ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СТРЕЛОЧНЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к железнодорожному машиностроению, в частности, к электродвигателям стрелочным, и может быть использована в железнодорожном транспорте, например, для установки в электроприводах для перевода подвижных остряков стрелочных переводов.
Известно устройство управления трехфазным асинхронным тяговым электродвигателем, содержащее силовые ключи с драйвером управления, при этом в него введены системный контроллер, тахогенератор, шина последовательного интерфейса, шина входных разовых команд, входная шина управления, восемь управляющих шин, силовые шины, шины обратных связей, соединенные следующим образом: системный контроллер второй, третьей, четвертой и седьмой управляющими шинами - с входами драйвера, входами системного контроллера являются входная шина управления и входы разовых команд, также шины обратных связей по току, по частоте вращения и температуре, а входом/выходом - шина последовательного интерфейса; пятая и шестая шины управления драйвера соединены с затворами силовых ключей трехфазного моста, который шиной обратной связи по току соединен с системным контроллером и драйвером, а шиной обратной связи по температуре - с входом системного контроллера, причем в качестве силовых ключей применен трехфазный мост на SkiM-инверторе, выходные силовые шины которого соединены с управляющими обмотками статора асинхронного тягового электродвигателя, вал которого через редуктор соединен с осью ходового колеса, на которой находится тахогенератор, а выходная обмотка последнего соединена с шиной обратной связи по частоте вращения (см. патент РФ на изобретение №2257663, МПК Н 02 Р 5/40, Н 02 Р 5/412, опубл. 27.07.2005 г.).
Известное техническое решение имеет сложную конструкцию из-за наличия дополнительных электронных устройств, необходимых для регулирования скорости вращения двигателя. Это является причиной недостаточной надежности работы электродвигателя. Кроме того, уровень пусковых токов стрелочных электродвигателей традиционно используется для диагностики состояние стрелок и изменение (снижение) их, предусмотренное в известном устройстве управления, нецелесообразно. Вместе с тем, мощность электродвигателей горочных приводов, как правило, не превышает 0,6 кВт, однако, конструкция известного устройства управления применима только для мощных тяговых электродвигателей.
Известен стрелочный электропривод, содержащий установленный в корпусе электродвигатель, связанный с ним шибер и контрольную линейку, соединяемые со стрелочной тягой, и стопорное приспособление, при этом с целью повышения надежности, он снабжен связанным с шибером и контрольной линейкой упорным кольцом и направляющим кольцом, установленными в выполненных в корпусе направляющих, вилкой, а электродвигатель выполнен в виде асинхронного двигателя двойного движения, ротор которого расположен параллельно контрольной линейке, шиберу и направляющим, при этом направляющее кольцо жестко закреплено на статоре и жестко связано с вилкой, охватывающей упорное кольцо, между которым и направляющим кольцом установлена пружина, а стопорное приспособление представляет собой упор, взаимодействующий с направляющим кольцом (см. авторское свидетельство СССР №1318468, МПК В 61L 7/06, опубл. 23.06.1987 г.).
Однако, известному электроприводу также присущи сложность конструкции из-за наличия большого количества механических элементов, необходимых для регулирования скорости вращения двигателя. При этом большое количество механических соединений приводит к снижению надежности работы электродвигателя. Кроме того, торможение стрелки в вышеуказанных электроприводах выполняется через фрикционную муфту, и двигатель останавливается через пульт после скачка (увеличения) тока вследствие полного перевода стрелки до упора, а продолжающееся вращение электродвигателя гасится фрикционом, в результате этого, как следствие, повышается ток электродвигателя, и на пульте это фиксируется и используется как сигнал для отключения питания. Подобная схема управления приводит к повышению износа электродвигателя, что также негативно влияет на надежность его работы.
Известен двигатель стрелочного привода, на валу которого расположен механизм передачи, связанный с шибером и взаимодействующий через промежуточные рычаги, соединенные шарнирно с контрольными, с магнитными шунтами, вращающимися между полюсами магнитопровода с сигнальной и питающей обмотками, при этом с целью повышения надежности его работы, в приводе установлены два магнитопровода, сигнальная и питающая обмотки расположены на двух полюсах каждого из них, а магнитный шунт соединен кулисой с контрольными рычагами (см. авторское свидетельство СССР №551211, МПК В 61 L 5/06, опубл. 25.03.1977 г.).
Вместе с тем, указанному выше техническому решению также присущи сложность конструкции вследствие наличия большого количества механически связанных между собой элементов регулирующих скорость вращения двигателя, также нуждающихся в дополнительном электропитании, что снижает надежность работы двигателя.
При этом торможение системы также осуществляется через фрикционную муфту, что приводит к повышению износа двигателя, его преждевременному выходу из строя и также снижает надежность его работы.
Наиболее близким техническим решением является известный асинхронный двигатель, содержащий статор с однофазной или трехфазной силовыми обмотками, намотанными на железный сердечник и получающими питание от электрогенератора переменного тока, и ротор, сочлененный рабочим валом с нагрузкой, при этом сердечник статора выполнен тороидальным, а упомянутый генератор - электронным, конструктивно объединенным с двигателем, при этом двойная первичная и вторичные обмотки генератора намотаны на сердечник статора, а в цепи подачи постоянного напряжения на генератор включен реостат, обеспечивающий регулирование скорости и торможение двигателя (см. патент РФ на изобретение №2169982, МПК Н 02 К 17/30, опубл. 27.06.2001 г.).
Однако, известному техническому решению присущи следующие недостатки, а именно сложность конструкции и недостаточная надежность, что выражено в наличии дополнительных электронных устройств, необходимых для запуска двигателя и регулирования скорости вращения вала двигателя, являющихся дополнительной нагрузкой и потребляющих питание. При этом известному двигателю необходимо дополнительное устройство питания, что также усложняет его конструкцию. Применение регулировочного реостата (для регулировки частоты вращения двигателя) должно предусматривать управление им вручную или дистанционно, при этом схема регулировки должна быть построена по принципу: скорость пуска → скорость рабочего вращения → скорость торможения. Однако, ручная регулировка нецелесообразна, поскольку регулировщик требуется на каждый привод, а при наличии 30-40 приводов это осуществить затруднительно. Вместе с тем, для автоматического регулирования необходима сложная аппаратура для регулирования и дополнительные провода, проложенные вдоль сложной схемы коммуникации сортировочной горки.
Задачей настоящей полезной модели является создание электродвигателя с упрощенной конструкцией, обладающей повышенной надежностью работы и приводящей к повышению надежности конструктивных элементов привода стрелок.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является обеспечение механической регулировки вращения вала электродвигателя посредством изменения напряжения питания электродвигателя без наличия дополнительного независимого источника питания для снижения динамических инерционных воздействий механической системы привода стрелок при остановке.
Поставленная задача решается тем, что электродвигатель стрелочный, содержащий статор с обмотками, ротор с валом, сочлененный с нагрузкой, с обеспечением управления вращения вала, согласно полезной модели, дополнительно снабжен тормозным устройством, состоящим из перемещающихся в продольном направлении на валу тормозным диском с фрикционными накладками, нажимным диском-якорем, электромагнитом и пружинным механизмом, размещенным между электромагнитом и нажимным диском-якорем, при этом тормозной диск соединяется с валом посредством шлицевого соединения с возможностью зажима между неподвижной задней крышкой двигателя и нажимным диском-якорем.
Встроенный тормоз в электродвигателе может быть применен на быстродействующих (например, горочных) приводах стрелок (время перевода ~ 0,6 с при частоте вращения электродвигателя ~2800 об/мин ÷ ~3600 об/мин). Привод, как правило, имеет конструкцию с вращательно и поступательно движущими массивными элементами, с высокой инерцией, с ударами при остановке, приводящими к быстрому износу и разрушению конструкции привода.
Применение тормоза на валу двигателя, являющегося скоростным (низкомоментным) элементом стрелочного перевода позволяет снизить динамические удары в кинематической схеме привода стрелок. При этом схема подключения стрелочных приводов на железнодорожном транспорте имеет традиционно трехпроводную систему: для переменного тока - трехфазную, для постоянного тока - три провода, т.е. «0», «+» и «-». Применение тормоза предложенной конструкции не требует в отличие от прототипа прокладки дополнительных проводов для управления тормозом или независимого источника питания, что упрощает конструкцию двигателя в целом.
Управление скоростным разгоном электродвигателя в предложенной конструкции не требуется по следующим причинам: динамика разгона электродвигателя не приводит к динамическим ударам в схеме привода, так как оконечные элементы привода отходят от упоров и их скорость начинается с «0», а тормоз служит для смягчения динамических воздействий движущихся конструкций «электродвигатель-привод-стрелка» в конце перевода стрелки и удержания (частично или дополнительно) механизмов в неподвижном положении при движении вагонов (влияние вибрации и прочее) через стрелку.
В стрелочном переводе, где применен электродвигатель предложенной конструкции, ротор сочленен через вал с механизмом привода, и, соответственно, имеется повышенный коэффициент передачи, обусловленный наличием высокоскоростного входа со стороны электродвигателя и низкоскоростного выхода со стороны стрелки
(так как применение тормоза со стороны высокоскоростного входа в любой кинематической схеме более предпочтительно ввиду того, что здесь имеет место меньший момент инерции, и, соответственно, конструкция тормоза значительно проще и надежнее).
Это продиктовано следующими соображениями.
Перевод стрелки, например, на сортировочных горках, должен осуществляться в 5-6 раз быстрее, чем на обычных стрелочных переводах. Для осуществления этого требования, как указывалось выше, в горочных приводах применяются высокоскоростные электродвигатели со скоростью вращения вала в 2800÷3600 об/мин. Применение высокоскоростных электродвигателей приводит к нежелательным инерционным воздействиям на элементы конструкции привода в конце перевода стрелки - ударные воздействия на упоры, замыкатели и другие элементы стрелочного перевода.
Для обеспечения «мягкого» останова стрелочного перевода в крайних положениях предполагается применять электродвигатель с встроенным тормозом, обеспечивающим регулируемый (регламентированный) останов механизмов стрелочного перевода.
Предложенная конструкция электродвигателя обеспечивает такую остановку (после отключения напряжения питания) электродвигателя за счет мгновенной остановки всех механизмов привода на крайних положениях стрелочного привода - упорах, замыкателях, что происходит благодаря наличию перемещающихся в продольном направлении на валу дисков - тормозного и нажимного диска-якоря, один из которых непосредственно блокирует вращение вала, а другой - при отключении питания, прижимает тормозной диск к неподвижной задней крышке двигателя (массивному опорному элементу, который исключает возможность перекоса тормозного диска), после чего за счет наличия шлицевого соединения вал перестает вращаться. Это обеспечивается также благодаря наличию пружинного механизма непосредственно прижимающего нажимным диском-якорем к тормозному диску, а также электромагниту, втягивающего при наличии питания нажимной диск-якорь, освобождая при этом тормозной диск, и, соответственно, вал двигателя.
Размещение тормозного диска посредством его шлицевого соединения с рабочим валом необходимо для более надежного соединения, также исключающего его перекос, смещение и т.п.
Наличие фрикционных накладок снижает износ тормозного диска и позволяет обеспечить некоторую инерционность при торможении, выражающуюся в долях секунды, исключая резкие удары конструктивных элементов двигателя друг от друга при
быстром торможении вала, что предотвратит их механическое разрушение и повысит надежность работы двигателя.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 приведен электродвигатель стрелочный, частичный разрез, вид сбоку; на фиг.2 - тоже, вид спереди, на фиг.3 - тормозное устройство, разрез (в увеличенном масштабе).
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - статор; 2 - обмотки статора 1; 3 - ротор; 4 - вал; 5 - тормозной диск; 6 - фрикционные накладки тормозного диска 5; 7 - нажимной диск-якорь; 8 - электромагнит; 9 - пружина; 10 - шлицевое соединение; 11 - задняя крышка электродвигателя; 12 - катушка электромагнита 8; 13 - стойки электромагнита 8; 14 - клеммная колодка; 15 - трехфазный выпрямительный блок для питания электромагнита 8 постоянным током.
Электродвигатель стрелочный содержит статор 1, выполненный из набора пластин из электротехнической стали, с обмотками 2, ротор 3, вал 4, сочлененный с нагрузкой, с обеспечением управления (регулировки) вращения вала 4. Электродвигатель снабжен тормозным устройством, состоящим из перемещающихся в продольном направлении на валу 4 тормозным диском 5 с фрикционными накладками 6 и нажимным диском-якорем 7. Тормозное устройство также содержит электромагнит 8 и пружину 9, размещенную между электромагнитом 8 и нажимным диском-якорем 7 (фиг.1).
Тормозной диск 5 соединяется с валом 4 посредством шлицевого соединения 10 с возможностью зажима между неподвижной задней крышкой 11 электродвигателя и нажимным диском-якорем 7, выполняющего одновременно роль втягивающего якоря электромагнита 8, выполненного, например, из магнитомягкого материала, и содержащего размещенную в концентрической канавке катушку 12.
В неработающем состоянии электромагнита 8 (напряжение питания не подано) нажимной диск-якорь 7 не втянут электромагнитом 8 и при помощи отжимных пружин 9 зажимает тормозной диск 5 между собой и задней крышкой 11 электродвигателя, электродвигатель заторможен.
Электромагнит 8 содержит стойки 13 в количестве не менее 2 шт., которые проходят через корпус электромагнита 8 на заднюю (стенку) поверхность его и механически связаны с нажимным диском-якорем 7 (фиг.1 и 3).
Стойки 13 снабжены на концах резьбой для принудительного при помощи гаек отжима нажимного диска-якоря 7 от тормозного диска 5 и растормаживания его (для ручного перевода стрелки через квадратный конец вала 4 электродвигателя с помощью курбельной рукоятки).
На наружной поверхности статора 1 (корпуса) электродвигателя расположены клеммная колодка 14 для подключения трехфазного напряжения питания и трехфазный выпрямительный блок 15 для питания электромагнита 8 постоянным током (фиг.2).
Электродвигатель стрелочный (совместно со стрелочным приводом) работает следующим образом.
При подаче напряжения питания на электродвигатель одновременно с включением его включается электромагнит 8 посредством выпрямленного тока и отжимает нажимной диск-якорь 7, освобождая тормозной диск 5. Электродвигатель нормально вращается, переводится стрелка.
При снятии напряжения питания с электродвигателя отпускается нажимной диск-якорь 7 электромагнита 8 и при помощи пружины 9 зажимает тормозной диск 5 между собой и задней крышкой 11 электродвигателя, после чего происходит быстрое торможение вала электродвигателя. При этом исключается вращение электродвигателя по инерции - так называемый «выбег», предотвращающий нежелательные динамические удары в кинематических цепях: электродвигатель-стрелка.
После перевода стрелки заторможенный электродвигатель дополнительно блокирует привод, исключая движение элементов привода от ударов и вибрации от проходящих колесных пар вагонов.
Таким образом, предложенный электродвигатель обладает упрощенной конструкцией и повышенной надежностью работы, приводящей к повышению надежности работы привода стрелок, и может быть использован, например, в качестве горочного стрелочного электродвигателя привода, так как обеспечивает механическую регулировку вращения вала электродвигателя посредством изменения напряжения питания электродвигателя без наличия дополнительного независимого источника питания, снижая динамические инерционные воздействия механической системы привода стрелок при остановке.