Г.В., Захаров Я.Л., Подшивалов А.Б., Бакеев Е.Е. // Железнодорожный транспорт. - 1998. - №6. - С. 96-97.

23.Куммер П.И., Коптева Т.В. Электронные системы автоматики на зарубежных железных дорогах. - М.: - Транспорт, - 1990. - С. 86-100.

24.Резников Ю.М. Электроприводы железнодорожной автоматики и телемеханики - М.: Транспорт, - 1985. - 288 с.

25.Минаков Е.Ю. Синтез стрелочных электроприводов с внутренним замыканием шибера. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва, - 1999. - 221 с.

26.Малышев А.Д., Минаков Е.Ю. и др. Взрезной стрелочный электропривод. Отчет по НИР. Технический проект. ВЗИИТ, - 1991. - 74 с.

27.Кондратенко Л.Ф., Минаков Е.Ю., Низовцев В.В., Степанов Ю.С., Ус-кова H.H., Шуваев В.В. Стрелочный электропривод винтовой взрезной с ходом шибера до 220 мм (СПВВ-2-220): Отчет по НИР. Эскизный проект. ВЗИИТ, - 1993. - 81 с.

28.Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник. Кн.1, - М.: НПФ Планета, - 2000. С. 9-76.

29.Патент № 2181678. Винтовой стрелочный электропривод с внутренним замыканием шибера, взрезной, для работы с внешними замыкателями

30. остряков стрелки и подвижных сердечников крестовин/ Авт. изобрет. Е.Ю. Минаков. - Заявл. 23.12.98 № 981123439.

31.Патент № 2181679. Винтовой стрелочный электропривод с внутренним замыканием шибера/ Авт. изобрет. Е.Ю. Минаков. - Заявл. 23.12.98 № 981123440.

32.Стрелочный электропривод для механизированных горок с бесконтактным переключателем. Отчет по научно-исследовательской работе.

- М.: ВЗИИТ, - 1980. - 38 с.

33.Талалаев В.И., Сараев В.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В. Стрелочный электропривод ВСП-150 поставлен на серийное производство. Прочностные параметры, анализ конструкции. // Автоматика, связь, информатика, № 1,-2001, - С. 9-11.

34.Шалягин Д.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В, Лялин B.C. Основные тре бования безопасности, предъявляемые к стрелочным невзрезным элек тромеханическим приводам. // В сб. «Высшее профессиональное обра зование на ж.д. тр-те». М.: - 2001, - С. 124-127.

35.Минаков Е.Ю., Шуваев В.В, Титов Н.И. Новые отечественные стрелочные электроприводы. // В сб. «Транспорт: наука, техника, управление» № 8, ВИНИТИ. М:. - 2002, - С. 38-39.

36.Инструкция по техническому обслуживанию устройств сигнализации, централизации и блокировки. № ЦШ-720. - 2000. - 81 с.

37.Устройства СЦБ. Технология обслуживания. Под ред. Пономаренко M.B. - М.: Транспорт, - 1999. - 427 с.

38.Ягудин Р.Ш. Надежность устройств автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, - 1989. - 159 с.

39.Поскробко A.A. и др. Бесконтактные коммутирующие и регулирующие полупроводниковые устройства на переменном токе. - М.: Энергия,

- 1978.- 192 с.

40.Малышев А.Д., Минаков Е.Ю. и др. Разработка конструкторской документации и испытание опытного образца стрелочного электропривода. Отчет по НИР. Технический проект. ВЗИИТ, - 1992. - 63 с.

41.Боденчук Е.В., Минаков Е.Ю., Ускова H.H., Шуваев В.В. Проведение комплексных лабораторных испытаний макетных образцов винтовых стрелочных электроприводов ВСП-150 и СПВВ-3-2х150: Отчет по НИР. Заключительный отчет. -М.: ВЗИИТ, - 1995. - 244 с.

42.Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Талалаев В.И. и др. Сертификация и доказательства безопасности железнодорожной автоматики. - М.: Транспорт, - 1997. - 289 с.

43.Меньшиков Н.Д. и др. Надежность железнодорожных систем автоматики и телемеханики. М. Транспорт, - 1976. - 215 с.

44.Стандарт отрасли. ОСТ 32.146-2000. Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Общие технические условия. МПС России. -2000.- 163 с.

45. Сороко В.И., Розенберг E.H. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник. Кн.2, - М.: НПФ Планета, - 2000. С. 408-420.

46.Вагоны. Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Шадур Л.А., Челноков И.И., Никольский E.H., Никольский Л.Н., Котуранов В.Н., Проскурнев П.Г., Казанский Г.А., Спиваковский А.Л., Девятков В.Ф.; Под ред. Шадура Л.А. - 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1985. - С. 5-51.

48.Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте. / Дмитриев В.Р., Крупицкий А.З., Петров А.Ф., Прокопин Ю.Д., Ушкалов А.И. НТП СЦБ/МПС-99. - 1999, ГУП Гипротранссигналсвязь, - 76 с.

49.Глюзберг Б.Э. Стрелочные переводы нового поколения для железных дорог России // Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства: Сборник научных трудов.- Новосибирск: ВНИИЖТ,

1997. С. 21-24

50.Басилов В.В., Чернышов М.А. Справочник инженера-путейца. Т.1 - М.: Транспорт, - 1972. - 768 с.

51 .Гниломедов В.В. и др. Исследование влияния взреза на элементы электропривода и стрелочную гарнитуру. Отчет по НИР. ЛИИЖТ. - 1983. -89 с.

52.Талалаев В.И., Сараев В.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В. Анализ динамики взреза стрелки с невзрезными стрелочными электроприводами серии СП и ВСП-150. // Автоматика, связь, информатика № 3, - 2001. - С. 11-14.

53.Фришман М.А. Как работает путь под поездами. -М.: Транспорт, - 1983. -136 с.

54.Федотов А.Е., Качмарская O.K. Техническое обслуживание централизованных стрелок. - М.: Транспорт, - 1988. - 95 с.

55.Шуваев В.В. Современные методы защиты стрелочного перевода от ложного контроля. РГОТУПС РФ. -М., 2002. 9 е., библиограф. 4 назв., 2 ил., (рукопись депонирована в ВИНИТИ 10.10.2002, № 1833 - В2002).

56.Резников Ю.М. Усовершенствованные устройства управления централизованными стрелками. - М.: ВЗИИТ, - 1979. - 26 с.

57.Талалаев В.И., Сараев В.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В. Обеспечение безопасности движения поездов контрольной системой электропривода ВСП-150. // Автоматика, связь, информатика № 4, - 2001. - С. 11-14.

58.Каргалов Н.И. и др. Работа устройств ЭЦ с электроприводом переменного тока. // Автоматика, телемеханика и связь, - 1975. №10, - С. 22-24.

59.Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ. № ЦШ-530. - 1998. - 97 с.

60.Разработка стрелочных электроприводов на новой элементной базе. Научно-исследовательская работа. - М.: РГОТУПС, - 1998. - 37 с.

61.Резников Ю.М. Структурный синтез бесконтактного стрелочного электропривода для систем централизации с учетом требований технической диагностики. Сб. трудов ВЗИИТа, вып. 93, - 1978. - С. 32-40.

62.Шуваев В.В. Динамика движения остряков в конце перевода стрелки. РГОТУПС РФ. -М., - 2002. 9 е., библиограф. 4 назв., 1 ил., (рукопись депонирована в ВИНИТИ 10.10.2002, № 1834 - В2002).

63.Указание МПС № Г-304У от 04.04.96. О введении технологии измерений усилий перевода стрелок и крестовин. - М.: МПС, - 4 с.

64.Талалаев В.И., Сараев В.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В. Анализ тяговых усилий электропривода с внутренним замыканием шибера. // Автоматика, связь, информатика № 2, - 2001. - С. 9-11.

65.Талалаев В.И., Сараев В.В., Минаков Е.Ю., Шуваев В.В. Способы установки стрелочных электроприводов ВСП-150 и СП-6. // Автоматика, связь, информатика № 6, - 2001. - С. 18-20.

66.Глюзберг Б.Э. Классификация дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов. - М.: - Транспорт, 1996. 87 с.

67.Минаков Е.Ю., Шуваев В.В, Танеев Э.А. Стрелочные электродвигатели переменного тока типа МСА. // В сб. «Транспорт: наука, техника, управление» № 8, ВИНИТИ. М.\ - 2002, - С. 39-40.

68.Повороженко В.В. и др. Эксплуатация железных дорог. - М.: Транспорт, 1982,-С. 79-81.

69.Первые итоги внедрения новых методов управления и эксплуатации. // Железные дороги мира - 2000. - №7. - С. 8 (D; Briginshow., International Railway Journal, 2000, №3, p. 11-21).

70.Динамические испытания стрелочных электропривода СП-3 и его гарнитуры в условиях движения поездов со скоростью 200 км/ч. ЛИИЖТ, НИР, 1976г.

71 .Исследование влияния взреза на элементы электропривода СП-6 и стрелочной гарнитуры ДИИЖТ, НИР, 1983г.

72. Динамические прочностные и эксплуатационные испытания опытной партии гарнитур для крестовин с НПК. ПГУПС, НИР, 1992г.

73. Определение динамических воздействий в условиях реальной эксплуатации при различных скоростях подвижного состава и нагрузках на ось. ПГУПС, НИР, 1996г.

74. В.А.Злобин и др. Ферритовые материалы. Л.: Энергия, 1970 — 112 с.

75. В.В.Пасынков, В.С.Сорокин. Материалы электронной техники, М.: Высшая школа, 1986 — 367 с.

76. Ю.В. Корицкий и др. Справочник по электротехническим материалам. Т.З, Л.: Энергоатомиздат, 1988 — 728 с

77.Разработка нового стрелочного электропривода. ПГУПС, НИР, 2009г.

78.Железнодорожная автоматика и телемеханика. Термины и определения. ГОСТ Р 53431-2009.

Internet- источники:

79. Электонная энциклопедия http://www.krugosvet.ru.

80. Электронный каталог измерительных приборов http://www.datchik.ru

81. Сайт «Электронные компоненты» http://www.elcp.ru/

82. Большая Советская Энциклопедия http://referatu.ru/

83. ОАО "Рязанский завод металлокерамических приборов" http://www.rmcip.ru