Стрелочные электроприводы и электродвигатели
Необходимость модернизации стрелочного электропривода.Всегда ли можно верить контролю положения стрелки? Известно, что контрольные линейки и тяги служат для определения истинного положения остряков стрелочного перевода и контроля взреза. Контрольные тяги регулируют так, чтобы стрелка не давала контроля при отставании остряка более 4 мм. К тому же в настоящее время применяют раздельное крепление рабочей и контрольной тяг, чтобы исключить ложный контроль при изломе серьги.
При взрезе стрелки перемещается прижатый остряк, который воздействует на контрольную тягу, связанную с соответствующей контрольной линейкой. Зуб взреза контрольной линейки выталкивает рычаг автопереключателя, который размыкает контрольные контакты. Но так происходит только при определенных условиях.
Вот один из характерных случаев, происшедших на станции Акри Московской дороги, по счастливой случайности не приведший к жертвам. С грузового поезда упал тяжелый предмет и некоторое время волочился за поездом. На одной из противошерстных стрелок главного хода этот предмет сбил отбойный брус, ударил по межостряковой и контрольной тягам. В результате вследствие изгиба остряк отошел от рамного рельса на 40 мм. Но так как межостряковая и контрольная тяги имели изгиб одинакового значения, контрольная линейка не переместилась относительно шибера. Линейка не воздействовала на рычаг автопереключателя, и контроль положения стрелки остался. Затем по этой стрелке прошли пять пассажирских поездов, после чего отжатый остряк был обнаружен монтером пути.
Усилие, которое требуется, чтобы выдавить рычаг автопереключателя, должно быть равным примерно 800 кг. При таком усилии вполне вероятен изгиб длинной контрольной тяги и, как следствие, отсутствие контроля взреза стрелки, поэтому усилие на изгиб контрольной тяги должно быть всегда гораздо больше, чем усилие, необходимое для перемещения рычага автопереключателя.
Контрольные тяги необходимо регулировать так, чтобы не было изгибов, следов удара. Следует обращать на это особое внимание при осмотрах стрелочных гарнитур.
Если контрольная линейка перемещается более чем на 100 мм, то независимо от положения контролируемого остряка рычагу автопереключателя ничто не мешает занять крайнее положение, дав при этом ложный контроль положения стрелки. Поэтому удлинили контрольные линейки.
Характерным примером для этого случая может служить крушение на станции Шерабат Среднеазиатской дороги. В электроприводе СП-6 на контрольной линейке был установлен упор, который срезается, не давая западать рычагу автопереключателя. Но из-за неудачной конструкции и трудности контроля рычага от упоров отказались и практически во всех приводах установили контрольные линейки (на 150 мм). Считается, что на большее расстояние линейка не может перемещаться.
Испытываются электроприводы, в которых перемещение линейки контролируется с помощью геркона, установленного на станине электропривода. Контакт геркона включен в цепь контроля стрелки и замыкается только при наличии линейки в требуемом положении.
Нарушение может также возникнуть, когда взрез стрелки сопровождается изломом подшипника главного вала и станина автопереключателя приподнимается. В этом случае рычаг автопереключателя замыкает контрольные контакты. То же самое происходит при ослаблении крепления станины автопереключателя.
Решением вопроса получения достоверного контроля явилось бы создание устройства, в котором непосредственно контролировалось бы расстояние между остряком и рамным рельсом.
Профилактика обнаружения отказов электродвигателей.Возможны следующие неисправности электродвигателей постоянного тока и их причины.
1. Искрение щеток (при вращении якоря в одну сторону щетки
искрят сильнее, чем при вращении в другую), плохое состояние щеток,
неправильная установка щеткодержателей, слабое или слишком
сильное нажатие на коллектор, возвышение одних пластин коллектора
над другими, короткое замыкание в якоре, биение коллектора, сдвиг
щеток с нейтрали.
Мероприятия по устранению данного повреждения следующие: правильно притереть щетки к коллектору стеклянной шкуркой; поджать пружины при слабом нажатии, а при сильном ослабить их так, чтобы нажатие щеток на коллектор соответствовало установленной норме; ввернуть регулировочный винт заподлицо с корпусом щеткодержателя (но не до отказа); при возвышении одних пластин над другими или биении коллектора пластины подогнать по высоте; устранить короткое замыкание, которое может произойти из-за сообщения проводов и остатков олова между "петушками" коллектора после пайки или заусенцев после обточки; устранить загрязнение коллектора протиранием чистой тряпкой, слегка смоченной в бензине; устранить грязь, накопившуюся в зазоре между ламелями коллектора, используя заостренную пластину из твердого дерева или пластмассы; установить щетки по нейтрали.
2. Электродвигатель медленно увеличивает частоту вращения и
перегревается - излишне длительное включение; повторно-кратко
временный режим работы; работа на фрикцию; плохой ход из-за короткого замыкания, обрыва в одной или нескольких секциях якоря или
замыкания между пластинами коллектора, а также из-за отсутствия
смазочного материала в подшипниках.
Мероприятия по устранению данного повреждения следующие: при коротком замыкании или обрыве в секциях перемотать якорь; удалить заусенцы, создающие замыкание на коллекторе; проверить пайку выводных концов секций к коллекторным пластинам; смазать подшипники двигателя.
3. Отсутствие вращения электродвигателя после включения:
перегорание предохранителей; отсутствие щеточного контакта; обрыв
в обмотке возбуждения или якоре.
Для устранения данного повреждения нужно проверить целость плавкой вставки предохранителей, наличие щеточного контакта и обрыва (место обрыва установить с помощью контрольной лампы или мегаомметра).
4. Отклонение частоты вращения электродвигателя при номинальном напряжении и номинальной нагрузке от номинальной или неодинаковость частоты при вращении в разные стороны; различный ток при
вращении электродвигателя в разные стороны - щетки сдвинуты относительно нейтрали в первом случае по направлению вращения, во втором - против направления вращения электродвигателя.
Чтобы устранить эту неисправность, щетки электродвигателя нужно
установить по нейтрали.
Возможны следующие неисправности электродвигателей переменного тока и их причины.
1. Перегрев обмотки и сердечника статора: повышенное напряжение сети; при перегрузке электродвигателя сообщение витков в обмотке статора; неправильное соединение выводных концов обмоток;
короткое замыкание между фазами; замыкание листов статора заусенцами; задевание ротора за статор при вращении.
Мероприятия по устранению данной неисправности следующие: снизить напряжение до номинального; проверить нагрузку и напряжение питания; устранить междувитковые сообщения, если они обнаружены; правильно включить электродвигатель; удалить заусенцы шибером, а ротор отцентровать, место зачистки покрыть лаком.
2. Электродвигатель медленно увеличивает частоту вращения,
ротор перегревается; плохой контакт между стержнями обмотки и
короткозамыкающими кольцами из-за разрыва стержня или отрыва от
кольца; обрыв в одной фазе статора при включении обмоток электродвигателя "звездой".
Чтобы устранить данное повреждение, нужно найти место повреждения; приварить (припаять) стержень к кольцу, а при его разрыве заменить кольцо; установить вольтметром отсутствие напряжения в одной из фаз; устранить обрыв.
3. Отклонение в меньшую сторону от номинальной частоты вращения электродвигателя при номинальной нагрузке; пониженное напряжение сети; недостаточный контакт в цепи ротора или включение
обмотки "звездой" на напряжение 127 В.
Для устранения данного повреждения следует: повысить напряжение; перемонтировать ротор; включить обмотку статора при напряжении сети 127 В "треугольником".
4. Неустойчивость работы электродвигателя: обрыв в фазе.
Управление стрелками
В устройствах блочной маршрутной централизации участковых станций применяют двухпроводную схему управления стрелочными электроприводами. Более 100 тыс. стрелок оборудованы двухпроводной схемой с электродвигателями постоянного тока. Эта схема была разработана в 1950 г., и до сегодняшних дней она осталась прежней, изменилась лишь аппаратура в связи с переходом на малогабаритные реле и созданием блока ПС-220.
Схема управления стрелочным электроприводом должна обеспечивать: перевод стрелки из одного положения в другое и реверсирование ее из любого положения; исключение перевода стрелки, замкнутой в маршруте, и при занятой стрелочной рельсовой цепи; полное завершение начавшегося перевода стрелки, если рельсовая цепь была занята после начала перевода (реверсирование перевода при этом исключается); перевод стрелки при занятой рельсовой цепи только при дополнительном фиксируемом действии агента; достоверную индикацию на пульте управления с отражением нормального и переведенного положений (исключение перевода и ложного контроля положения стрелки при взрезе должно обеспечиваться конструкцией привода).
При использовании проводов управления для цепи контроля обеспечивается разделение источников питания рабочей и контрольной цепей, двухполюсное отключение контрольного реле от линейных проводов во время перевода стрелки и отключение всех полюсов источника рабочего тока после окончания перевода стрелки. Это выполняется с помощью реле I и II классов надежности.
Кроме перечисленных требований, схема обеспечивает сохранение контроля положения стрелки и размыкание цепей электродвигателя привода при поднятии курбельной заслонки для ручного перевода стрелки.
Допускается совмещение в одних и тех же линейных проводах рабочих и контрольных цепей с условием, что при возбуждении пусковых реле контроль положения стрелки отключится. Рабочие цепи после перевода стрелки размыкаются, как правило, контактами автопереключателя. Во время перевода стрелки обеспечивается непрерывный контроль рабочего тока в цепи, а при электродвигателе трехфазного тока - наличие всех трех фаз. При нарушении этого контроля рабочая цепь должна размыкаться.
Повреждение элементов схемы не приводит к получению ложного контроля положения стрелки и ее переводу при занятом стрелочном участке или в замкнутом маршруте. Схема также обеспечивает немедленную фиксацию повреждений любого элемента контрольной цепи, а в рабочей цепи - не позднее очередного перевода стрелки.
Схема управления стрелочным приводом не допускает опасных для движения поездов положений или получение контроля, не соответствующего положению стрелки, при одном из следующих повреждений: нарушение цепи в контактах реле или автопереключателя; сваривание или иное ложное соединение контактов реле; отказ в работе якоря поляризованного реле; короткое замыкание или обрыв проводов; сообщение линейных проводов или сообщение проводов, соединяющих электроприводы спаренных стрелок; неправильное подключение линейных проводов, когда один провод ошибочно подключен вместо другого; однополюсное соединение линейных проводов с любым источником электропитания; заземление одного из линейных проводов или его сообщение с корпусом электропривода; соединение линейных проводов схемы через кабель с другими цепями; перегорание предохранителей, включение и выключение электропитания; наведение в линейных проводах посторонних токов; образование дуги на контактах реле, коллекторе электродвигателя или наличие коммутационных процессов в любых частях схемы; пробой или обрыв конденсаторов и диодов, входящих в схему; изменение временных характеристик реле и переходных сопротивлений его контактов; короткое замыкание контакта стрелочного коммутатора, кнопки управления или контакта реле I класса надежности.
Схема также должна обеспечивать: проверку отпускания якоря реле I класса надежности, если цепь его обмотки размыкается контактом, конструкция которого не исключает ложного замыкания; блокировку пусковых реле от рабочего тока после размыкания цепи возбуждения до конца перевода; контроль положения стрелки при согласованных значениях емкости и сопротивления линейных проводов.
Схема не должна допускать перевода стрелки или разворота якоря электродвигателя привода под действием э.д.с. источника контрольного тока при остановке стрелки в среднем положении. В схеме необходимо предусматривать выключение стрелки из зависимости заменой управляющей аппаратуры макетом с обеспечением соответствующей индикации на табло.
Схема должна обеспечивать, как правило, последовательный перевод спаренных стрелок и двойное управление стрелкой. Изменение полярности подключения выпрямительного и других приборов, устанавливаемых в приводе и включаемых в контрольную цепь, не должно приводить к возникновению ложного контроля.
Квалифицированное обслуживание стрелок требует хороших знаний устройств и умения логически оценивать каждый случай отказа и неисправности. Рассмотрим некоторые, наиболее характерные виды работ технологического процесса обслуживания централизованных стрелок. Одним из основных видов работ является проверка стрелок на плотность прилегания остряков к рамному рельсу. Такую проверку в соответствии с технологической картой желательно проводить при участии старшего электромеханика, находящегося у пульта управления, электромеханика и электромонтера, находящихся на стрелке. Старший электромеханик, находящийся у пульта управления, с разрешения дежурного переводит стрелки, электромеханик шаблоном проверяет плотность прижатия остряков. Электромонтер следит за движением поездов и маневровых единиц, своевременно предупреждая электромеханика об опасности. Между старшим электромехаником и электромехаником имеется радиосвязь.
Для проверки плотности прилегания остряков с помощью обычного шаблона требуется перевести стрелку не менее пяти раз.
Стрелку возвращают в исходное состояние при работе электродвигателя на фрикцию, что приводит к сильному искрообразованию на контактах пусковых реле. Частые переводы каждой стрелки при большом числе стрелок и сплошной проверке стрелок требуют значительных затрат времени. Для сокращения времени на некоторых дистанциях стрелки проверяют с помощью специального шаблона, снабженного длинной рукояткой. Заложив шаблон между остряком и рамным рельсом, переводят стрелку, как только электродвигатель начинает работать на фрикцию, нажимают на рукоятку и благодаря упору извлекают зажатый шаблон. Перевод заканчивается. Потом переставляют шаблон на другой остряк и проверяют плотность прилегания остряков в том же порядке. С использованием специального шаблона требуется всего два перевода стрелки вместо пяти, чем сокращается время проверки каждой стрелки, а также время воздействия на контакты пусковых реле.
Рассмотрим ряд неисправностей и способы их устранения.
В двухпроводной схеме при переводе стрелочной рукоятки стрелка не переводится, рабочий ток отсутствует. Одной из причин является перегоревший предохранитель в рабочей цепи стрелки. Если предохранитель исправен и после возвращения стрелочной рукоятки в первоначальное положение контроль стрелки восстанавливается, то это означает, что линейная цепь исправна. Следует несколько раз перевести рукоятку, так как возможно, что реверсирующее реле Р не переключило поляризованный якорь, и цепь рабочего тока не замыкается. Если стрелка не переводится, то вольтметром постоянного тока нужно проверить, поступает ли рабочее напряжение на выводы линейной цепи Л1, Л2 при повороте стрелочной рукоятки (учитывая, что линейная цепь замыкается только на время замедления реле НПС).Если напряжение поступает, то дальнейший поиск неисправности следует вести непосредственно на стрелке с помощью вольтметра. Прежде всего следует проверить работу реверсирующего реле Р, переведя стрелку с поста ЭЦ, предварительно вскрыв путевую коробку. При нормальной работе реле Р, использовав питание контрольной цепи, проверить исправность цепи электродвигателя, подключив прибор к разомкнутым контактам 41-42 (11-12) автопереключателя.
Причинами нарушения контрольной цепи положения стрелки могут быть: сгоревший предохранитель, нарушение контакта автопереключателя, неисправность контрольного блока БВС. При исправности предохранителя необходимо вольтметром проверить наличие напряжения сначала постоянного, а затем переменного тока на зажимах проводов Л1 и Л2. Если переменное напряжение есть, а постоянного нет, то нарушен контакт автопереключателя или неисправен блок БВС. Дальнейший поиск следует вести на стрелочном электроприводе. Вольтметром следует проверить наличие напряжения между контактами 41 (11), 34 (24), 33 (23), 32 (22) автопереключателя. Если в контактах цепь не нарушена, то нужно подключением вольтметра постоянного тока к контактам 32-33 автопереключателя проверить исправность блока БВС.
Другие характерные неисправности централизованных стрелок ипричины их возникновения приведены ниже:
Характерные неисправности | Вероятная причина неисправности |
При переводе стрелки электродвигатель потребляет повышенный ток | Загрязнены или не смазаны башмаки, сильно затянуто корневое крепление |
В конце перевода стрелки амперметр показывает значительное возрастание тока | Сильно затянуто корневое крепление, вызывающее пружинность остряка, слишком плотное прижатие остряка, накат на рамном рельсе, сужение колеи у остряков |
При переводе спаренных стрелок амперметр фиксирует нормальный перевод первой стрелки и затем ток исчезает. Контроль положения стрелок отсутствует. При обратном переводе стрелки контроль восстанавливается | Обрыв рабочей цепи между стрелками, как правило, на контактах автопереключателя первой переводимой с поста стрелки |
Стрелка не переводится, амперметр фиксирует повышенный ток. При возвращении рукоятки (нажатии кнопки) в прежнее положение амперметр сразу же показывает отсутствие тока, контроль положения стрелки мгновенно восстанавливается | Стрелка заперта накладкой, заклинился шибер из-за отсутствия смазочного материала на запорных зубьях шиберной шестерни и шибера |
Стрелка не переводится, амперметр показывает пониженный против нормы ток | Ослабло фрикционное сцепление |
При прохождении по стрелке поезда теряется контроль ее положения | Зазор между зубом ножевого рычага и вырезом контрольной линейки почти отсутствует, т. е. не соответствует норме 1—3 мм |
Рабочее напряжение на электродвигатель поступает, но якорь не вращается | Обрыв цепи между секцией обмотки якоря и коллекторной пластиной. Обрыв обмотки якоря или обмотки возбуждения |
При работе электродвигателя наблюдается сильное искрение щеток | Загрязнение коллектора, слабое нажатие щетки на коллектор |
Трудности эксплуатации устройств электрической централизации
Большое число отказов в устройствах ЭЦ дают электроприводы и электродвигатели. По состоянию на 1990 г. вэксплуатации на дистанциях находятся примерно 10 типов электроприводов. В основном используются электроприводы СПВ, СП-2, СП2Г, СП-3, СП-6, СПГ, СПГ-Б. Показательно то, что электроприводы типа СПВ, работающие с рельсами типа Р43 и выпущенные 40 лет назад, работают более надежно и устойчиво, чем приводы более поздних выпусков и в том числе типовой электропривод СП-6, работающий с рельсами Р50.
На сети дорог эксплуатируются десятки тысяч электроприводов с конструктивными и технологическими недостатками, чем создается потенциальная возможность отказов и аварий. Наиболее уязвимым местом электропривода является автопереключатель. Потеря контакта в автопереключателе составляет 43-45 % общего числа отказов электроприводов. К заводским недоработкам автопереключателя относятся большие допуски изготовления колодок и ножей, расхождения в размерах отверстий для крепления, низкое качество литья, отчего происходят частые изломы колодок и ножей. Электроприводы не контролируют отставание остряка от рамного рельса и замыкаются, если убрать рамный рельс. Электропривод следует дополнить устройством, непрерывно контролирующим зазор между остряком и рамным рельсом. Наблюдаются частые случаи повреждения электроприводов в маневровых районах.
При маневровой работе по незапертым в маршруте стрелкам при закрытом маневровом светофоре происходит взрез стрелок, неправильно установленных по маршруту. Из-за взреза изгибаются тяги и стрелочные остряки, электропривод выходит из строя. На восстановление централизованных стрелок после взреза нужно несколько часов, что сбивает график движения поездов и маневровых работ. В маневровых районах необходимо применять электроприводы взрезного типа, а также совершенствовать гарнитуру электропривода, так как динамические воздействия подвижного состава отрицательно сказываются на состоянии изоляции гарнитуры, вызывая отказ в работе рельсовой цепи.
Большое число отказов приходится на электродвигатели. Из-за низкого качества электродвигателей, выпускаемых Саратовским заводом, массовый характер имеют обрывы на коллекторах и якорных обмотках. По этой причине дистанция вынуждена в график технологического обслуживания устройств централизации добавлять работу по проверке электродвигателей для выявления обрывов проводов секций на коллекторе с периодичностью 1 раз в месяц. Это мероприятие половинчатое, поскольку выводы проводов секций не залиты изоляционной смолой, и обрывов не избежать. Не лучше ли будет, считают работники дистанций, если с завода будут поставляться якоря к электродвигателям без обмоток и тогда не нужно будет терять время на то, чтобы снимать обмотку и выбрасывать ее, а новую наматывать в мастерской дистанции. Саратовский завод выпускает электродвигатели и с другими технологическими недостатками, заставляя работников дистанций затрачивать много времени на их устранение.
Много трудностей в эксплуатации создает блочная маршрутно-релейная централизация. В основном эта система отвечает требованиям времени, но за долгие годы мало совершенствуется и модернизируется. Система считается блочной, но ведь на каждые три статива блочного монтажа приходится один статив свободного монтажа, что усложняет эксплуатационное обслуживание. Слабым местом в эксплуатации системы БМРЦ являются приборы и технология их установки. Часты случаи потери контроля в штепсельных разъемах блоков. При их установке на статив гнутся контакты розеток и нарушаются контакты в электрических цепях.
Целесообразнее было бы не блок вставлять в розетку, а розетку устанавливать на блок и крепить ее. Проектные и конструкторские организации занимаются разработкой новых систем, таких, как системы электрической централизации с индустриальным монтажом (ЭЦИ), но не учитывают, что блочную структуру можно и нужно развивать на базе существующей системы. Появляется законный вопрос работников дистанции: почему до_сих пор в блочном исполнении не делается увязка с временной двусторонней автоблокировкой, с переездами, а также комплекты выдержки времени и др.?
Еще одним существенным недостатком системы БМРЦ является отсутствие информационного контроля за состоянием устройств. При большом количестве аппаратуры и сложности электрических схем электромеханик, не имея визуального контроля за работой централизации, затрачивает много времени на поиск и устранение отказов, что часто приводит к задержке поездов и сбою графика. Чтобы ускорить поиск отказов на современном техническом уровне, необходимо создать автоматизированное рабочее место (АРМ) электромеханика. До сих пор проектными и конструкторскими организациями не разработан проект такого рабочего места электромеханика на посту ЭЦ. Автоматизированное рабочее место должно быть снабжено измерительной панелью, электронным мегаомметром, измерительной аппаратурой, сигнализатором заземлений с выдачей информации по системе ЧДК дежурному инженеру. На измерительную панель необходимо вывести все точки для электрических измерений параметров релейных концов рельсовых цепей, напряжений на питающих трансформаторах, контрольных реле стрелок, светофорах, напольных кабелях, батареях и др. На АРМ также должны быть выведены точки для необходимых электрических измерений и поиска отказов в схемах БМРЦ.
Для ускорения контрольных измерений, поиска отказов, диагностических проверок рабочее место должно быть автоматизировано на базе микроЭВМ, микропроцессорного автомата, видеотерминала с полным программным обеспечением работы. Это позволит по разработанным программам выполнять не только традиционные измерения, поиск отказов, но и осуществлять диагностирование работоспособности ЭЦ в основных режимах - установки, замыкания и размыкания маршрутов. Программные проверки позволят своевременно принять меры по предупреждению отказов, значительно уменьшить число проверок, а в ряде случаев отказаться от ненужных проверок. Периодичность программных проверок следует устанавливать не по жесткому графику, а по прогнозированному времени работоспособности устройств, что позволит повысить производительность труда линейных работников.
Устройства АРМ, функционирующие по разработанным диагностическим программам, могут использоваться при пусконаладочных работах по окончании строительства и сдачи в эксплуатацию устройств ЭЦ, а также в виде обучающих тренажеров в процессе эксплуатации. На линейных подразделениях основная роль по обеспечению безопасности движения поездов принадлежит кадрам. От квалификации кадров зависят: качество выполнения электромехаником и электромонтером работ по графику технологического процесса; организация работы на своем участке старшим электромехаником; обеспечение регулировочных, наладочных, пусковых работ инженерными работниками, которые наряду с этим являются новаторами и организаторами внедрения новой техники, технологии и модернизации существующей. Квалификация технических работников всех уровней зависит от их подготовки в средних и высших технических учебных заведениях железнодорожной специализации.