Модернізовані ящики ЯР-13КШ, ЯР-27КШ та сервопривід реостатного контролера вагонів
-
Філіп Свіньїн 2 роки тому Переглядів:
1 Акціонерне товариство КОНСТАР вул. Дарвіна, 20, м. Харків, Україна, тел./факс: , , моб.: АКБ ЛенСпецАвтоматика вул. Литовська, 16, м. Санкт-Петербург, Україна, тел: (812) , (812) , факс: (812) , Е-mail: Модернізовані ящики ЯР-13КШ, ЯР-27КШ та сервопривід реостатного контролера вагонів метрополітену Ем, Єж3 , , та їх модифікацій. 1. Введення На вагонах метро серій Ем, Еж3, , , що мають привід та керування двигунами постійного струму на основі контакторно-релейних електричних вузлів, у схемі управління застосовується система, виконана із застосуванням електромагнітних апаратів контролю пускових та гальмівних струмів, що визначають характеристику динаміки розгону та гальмування вагона, а також електромеханічного пристрою реостатного контролера, що виконує функцію одного з основних пристроїв, що комутують якірних ланцюгів тягових електродвигунів. До електромагнітних апаратів відносяться реле РП та РУТ, розташовані в ящику ЯР-13, а також реле РКТТ та РТ2, розташовані в ящику ЯР-27. Перелічені реле мають такі призначення: Реле РП реле навантаження. Використовується для контролю величини аварійних струмів у ланцюгах тягових електродвигунів (функція РП1-3, РП2-4, РПЛ), контролю струму в ланцюзі обмоток збудження тягових електродвигунів (функція РЗ-3), а також наявності аварійної напруги в якірному ланцюгу в гальмівному режимі функція РЗ-1). РУТ реле прискорення – гальмування. Використовується для контролю величин пускових та гальмівних струмів у ланцюгах тягових електродвигунів із формуванням уставок їх обмеження з урахуванням режиму роботи силової схеми вагона та його завантаження. РТ2 реле гальмування.Здійснює контроль величини струму тягових двигунів як електродинамічного гальмування. За відсутності струму гальмівного контуру здійснює включення вентиля заміщення пневматичного гальма. РКТТ реле контролю гальмівного струму. Здійснює контроль величини струму тягових двигунів як електродинамічного гальмування. При включенні забезпечує ланцюг сигналізації наявності електродинамічного гальмування. Контакти реле включені до послідовного ланцюга контролю електродинамічного гальмування вагонів поїзда, що впливає на пристрої поїзної автоматики. Фактично, вказаними реле проводиться вимірювання порогових величин пускових та гальмівних струмів, при досягненні яких здійснюється вплив на схему керування вагоном. Основним недоліком зазначених реле електромагнітного типу є похибка спрацьовування при досягненні порогових значень струмів, що викликається знос опорних вузлів якоря. До того ж, правильна робота реле РУТ обумовлюється ручним механічним налаштуванням, зміна якого призводить до значних похибок вимірювання струмів, і як наслідок, до порушення режимів управління процесом виведення струмообмежувальних резисторів ланцюга тягових електродвигунів. Для вагонів, обладнаних тяговими двигунами типу ДК-116, перевищення граничних уставок
2 пускових і гальмівних струмів зазвичай викликає круговий вогонь по колектору двигуна, особливо у режимі роботи у зоні ослаблення поля. Реостатний контролер призначений для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів у процесі пуску, розгону та електродинамічного гальмування вагона. Рух валу реостатного контролера забезпечується сервоприводом, до складу якого входить електродвигун постійного струму, електромагнітні реле СР1, РРТ, розташовані вящику ЯР-13 та електромагнітне реле РР, розташоване в ящику ЯР-27. Зусилля двигуна на кулачковий вал передається через двоступінчастий редуктор. У вагонах серії Е на валу черв'ячного редуктора встановлено дискове електромагнітне гальмо. Завдання сервопривода забезпечення обертання та точної зупинки валу реостатного контролера у необхідних позиціях під впливом схеми керування. Основними недоліками роботи сервоприводу реостатного контролера є використання в кінематичній схемі приводу великої кількості елементів, що передають обертання (черв'ячний редуктор, сполучна муфта), що призводить до появи механічних люфтів, величина яких великою мірою впливає на точність зупинки валу реостатного. Це своє чергу істотно відбивається як комутації струмів великої величини, скорочує термін служби контактів силових ланцюгів реостатного контролера і, зазвичай, викликає поява аварійних струмів в ланцюгах тягових електродвигунів та його перевантаження. 2. Пропонований спосіб рішення Для підвищення стійкості роботи схеми керування вагонів, збільшення терміну служби вузлів, апаратів і тягових електродвигунів необхідно забезпечити надійну і точну зупинку валу реостатного контролера в позиціях виведення струмообмежувальних резисторів ланцюгів тягових електродвигунів, забезпечивши при цьому правильний вимір пускових і що виключає вплив зміни напруги бортової мережі. Це завдання вирішується шляхом реалізації двох взаємозалежних схем із заміною вузлів сервоприводу реостатного контролера: - виключення з кінематичного ланцюга приводу вала реостатного контролера черв'ячного редуктора, сполучної муфти (електромагнітного гальма) із заміною електродвигуна постійного струму на високодвигун; - реалізація схеми управління кроковим двигуном із формуванням закону руху валу реостатного контролера; - реалізація схеми вимірювання та контролю струмів у ланцюгах тягових електродвигунів вагона із застосуванням датчиків струму, подальшою цифровою обробкою, формуванням порогових та аварійних уставок та керуючого впливу на елементи сервоприводу реостатного контролера. При цьому в процесі експлуатації виключається необхідність перевірки та підстроювання «електронного РУТ», оскільки впливу будь-яких факторів, при виконанні даної схеми вимірювання та управління, немає. 3. Технічна реалізація Технічна реалізація описаної вище задачі здійснена в пропонованих ящиках ЯР-13КШ та ЯР-27КШ. Ці пристрої розроблені для заміни штатних ящиків ЯР-13 та ЯР-27, які використовуються на вагонах метрополітену. ЯР-13КШ та ЯР-27КШ повністю сумісні з іншим обладнанням вагонів та виконані в тих же конструктивах, що і ящики ЯР-13 та ЯР-27. Заміна ящиків ЯР-13 та ЯР-27 на ящики ЯР-13КШ та ЯР-27КШ не потребує зміни існуючої електричної схеми вагона. Незначним конструктивним змін піддається конструкція реостатного контролера, пов'язана із заміною стінки передньої опори валу та встановленням крокового двигуна. Роботи, пов'язані з цією заміною, здійснюються безпосередньо в
3 приміщеннях депо та не вимагають спеціальної технічної підготовки. Загальний вид пропонованих ящиків ЯР-13КШ, ЯР-27КШ та реостатного контролера представлений на рис Система управління в модернізованих ящиках забезпечила можливість оперативного завдання величин уставок та контроль величини струмів тягових двигунів, контроль напруги контактної мережі та інших параметрів. Струми спрацьовування та відпускання реле РУТ і РКТТ дорівнювали величинам заданих уставок зз урахуванням завантаження вагонів. Під час проведення випробувань системи управління проводився контроль величини струмів тягових двигунів. Графіки, що відображають величини струмів тягових двигунів при пуску та гальмуванні під час випробувань в реальному режимі часу наведено на рис: - графік, що відображає величини струмів тягових двигунів при пуску під час випробувань з 12 годин 00 хвилин 14 секунд до 12 годин 00 хвилин 21 секунд подано на рис. 12; - графік, що відображає величини струмів тягових двигунів при пуску під час випробувань з 11 годин 30 хвилин 00 секунд до 11 годин 31 хвилин 05 секунд представлений на рис. 13; - графік, що відображає величини струмів тягових двигунів при гальмуванні під час випробувань з 11 годин 59 хвилин 49 секунд до 11 годин 59 хвилин 57 секунд представлений на рис. 14; - графік, що відображає величини струмів тягових двигунів при пуску під час випробувань з 11 годин 44 хвилин 38 секунд до 11 годин 44 хвилин 46 секунд представлений на рис. 15.
4 Модернізований ящик ЯР-13КШ Мал. 1 - Загальний вигляд скриньки ЯР-13КШ
5 Мал. 2 - Перший бік ящика ЯР-13КШ Мал. 3 - Друга сторона ящика ЯР-13КШ
6 Модернізована скринька ЯР-27КШ Мал. 4 - Загальний вигляд скриньки ЯР-27КШ
7 Мал. 5 - Перший бік ящика ЯР-27КШ Мал. 6 - Друга сторона ящика ЯР-27КШ
8 Мал. 7 Стінка передньої опори валу РК Мал. 8 З'єднання валу двигуна з валом РК
9 4. Технічні можливості Для зручності обслуговування вагонів із встановленими ящиками ЯР-13КШ та ЯР27-КШ передбачено блок індикації рис.9 та сервісну програму верхнього рівня, що дозволяє отримати необхідну інформацію про функціонування схеми керування в цілому. Мал. 9 Блок індикації 4.1 Блок індикації Блок індикації розташований на панелі першої сторони ящика ЯР-13КШ і призначений для візуальноговідображення аварійних сигналів навантажень. Усі причини спрацьовування реле навантаження РП фіксуються в оперативній пам'яті контролера електроавтоматики та індикуються блоком індикації. Вимкнення аварійних сигналів відбувається лише за командою машиніста «Повернення РП». Стан аварійних сигналів не змінюється навіть після зняття напруги живлення з ящика ЯР-13КШ. Таким чином, обслуговуючий персонал має можливість оперативно отримати першу мінімальну інформацію щодо причин спрацьовування реле перевантаження. 4.2 Сервісна програма Програма верхнього рівня встановлюється персональну ЕОМ (ноутбук). Вона виконана у простому інформаційному форматі та не вимагає і для свого використання спеціальної технічної підготовки. На панелі першої сторони ящика ЯР-13КШ розташований роз'єм комунікаційного каналу зв'язку, за допомогою якого здійснюється з'єднання ЕОМ з бортовим контролером електроавтоматики. Основний екран сервісної програми ящика ЯР-13КШ представлено на рис.10. Програма дозволяє задавати та змінювати уставки спрацьовування реле РП і РУТ, оперативно контролювати значення струмів ланцюгів тягових електродвигунів, будувати та зберігати графіки вимірювання струмів ланцюгів тягових електродвигунів та напруги контактної мережі, отримувати інформацію про причини спрацьовування РП з прив'язкою до положення валу реостатного контролера. команд машиніста «Повернення РП» та «Пошук несправного вагона» (КСН). Вся інформація супроводжується вказівкою точної дати та часу її надходження. Всю інформацію можна отримувати під час ходових випробувань вагона безпосередньо в момент його руху.
10 Мал. 10 Головне вікно програми скриньки ЯР-13КШ Мал. 12 Вікно архіву спрацьовування РП Мал. 11 Вікно уставок
11 5. Функціональні можливості. Застосування цифрових методів обробкизначень струмів ланцюгів тягових двигунів та напруги контактної мережі дозволить отримати інформацію про споживану вагоном енергію за певний проміжок часу (тиждень, місяць, рік тощо). Оперативною зміною уставок спрацьовування та відпускання РУТ, а також швидкості обертання валу реостатного контролера (особливо в позиціях ослаблення поля) система дозволить встановити оптимальні значення струмів у ланцюгах тягових електродвигунів, тим самим покращити динамічні характеристики розгону та гальмування вагона. Функціональні можливості можуть бути розширені за незначної зміни схеми вагонів із встановленням додаткового обладнання в кабіні машиніста. Ці зміни стосуються організації інтерфейсного каналу зв'язку між вагонами (оптичного або RS485), до якого підключається панельний монітор, що встановлюється в кабіні машиніста. При цьому з'явиться можливість контролювати параметри струмів тягових двигунів кожного вагона, напругою контактної мережі, оперативно отримувати інформацію про причини аварійних ситуацій, змінювати уставки порогових значень для будь-якого вагона безпосередньо з кабіни. Структура мережі, яка здійснює контроль за роботою ящиків ЯР-13КШ та ЯР-27КШ з кабіни машиніста під час руху поїзда, наведена на малюнку: 6. Економічна ефективність. Оцінка впровадження модернізованих ящиків ЯР-13КШ, ЯР-27КШ та сервоприводу реостатного контролера показує: 1) зниження трудовитрат на регулювання уставок спрацьовування РУТ та РП на 100%; 2) зниження трудовитрат на перевірку та регулювання кінематичних та електричних ланцюгів реостатного контролера в середньому на 80%; 3) зниження кількості спрацьовування РП вагона на % по відношенню до існуючої кількості. Виключаються випадки пошкодження колекторів тягових електродвигунів, при цьому зменшуєтьсякількість замін та ремонтів тягових двигунів; 4) збільшення ресурсу роботи тягових електродвигунів з допомогою оптимальних режимів роботи; 5) збільшення пробігу вагонів за рахунок покращення динамічних характеристик розгону-гальмування; 6) значне спрощення проведення профілактичних та регламентних робіт електричної частини вагонів, скорочення часу пошуку несправностей схеми керування, скорочення кількості необхідного технічного персоналу з обслуговування вагонів; 7) може бути збільшено міжрегламентний термін перевірки функціонування та регулювання ящиків ЯР-13КШ та ЯР-27КШ; 8) наявність електронних архівів графіків роботи тягових електродвигунів забезпечить діагностику, прогнозування технічного стану вагонів та визначення оптимальних термінів чергових ремонтів.
12 Струм, А Дата (час) Мал. 12 Графік струмів тягових електродвигунів під час запуску. ЯР13КШ Струм, А Дата (час) Мал. 13 Графік струмів тягових електродвигунів під час запуску. ЯР13КШ
13 Струм, А Дата (час) Мал. 14 Графік струмів тягових електродвигунів під час гальмування. ЯР13КШ Струм, А Дата (час) Мал. 15 Графік струмів тягових електродвигунів під час гальмування. ЯР13КШ