Совершенствование устройств перевода железнодорожных стрелок и схем управления электроприводами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.08, кандидат технических наук Кондратенко, Сергей Леонидович

• Кондратенко, Сергей Леонидович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кондратенко, Сергей Леонидович

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование устройств перевода железнодорожных стрелок и схем управления электроприводами»

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.

Заключение диссертации по теме «Управление процессами перевозок», Кондратенко, Сергей Леонидович

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