Стенд для испытания электроприводов стрелочных переводов
STAND FOR TESTING TURNOUT ELECTRIC DRIVES

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для стендовых испытаний электроприводов стрелочных переводов.
Известен «Стрелочный электропривод» (патент RU 2412845 С2, МПК B61L 5/06, опубл. 27.06.2011), содержащий бесконтактный управляемый электродвигатель с датчиком положения ротора, датчиком уровня напряжения питания, датчиком тока и устройством диагностики.
В описанном изобретении устройство диагностики подает сигналы на вход устройства сравнения, которое выдает сигналы о рабочем, предотказном или аварийном состоянии стрелочного электропривода. Однако устройство диагностики не предназначено для испытаний стрелочных электроприводов в различных режимах. Также к недостаткам относится необходимость доработки стрелочного электропривода в части введения датчика положения ротора электродвигателя, а также введения в блок управления датчика уровня напряжения питания, датчика тока, устройства диагностики рабочего состояния электропривода и устройства сравнения. При этом вышеупомянутое оборудование подлежит установке в конкретный стрелочный электропривод с бесконтактным электродвигателем ДБУ и, соответственно, контролирует параметры и состояние только доработанного электропривода.
Известен «Способ контроля рабочего состояния стрелочного электропривода» (патент RU 2486533 С1, МПК G01R 31/34, опубл. 27.06.2013), заключающийся в регистрации сигналов акустической эмиссии (АЭ) посредством пьезокерамических преобразователей, установленных на основных узлах и деталях стрелочного электропривода, усилении и фильтрации сигналов АЭ, программную обработку на ЭВМ сигналов АЭ, отображение графических и числовых параметров АЭ на дисплее персонального компьютера, при этом в качестве параметра сигналов АЭ, определяющего рабочее состояние основных узлов и деталей стрелочного электропривода, выбирают интегральную энергию от каждого узла и детали в отдельности за определенный период времени, причем состояние отдельного узла и детали стрелочного электропривода, требующего замены или ремонта, контролируют по значению интегральной энергии, более чем в два раза превышающему среднее значение интегральной энергии последних пяти периодов измерения.
Описанный способ сложен в реализации, так как требует установки большого количества пьезокерамических преобразователей в проверяемый электропривод и специфической обработки информации на ЭВМ. В результате контроля выдается информация о текущем состоянии узлов стрелочного привода и их износе без получения информации об электромеханических и временных характеристиках электропривода. Кроме того, способ работает только в том электроприводе, где установлены пьезокерамические преобразователи.
Известно «Устройство для проверки стрелочных электроприводов» (патент SU 1796515 А1, МПК B61L 7/08, опубл. 23.02.1993), содержащее усилитель, RC-фильтр, детектор, запускающий триггер, одновибратор, три ключевых элемента, регистратор памяти, блок выделения минимального уровня огибающей рабочего тока, блок выделения максимального уровня огибающей рабочего тока, сумматор, шесть компараторов, квадратор, функциональный преобразователь, умножитель, стартовый триггер, три элемента И, три элемента ИЛИ-НЕ, блок индикации. В устройстве используется принцип выявления характерных неисправностей электродвигателя и стрелочного перевода по форме огибающей рабочего тока, потребляемого электроприводом в процессе перевода, а по величине тока производится вычисление усилия на валу электродвигателя и сравнение данного усилия с нормируемыми значениями.
Однако устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как предназначено для диагностирования стрелочных электродвигателей только постоянного тока и служит для выявления ограниченного числа неисправностей, таких как искрение щеток, обрыв и короткое замыкание секций якоря, биение подшипника. Оно не обеспечивает измерение электромеханических и временных характеристик электропривода. Кроме того, устройство обладает низкой надежностью, трудоемкой сборкой и невысокой точностью, так как собрано на дискретных радиоэлементах и логических микросхемах.
Известна «Установка и способ для контроля стрелочных приводов» (патент RU 2644844 С1, МПК B61L 5/00, опубл. 14.02.2018). Установка включает в себя приемное устройство, содержащее два несущих элемента, которые выполнены с возможностью размещения стрелочного привода в качестве испытуемого образца или размещения монтажного вагона, на котором смонтирован стрелочный привод, и механизм, который выполнен с возможностью перемещения несущих элементов как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, испытательный стенд, содержащий генератор усилий, который выполнен с возможностью приложения силы противодействия к испытуемому образцу во время выполнения испытуемым образцом на испытательном стенде процессов регулирования. Причем испытательный стенд выполнен с возможностью регулировки и/или проверки усилий, вырабатываемых испытуемым образцом, генератор усилий и механизм выполнены механически и электрически независимыми друг от друга, с обеспечением перемещения несущих элементов без воздействия на испытательный стенд или генератор усилий, заданное положение соединения между испытуемым образцом и генератором усилий является регулируемым.
Известно «Устройство, испытательный стенд и способ испытаний стрелочного привода» (патент RU 2666047 С2, МПК B61L 5/00, опубл. 05.09.2018). Устройство, содержащее горизонтальный конструктивный элемент, который установлен с возможностью перемещения по меньшей мере на одной горизонтальной линейной направляющей, вертикальный конструктивный элемент, который смонтирован перпендикулярно на горизонтальном конструктивном элементе, ориентирован поперечно к горизонтальной линейной направляющей и имеет выемку, которая обеспечивает возможность проведения объекта параллельно горизонтальной линейной направляющей, причем вертикальный конструктивный элемент установлен на множестве позиций сцепления для образования соединения с крепежным основанием, крепежное основание соединено с контрольной линейкой стрелочного привода, и рабочая линейка стрелочного привода или конструктивный элемент, связанный с рабочей линейкой стрелочного привода, направляется посредством выемки в вертикальном конструктивном элементе. Испытательный стенд для испытания стрелочного привода, на котором смонтировано устройство, причем испытательный стенд имеет силовой генератор, который выполнен с возможностью прикладывания противодействующей силы к стрелочному приводу, в то время как стрелочный привод выполняет на испытательном стенде процессы стрелочного перевода, благодаря чему испытательный стенд выполнен с возможностью установки и/или испытания сил, которые производит стрелочный привод, и силовой генератор и устройство механически и электрически независимы друг от друга, так что посредством устройства крепежное основание может позиционироваться, не влияя на испытательный стенд или силовой генератор, в результате чего заданная позиция сцепления для контрольной линейки стрелочного привода может устанавливаться на испытательном стенде.
Известна «Установка для проверки и ремонта стрелочного привода для железнодорожного стрелочного перевода» (патент RU 159010 U1, МПК B61L 5/00, опубл. 20.01.2016), содержащая испытательный стенд для механической и электрической проверки надежности указанного исполнительного привода в соответствии с заданными предписаниями для проведения испытаний. Испытательный стенд выполнен с возможностью размещения и эксплуатации в транспортируемом контейнере больших размеров, приспособленном для перемещения по нему персонала.
Вышеописанные технические решения (патенты RU 2644844 C1, RU 2666047 С2, RU 159010 U1) предназначены для проверки и регулировки механических усилий, которые производит стрелочный электропривод при переводе стрелки. Их нагрузочные устройства выполнены в различных модификациях для адаптации к разным типам электроприводов и с возможностью их различного позиционирования. Таким образом, описанные технические решения служат для испытаний механической части электроприводов и не предназначены для измерения их электромеханических и временных характеристик.
Известен стенд проверки электроприводов (найдено в Интернет: www.termotron.ru/catalog/oborudovanie-dlya-zheleznykh-dorog-stend.html), предназначенный для снятия электромеханических и временных характеристик стрелочных электроприводов СП-6М, СПГБ-4Б, СП-6К после их ремонта и проведения профилактических работ.
Стенд содержит подключенные к трехфазной питающей сети трансформатор и средства формирования однофазного и трехфазного напряжения питания, гидравлическое устройство нагрузки, механически соединяемое с испытываемым электроприводом, электрически подключаемым к шкафу управления, содержащему панель управления и индикации. Выход панели управления и индикации подключен к счетчику числа переводов, первому и второму коммутаторам, при этом вход и выход панели управления и индикации соединен с таймером и счетчиком времени перевода.
Трансформатор через первый и второй амперметры соединен с испытываемыми бесконтактными датчиками ДБЛ (датчик бесконтактный левый) и ДБП (датчик бесконтактный правый) соответственно. Выходы датчиков ДБЛ и ДБП присоединены к первому и второму вольтметрам.
Средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока, выполненное в виде дополнительного выхода трехфазного автотрансформатора, соединено с выпрямителем, к выходу которого подключен третий вольтметр и третий амперметр. Последний соединен с входом первого коммутатора, выход которого подключен к испытываемому электроприводу с двигателем постоянного тока.
Средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока, выполненное в виде трехфазного автотрансформатора, соединено со средством измерения электрических параметров трехфазного напряжения, выполненным в виде трех дополнительных вольтметров и одного дополнительного амперметра, и двумя входами второго коммутатора. Причем третий вход второго коммутатора подключен к автотрансформатору через дополнительный амперметр. Выходы второго коммутатора подключены к испытываемому электроприводу с двигателем переменного тока.
Недостатками известного стенда являются его ограниченные функциональные возможности и невысокая точность измерения параметров. Для измерения электромеханических характеристик испытываемых электроприводов применены стрелочные приборы, не обладающие достаточным быстродействием при измерении параметров во время быстрых переводов шибера. Для измерения временных характеристик электропривода используется механический секундомер, отличающийся низкой точностью и неудобством снятия показаний.
Для регулирования всех питающих напряжений установлен только один автотрансформатор, то есть отсутствует возможность корректировки напряжения какой-либо из фаз при необходимости.
Не реализован контроль подаваемого напряжения на датчики ДБЛ и ДБП, а при испытании электропривода с двигателем переменного тока измеряется ток одной фазы из трех, таким образом, не достигается полнота измерений.
Гидравлическое устройство нагрузки собрано с использованием гидравлических дросселей, регулируемых вручную с помощью механического манометра, что является трудозатратным и не обеспечивает требуемую точность.
Кроме того, данное устройство не способно поддерживать постоянство усилия на шибере во время его перевода. При работе стенда в режиме технологического прогона не реализована возможность задания требуемого количества переводов шибера. Отсутствует возможность фиксирования изменения тока перевода во времени.
Еще одним недостатком стенда является ручное оформление протокола испытания при визуальном считывании показаний измерительных приборов, имеющих стрелочную шкалу, что увеличивает трудоемкость и может приводить к ошибкам из-за влияния человеческого фактора.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение возможности полной проверки электроприводов стрелочных переводов типов СП-6, СП-6М, СПГБ-4М, СПГБ-4Б, улучшение качества проверки и повышение производительности труда, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение влияния человеческого фактора при проверке за счет автоматической фиксации и протоколирования результатов испытаний.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стенда, повышении полноты и точности измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытания электроприводов стрелочных переводов содержит панель управления и индикации, гидравлическое устройство нагрузки, механически соединяемое с шибером испытываемого электропривода, счетчик числа переводов, таймер, счетчик времени перевода, первый, второй и третий вольтметры, подключенный к электрической сети переменного тока трансформатор, соединенный через первый и второй амперметры с входами датчиков, к выходам которых присоединены первый и второй вольтметры, средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока, последовательно соединенное с выпрямителем и третьим амперметром, средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока, соединенное со средством измерения электрических параметров трехфазного напряжения, первый коммутатор, подключенный к испытываемому электроприводу с двигателем постоянного тока и второй коммутатор, присоединенный к испытываемому электроприводу с двигателем переменного тока.
В состав стенда дополнительно введены программируемый контроллер, персональный компьютер, регистратор и четвертый вольтметр. При этом вход и выход панели управления и индикации, таймера и счетчика числа переводов соединены с программируемым контроллером, выход которого подключен к персональному компьютеру, другие выходы контроллера соединены с входами первого коммутатора, второго коммутатора, счетчиком времени перевода. Четвертый вольтметр присоединен к выходу трансформатора. Выход третьего амперметра соединен с входом регистратора, выход которого подключен к третьему вольтметру и первому коммутатору. Выход средства измерения электрических параметров трехфазного напряжения соединен с другими входами регистратора, другие выходы которого подключены ко второму коммутатору. Выходы счетчика времени перевода, первого вольтметра, второго вольтметра, третьего вольтметра, четвертого вольтметра, другие выходы первого амперметра, второго амперметра, третьего амперметра, средства измерения параметров трехфазного напряжения, регистратора, электрический вход и выход гидравлического устройства нагрузки подключены к персональному компьютеру, а электрический выход испытываемого электропривода подключен к другому входу контроллера.
Технический результат достигается также тем, что средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока выполнено в виде отдельно расположенного автотрансформатора. Средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока выполнено в виде трех отдельно расположенных автотрансформаторов. Средство измерения электрических параметров трехфазного напряжения выполнено в виде измерителя универсального. Счетчик числа переводов выполнен программируемым. В стенде применены измерительные приборы цифровых моделей.
Кроме того, устройство нагрузки выполнено в виде устройства с использованием управляемого регулировочного гидравлического клапана.
Стенд для испытания электроприводов стрелочных переводов позволяет провести полную проверку электромеханических и временных характеристик электроприводов с двигателями постоянного тока и электроприводов с двигателями переменного тока. Стенд вырабатывает необходимые для проверки напряжения питания, контролирует напряжения питания и потребляемые двигателями токи, создает и поддерживает механическую нагрузку на шибере испытываемого электропривода, задает и измеряет количество переводов, измеряет время переводов шибера, позволяет отследить изменение тока перевода во времени, а также выполняет автоматическое фиксирование и протоколирование результатов испытаний.
На фиг. 1 изображен общий вид стенда; на фиг. 2 - общий вид панели управления и индикации; на фиг. 3 - блок-схема стенда.
Стенд (фиг. 1) для испытания электроприводов стрелочных переводов включает стол 1 с размещенным на нем персональным компьютером 2, шкаф управления 3 с панелью управления и индикации 4, Т-образный стол 5. Т-образный стол 5 предназначен для размещения гидравлического устройства нагрузки 6 и установки испытываемого электропривода 7 с двигателем постоянного тока или испытываемого электропривода 8 с двигателем переменного тока. При этом в зависимости от вида сборки испытываемый электропривод 7 или 8 может быть установлен на левое или на правое плечо Т-образного стола 5.
Гидравлическое устройство нагрузки 6, управляемое с помощью персонального компьютера 2, служит для создания противодействующего усилия на шибере испытываемого электропривода 7 или 8, механически соединяемого со штоком гидравлического устройства нагрузки 6.
На панели управления и индикации 4 (фиг. 2) размещены элементы управления и индикации в виде кнопок и ламп, электроизмерительные приборы для контроля электромеханических и временных характеристик электроприводов, а также счетчик, задающий и подсчитывающий количество переводов шибера, и таймер, формирующий временные паузы между указанными переводами.
Выход панели управления и индикации 4 (фиг. 3) соединен с входом размещенного в шкафу управления 3 программируемого логического контроллера 9, выход которого соединен с входом панели управления и индикации 4.
Контроллер 9 другими своими выходами соединен с персональным компьютером 2, предназначенным для регистрации и протоколирования параметров испытываемых электроприводов 7 и 8, а также с входами первого коммутатора 10, второго коммутатора 11, счетчика времени перевода 12, связанного с персональным компьютером 2, счетчика числа переводов 13 и таймера 14, выходы которых соединены с входами контроллера 9.
Первый коммутатор 10 позволяет коммутировать и изменять полярность напряжения, поступающего на испытываемый электропривод 7 с двигателем постоянного тока, для изменения направления перевода шибера. Второй коммутатор 11 предназначен для включения питания и смены очередности фаз трехфазного напряжения, поступающего на испытываемый электропривод 8 с двигателем переменного тока, для осуществления реверса электродвигателя.
Управляемое персональным компьютером 2 гидравлическое устройство нагрузки 6 предназначено для механического противодействия перемещению шибера испытываемого электропривода 7 или испытываемого электропривода 8, выходы которых соединены с входом контроллера 9.
Трансформатор 15, преобразующий поступающее из сети однофазное переменное напряжение 220 В в переменное напряжение 24 В, соединен с четвертым вольтметром 16, первым амперметром 17 и вторым амперметром 18. Выходы первого амперметра 17 и второго амперметра 18 подключены к входам соответственно датчика ДБЛ 19 (датчика бесконтактного левого) и датчика ДБП 20 (датчика бесконтактного правого), входящих в состав электропривода 7. Для контроля выходного напряжения датчиков ДБЛ 19 и ДБП 20 служит первый вольтметр 21 и второй вольтметр 22 соответственно. Для обработки измеренных показаний выходы первого, второго и четвертого вольтметров 21, 22 и 16, а также другие выходы первого и второго амперметров 17 и 18 соединены с персональным компьютером 2.
Средство формирования однофазного напряжения питания, выполненное в виде первого автотрансформатора 23, через выпрямитель 24 соединено с третьим амперметром 25. Выход третьего амперметра 25 подключен к регистратору 26, соединенному с третьим вольтметром 27 и первым коммутатором 10. Третий амперметр 25, регистратор 26 и третий вольтметр 27 другими своими выходами подключены к персональному компьютеру 2 для фиксации результатов измерений.
Средство формирования трехфазного напряжения питания, выполненное в виде второго автотрансформатора 28, третьего автотрансформатора 29 и четвертого автотрансформатора 30, подключено к средству измерения электрических параметров трехфазного напряжения, выполненному в виде измерителя универсального 31. С выходами измерителя универсального 31 последовательно соединены регистратор 26 и второй коммутатор 11. Другим выходом измеритель универсальный 31 соединен с персональным компьютером 2.
Работает стенд следующим образом.
На Т-образном столе 5 с размещенным на нем гидравлическим устройством нагрузки 6 (фиг. 1) устанавливают и закрепляют подлежащий испытанию электропривод 7 с двигателем постоянного тока или электропривод 8 с двигателем переменного тока. Шибер установленного электропривода 7 или 8 механически соединяют с гидравлическим устройством нагрузки 6, а электрические контакты электроприводов 7 или 8 присоединяют к шкафу управления 3 и затем включают питание шкафа управления 3.
С помощью кнопок, расположенных на панели управления и индикации 4 (фиг. 2), выбирают тип испытываемого электропривода, а именно электропривод 7 с двигателем постоянного тока или электропривод 8 с двигателем переменного тока, режим работы стенда, вид сборки электропривода и режим перевода шибера электропривода.
В зависимости от типа выбранного электропривода первым автотрансформатором 23 (фиг. 3) задают напряжение на электроприводе 7, либо вторым автотрансформатором 28, третьим автотрансформатором 29 и четвертым автотрансформатором 30 выставляют питающее напряжение на электроприводе 8, корректируя, при необходимости, перекос фаз на входе. С помощью персонального компьютера 2 устанавливают требуемую величину противодействующего усилия на гидравлическом устройстве нагрузки 6.
Команды с панели управления и индикации 4 и сигналы с испытываемого электропривода 7 или 8 поступают в программируемый логический контроллер 9, где записана управляющая программа, задающая алгоритм работы стенда. С выходов контроллера 9 логические управляющие сигналы поступают на панель управления и индикации 4, компьютер 2, счетчик числа переводов 13, таймер 14, счетчик времени перевода 12, первый коммутатор 10 и второй коммутатор 11.
В соответствии с выбранным направлением перевода шибера первый коммутатор 10 задает полярность напряжения питания электропривода 7, изменяя его при необходимости, а также включает и отключает питание двигателя постоянного тока. Второй коммутатор 11, с выхода которого трехфазное напряжение поступает на электропривод 8, коммутирует подаваемое на двигатель переменного тока напряжение и меняет очередность его фаз, осуществляя реверс двигателя.
Поступающее из сети однофазное переменное напряжение 220 В трансформатором 15 преобразуется в переменное напряжение 24 В для питания испытываемых датчиков ДБЛ 19 и ДБП 20 электропривода 7. Напряжение, формируемое трансформатором 15, контролируется четвертым вольтметром 16. Первым амперметром 17 и вторым амперметром 18 фиксируются токи, потребляемые датчиками ДБЛ 19 и ДБП 20. Выходные напряжения датчиков ДБЛ 19 и ДБП 20 измеряются первым вольтметром 21 и вторым вольтметром 22 соответственно. Измеренные приборами величины напряжения и тока фиксируются персональным компьютером 2.
Из сети однофазное переменное напряжение 220 В поступает также на первый автотрансформатор 23, с помощью которого регулируется величина напряжения на испытываемом электроприводе 7. С его выхода переменное напряжение поступает на выпрямитель 24, где оно преобразуется в постоянное. Третьим амперметром 25 измеряется ток перевода электропривода 7, который также фиксируется и архивируется регистратором 26 для построения графика изменения его значений во времени. Третий вольтметр 27 при этом контролирует напряжение, подаваемое через первый коммутатор 10 на электропривод 7.
Для питания испытываемого электропривода 8 трехфазное переменное напряжение 380 В поступает из сети на второй автотрансформатор 28, третий автотрансформатор 29 и четвертый автотрансформатор 30, где оно регулируется раздельно по фазам А, В и С соответственно для выравнивая выходных напряжений при перекосе фаз на входе. Значения, сформированного трехфазного напряжения и потребляемого двигателем тока, контролируются измерителем универсальным 31, сигналы с которого передаются на вход регистратора 26, фиксирующего и архивирующего значения тока перевода электропривода 8. С выхода регистратора 26 напряжение поступает на вход второго коммутатора 11.
При испытании электроприводов 7 и 8 в режиме технологического прогона с помощью счетчика числа переводов 13 задают требуемое количество переводов шибера, таймером 14 устанавливают промежуток времени между переводами. Фактическое время перевода шибера измеряется счетчиком времени перевода 12.
Во время испытаний контролируемые параметры, измеренные с помощью цифровых приборов, а именно счетчика времени перевода 12, четвертого вольтметра 16, первого амперметра 17, второго амперметра 18, первого вольтметра 21, второго вольтметра 22, третьего амперметра 25, третьего вольтметра 27, регистратора 26, измерителя универсального 31, передаются на персональный компьютер 2, где после завершения испытаний формируется протокол с указанием соответствия измеренных параметров номинальным. При этом параметры фиксируются персональным компьютером 2 автоматически с помощью специально разработанной программы для ЭВМ.