РЕЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ
ELECTROMAGNET RELAY

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным реле для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Известно электромагнитное реле типа РЭЛ четвертого поколения (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн.1. - 3-е изд. - М, НПФ «Планета», 2000 - стр.253-256). Электромагнитное реле имеет пластмассовое основание, магнитную систему, содержащую ярмо в виде Z-образно изогнутой пластины, якорь, обмотки, намотанные на шпульки (катушки) и размещенные на двух сердечниках, в виде стержней, имеющих с одной стороны полюсники, с другой соединенные ярмом, стержни магнитопровода закреплены на одной из концевых полок ярма, к краю второй концевой полки прикреплен якорь поворотного типа Г-образной формы, якорь закреплен на опоре в виде призмы при помощи скобы и может свободно поворачиваться на опоре при работе реле, на одной полке якоря прикреплена бронзовая пластина, обеспечивающая зазор не менее 0,15 мм между якорем и обоими полюсниками сердечников, на второй полке прикреплен пластмассовый поводок для упругих пластин и специальный груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, контактную систему, состоящую из фронтовых, общих и тыловых контактов, установленных в основании, и жесткого упора для тыловых контактов, установленного на горизонтальной части ярма, при этом контактирующим материалом для фронтовых контактов служат серебрографитовые композиционные материалы. Реле имеет две независимые обмотки. Каждая обмотка размещена на двух катушках, т.е. обмотки выполнены двухсекционными. При этом катушки одной обмотки размещены на разных стержнях магнитопровода. Обе обмотки симметрично расположены относительно рабочего воздушного зазора.
К недостаткам указанного типа реле следует отнести высокую металлоемкость и большие габариты, обусловленные конструктивным исполнением реле, а именно здесь, как и в аналогах, магнитное поле магнитопровода замыкается через кинематический контакт между ярмом и якорем. Такое замыкание магнитного потока (стержень магнитопровода - ярмо - поворотный якорь) ведет к большим потерям в месте подвижного соединения якоря и ярма, поэтому чтобы притянуть якорь к концевой полке, требуется увеличивать мощность реле за счет увеличения количества витков катушек.
Наиболее близким техническим решением является реле электромагнитное по патенту RU №103975. Реле содержит пластмассовое основание, магнитную систему, состоящую из сердечника, обмоток, намотанных на шпули и размещенных на сердечнике, якоря с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, обеспечивающей зазор не менее 0,15 мм между якорем и сердечником, контактную систему, состоящую из фронтовых, общих и тыловых контактов, и жесткого упора для тыловых контактов, систему привода общих контактов, состоящую из поводка, соединенного с якорем, груза для возврата якоря, подвижную систему вместе с якорем и платформу, установленную на пластмассовом основании, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток и установлена на платформе таким образом, что сердечник расположен перпендикулярно пластмассовому основанию, при этом сердечник имеет вытянутую форму, на полюсах которого, вне зоны обмотки, смонтирована неподвижная система жесткого упора тыловых контактов и система колебательного движения якоря, на поводке системы привода перекидных контактов закреплена ведущая планка перекидных контактов с входящими в нее концами перекидных контактов, колебательные движения якорь совершает относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря, выполненного в виде призмы, с упорными пластинами, ограничивающими перемещения якоря в горизонтальной и вертикальной плоскостях, одна пластина закреплена на полюсах сердечника, вторая - на поверхности якоря, она же обеспечивает зазор при замыкании якорем сердечника, якорь притягивается к нижней поверхности сердечника вне зоны обмоток, грузом для возврата якоря служит подвижная система привода перекидных контактов, якорь и груза, закрепленные на якоре.
Недостатком данного технического решения является низкая вибрационная устойчивость системы привода перекидных контактов, что приводит к сбоям в работе реле при наличии вибрации при прохождении поездов. Значительные трудозатраты на техническое обслуживание.
В основу изобретения поставлена задача - обеспечение безопасности движения поездов за счет повышения надежности работы реле.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности работы реле, его вибрационной устойчивости, его безотказности и уменьшении трудозатрат на техническое обслуживание.
Указанный технический результат достигается заявляемым реле электромагнитным, содержащим пластмассовое основание, платформу, установленную на пластмассовом основании, магнитную систему, установленную на платформе, таким образом, что сердечник расположен перпендикулярно пластмассовому основанию, состоящую из двух обмоток, намотанных на шпули и размещенных на П-образном сердечнике вытянутой формы, якорь с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, обеспечивающей зазор не менее 0,15 мм между якорем и сердечником, совершающим колебательные движения относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря, выполненного в виде призмы, с упорными пластинами, ограничивающими перемещения якоря в горизонтальной и вертикальной плоскостях, где одна пластина закреплена на полюсах сердечника, вторая - на поверхности якоря, она же обеспечивает зазор при замыкании якорем сердечника, якорь притягивается к нижней поверхности сердечника вне зоны обмоток, контактную систему, смонтированную на основании, состоящую из фронтовых, общих и тыловых контактов, установленных на упругих пластинах и закрепленных в колодке, смонтированную на полюсах сердечника вне зоны обмотки неподвижную систему жесткого упора тыловых контактов и систему привода общих контактов, состоящую из поводка, соединенного с якорем, груза для возврата якоря и закрепленной на поводке ведущей планки общих контактов, состоящей из верхней и нижней частей, с входящими в нее концами упругих пластин общих контактов, при этом реле электромагнитное дополнительно содержит систему стабилизации работы контактов, установленную вне зоны обмоток, состоящую из П-образной скобы, закрепленной на поверхности сердечника, и пружины, входящей одной стороной в верхнею упорную втулку, установленную в горизонтальной полке П-образной скобы, а другим концом - в нижнюю упорную втулку, установленную на якоре, а нижняя часть ведущей планки общих контактов выполнена в форме гребенки, образованной выступами и впадинами, образующими сквозные окна прямоугольной формы, а фиксация упругих пластин общих контактов на ведущей планке осуществляется путем их зажима между выступами нижней и углублениями верхней частей ведущей планки, при этом выступы в нижней части и углубления в верхней части ведущей планки расположены по центру упругих пластин общих контактов, а система жесткого упора тыловых контактов выполнена для каждого тылового контакта в виде жесткой пластины длиной 0,4-0,6 от длины упругой пластины тылового контакта, плотно прилегающей и повторяющей форму упругой пластины тылового контакта, фиксирующей тыловые контакты от перемещения в вертикальной плоскости вверх, при этом упругие пластины тыловых контактов выполнены изогнутыми.
Электромагнитные реле, эксплуатирующиеся в устройствах автоматики, должны удовлетворять большому количеству различных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ). Согласно ЭТТ электромагнитные реле первого класса надежности должны исключать опасные отказы. Для этого они должны удовлетворять следующим основным требованиям: все тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот. ЭТТ к реле первого класса надежности включают в себя также требования к электрическим параметрам, к контактам и конструкции реле, а именно: совместный ход контактов должен быть не менее 0,35 мм, а скольжения контактов для их самоочистки у фронтовых контактов должно быть не менее 0,25 мм, а у тыловых контактов не менее 0,2 мм, надежное отпускание якоря под действием массы якоря и связанных с ним подвижных частей при отключении напряжения от его обмоток.
Реле данного класса устанавливаются в шкафах или в зданиях, находящихся непосредственной близости от железной дороги. При прохождении железнодорожного транспорта по рельсам возникают вибрации, которые передаются на окружающие здания и сооружения и в том числе на реле. В данном случае реле подвергается вибрациям в широком частотном диапазоне. Из проведенных исследований установлено, что наиболее опасными частотами являются частоты от 5 до 80 герц. В данный диапазон входят собственные частоты груза реле. При совпадении вынужденных частот вибраций, создаваемых проходящим составом и собственных частот груза, возникает явление резонанса. Такое явление приводит к значительным амплитудам колебания груза, что может привести к несанкционированному замыканию общих и фронтовых контактов. Чтобы уйти из диапазона резонансных частот, необходимо уменьшить массу груза, но в этом случае уменьшенной массы может не хватить для создания усилия для размыкания контактов. Применение дополнительной системы стабилизации работы контактов, установленной на поверхности сердечника вне зоны обмоток, позволяет уйти из диапазона резонансных частот. Использование системы стабилизации работы контактов, состоящей из П-образной скобы и пружины, входящей одной стороной в верхнюю упорную втулку, установленную в горизонтальной полке П-образной скобы, а другим концом - в нижнюю упорную втулку, установленную на якоре, позволяет без уменьшения массы груза уйти из диапазона резонансных частот и значительно уменьшить амплитуду колебаний и предотвратить несанкционированное замыкание общих и фронтовых контактов, что в целом повышает надежность и безотказность реле.
Гарантировать безотказную работу реле в течение заданного срока эксплуатации возможно только при условии точного измерения их электрических, временных и механических параметров, а также соответствия этих параметров ТУ (Технические Условия) завода-изготовителя и технологическим картам на ремонт реле в РТУ (Ремонтно-Технологический Участок). Электромеханик при проверке реле в РТУ, в соответствии с технологическим процессом, должен выполнить измерение не менее пяти механических, пяти электрических и двух временных параметров. При этом общее число измерений, приходящихся на одно реле, может достигать до 50 для механических параметров и до 21 для электрических параметров, в зависимости от числа контактов и количества обмоток реле.
Новое конструктивное решение системы жесткого упора тыловых контактов, и закрепленной на поводке ведущей планки общих контактов, выполненной в форме гребенки и состоящей из верхней и нижней частей, в отличие от прототипа, позволило увеличить зону видимости общих, тыловых и фронтальных контактов, и тем самым облегчить к ним доступ со стороны якоря для регулирования межконтактных зазоров и контактного нажатия.
Нижняя часть ведущей планки образована впадинами и выступами с увеличенной высотой, образующей сквозные окна прямоугольной формы, позволяющие осуществлять свободный доступ к контактам и проводить необходимый комплекс мер по измерению и настройке электрических, временных и механических параметров, а также контроля соответствия этих параметров ТУ завода-изготовителя и технологическим картам на ремонт реле в РТУ, гарантирующих безотказную работу реле в течение заданного срока эксплуатации. Расположение выступов в нижней части и углублений верхней части ведущей планки строго по центру общих контактов позволяет надежно зафиксировать концы упругих общих контактов, на ведущей планке, зажав их между нижней и верхней частями, тем самым обеспечить механическое соединение общих контактов между собой и якорем, что в свою очередь является одним из основных конструктивных требований к конструкции реле первого класса надежности.
Применение системы жесткого упора тыловых контактов, выполненной для каждого тылового контакта, в виде жесткой пластины длиной 0,4-0,6 от длины упругой пластины тылового контакта, плотно прилегающей и повторяющей форму упругой пластины тылового контакта, позволяет выполнить основное требование к реле 1 класса надежности, а именно что тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот.
В виду того что пластины фронтовых, общих и тыловых контактов жестко закреплены в колодке реле, их движение осуществляется за счет упругости пластин и происходит по траектории, в форме части окружности, где центром окружности является место жесткого закрепления пластин контактов, а радиусом - длина упругих пластин от контакта до места фиксации в колодке. Так как пластина тылового контакта фиксируется от перемещения в вертикальной плоскости вверх жесткой пластиной длиной 0,4-0,6 от длины упругой пластины тылового контакта, плотно прилегающей и повторяющей форму упругой пластины тылового контакта, то радиусом окружности, по которой двигается тыловой контакт, является участок упругой пластины, свободный от жесткой пластины. При сваренном общем и тыловом контакте, при движении вертикальной плоскости вверх общего контакта происходит следующее: так как движению вверх пластины тылового контакта препятствует фиксирующая жесткая пластина, радиус окружности, по которой движется тыловой контакт, получается меньшим по сравнению с радиусом окружности, по которой движется общий контакт, то есть движение происходит по разным, не совпадающим траекториям. В сваренном соединении возникают усилия, направленные на перемещение контактов относительно друг друга, в результате происходит разъединение контактов. При сваренном общем и тыловом контакте, при движении вверх общего контакта соединение работает на срез, а не на разрыв, как в прототипе, при этом усилие, требующееся для размыкания сваренных контактов, существенно меньше. Все эти технические решения в целом позволили значительно увеличить надежность работы реле, повысить вибрационную устойчивости реле и существенно снизить трудозатраты на техническое обслуживание.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид реле электромагнитного; на фиг.2 - магнитная система; на фиг.3 - система стабилизации работы контактов; на фиг.4 - контактная система; на фиг.5 - система привода общих контактов.
Реле электромагнитное имеет пластмассовое основание 1, крышку 2, магнитную систему, состоящую из П-образного сердечника 3, якоря 4, обмоток 5, намотанных на шпули 6 и размещенных на сердечнике 3. Якорь 4 подвижно закреплен на сердечнике 3, с возможностью совершать колебательные движения относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря 4, выполненного в виде призмы 8, с упорной пластиной 9, ограничивающей перемещения якоря 4 вправо в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости, пластина 9 неподвижно закреплена на полюсах сердечника. Вторая пластина (не показана) закреплена на поверхности якоря, ограничивает перемещение якоря влево в горизонтальной плоскости. Сердечник 3 имеет вытянутую форму полюсов, на которых, вне зоны обмотки 5, смонтирована система стабилизации работы контактов, состоящая из П-образной скобы 10 и пружины 11, входящей одной стороной в верхнюю упорную втулку 12, установленную в горизонтальной полке П-образной скобы, а другим концом - в нижнюю упорную втулку 13, установленную на якоре 4. Контактную систему, состоящую из фронтовых 14, общих 15 и тыловых 16 контактов. Контакты установлены в колодке 17, закрепленной на пластмассовом основании 1. Систему жесткого упора тыловых контактов, состоящую из жесткой пластины 7, плотно прилегающей и повторяющей форму упругой пластины тылового контакта и закрепленной в колодке. Систему привода общих контактов, состоящую из поводка 18, соединенного с якорем 4, груза 19 для возврата якоря в исходное положение за счет силы тяжести и закрепленной на поводке ведущей планкой общих контактов, состоящей из верхней 20 и нижней 21 частей, с входящими в нее концами упругих пластин общих контактов 15.
Реле работает следующим образом.
При подаче напряжения на обмотки 5 в электромагнитной системе формируется электромагнитное поле, под воздействием которого якорь 4 притягивается к сердечнику 3 и тем самым приводит в движение систему привода общих контактов 15. При притягивании якоря 4 происходит замыкание фронтовых 14 и общих 15 контактов. При снятии напряжения с обмоток 5 магнитное поле, притягивающее якорь 4 к сердечнику 3, исчезает, под действием груза 19, якоря 4 и закрепленной на поводке ведущей планки общих контактов, состоящей из верхней 20 и нижней 21 частей, система привода общих контактов 15 возвращается в исходное положение. Происходит размыкание фронтовых 14 и общих 15 контактов и замыкание тыловых 16 и общих 15 контактов. При подаче напряжения на обмотки 5 катушек происходит повторение цикла.