УПРАВЛЯЮЩАЯ АППАРАТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В РАБОЧИХ ЦИЛИНДРАХ ВАГОННЫХ ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к автоматике и предназначена для использования в управляющей аппаратуре вагонных замедлителей типа КНП, РНЗ, ВЗПГ и других регуляторов с относительно медленно меняющимися во времени сигналами, в системах управления с повышенными требованиями к пожаро- и взрывобезопасности, вибрационной и радиационной стойкости, суровым климатическим условиям и др. Устройство при несущественных изменениях может найти применение в системах управления химико-технологическими процессами, в теплоэнергетике и в горном деле, в системах пневмотранспорта, для управления мобильными объектами различного назначения, а также в качестве низшего уровня систем управления как пневматических, так и гибридных схем.
Известна управляющая аппаратура ВУП-72 для впуска, выпуска сжатого воздуха и регулирования давления в рабочих (тормозных) цилиндрах вагонных замедлителей типа КНП, РНЗ, ВЗПГ. ВУП-72 состоит из воздухосборника, двух электропневматических клапанов (ЭПК-67) и контактного регулятора давления (РДК-4). РДК-4 содержит три кольцевых трубки, изгиб каждой из которых уменьшается с возрастанием давления подаваемого в нее воздуха. Замедлитель рассчитан на четыре ступени торможения, которые устанавливаются в зависимости от величины давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре. Выпуском и впуском сжатого воздуха в тормозном цилиндре управляет электропневматические клапаны ЭПК-67. Градации давления в тормозном цилиндре для каждой ступени торможения устанавливает регулятор давления РДК-4 с контактной системой. Для ручного управления используют рычажный переключатель на шесть положений: четыре тормозных, нулевое и оттормаживающее.
На фиг.1 изображена используемая схема управления вагонным замедлителем (прототип). Работа схемы управления заключается в том, что для установки замедлителя в 1, 2 или 3-ю тормозные ступени рычажный переключатель 1 переводят в соответствующее положение и замыкают цепь возбуждения тормозного электромагнита через контакты 2 РДК-4 (см. фиг.1). Втягивая стержень, электромагнит 8 открывает тормозной клапан 5 и впускает воздух к клапану 3, который через шток открывает клапан 4 меньшего диаметра и замедлитель приводится в рабочее состояние (плечо рычага 14). При достижении давления воздуха в тормозном цилиндре соответствующей величины, тыловым контактом 2 соответствующей кольцевой трубки 9 РДК размыкается цепь возбуждения тормозного электромагнита 8 и прекращается дальнейший доступ воздуха в цилиндр 13. При увеличении давления в тормозном цилиндре выше заданного значения фронтовым контактом 10 соответствующей кольцевой трубки РДК замыкается цепь возбуждения оттормаживающего электромагнита 7. Втягивая стержень, электромагнит 7 открывает оттормаживающий клапан 6 и впускает воздух к клапану 12, который через шток открывает клапан 11 меньшего диаметра и последний выпускает воздух из тормозного цилиндра в атмосферу. На 4 ступени торможения тормозной электромагнит 8 возбуждается независимо от РДК и устанавливает в тормозном цилиндре полное давление воздушной магистрали (см. Казаков А.А. и др. Устройства автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1978, с.223, рис.117).
В среднем величина давления в тормозном цилиндре из-за низкой точности РДК может колебаться на каждой ступени торможения на абсолютную величину ΔР:
ΔР=0,5÷1,5 атм.
Недостатками управляющей аппаратуры ВУП-72 являются:
- наличие контактной системы в РДК-4;
- необходимость частой регулировки и настройки РДК-4;
- низкая точность регулирования величины давления;
- значительная зависимость качества регулирования от климатических условий.
Таким образом, целью разработки полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик регулятора давления и системы управления вагонным замедлителем в целом, упрощение схемы управления.
Поставленная цель достигается тем, что в пневматической системе управления вагонным замедлителем применяется программно-ориентированная настройка регулятора давления и реализуется полностью пневматическая система управления нижнего уровня.
Основным элементом предлагаемой модели является пневматическая программная матрица.
Программная матрица размерами 4×4 имеет конструкцию представленную в заявке на полезную модель с регистрационным №2006141042 (от 20.11.2006) с небольшими конструктивными отличиями:
1) Верхняя плита имеет 4 входных отверстия и 12 выходных каналов объединенных в 4 выходных отверстия, и служит коммутационной панелью для подключения 4 входных и 4 выходных пневмопроводов. В выходных отверстиях верхней плиты установлены электропневмоклапаны для управляемого выпуска воздуха из выходных коммуникаций в атмосферу через дренажный канал. Электропневматические клапаны, работающие синхронно, при подаче на них электрического сигнала с любой из 4-х сигнальных линий соединяют выходные отверстия матрицы с выходными пневмопроводами, а при отсутствии сигнала - соединяют выходные отверстия матрицы с атмосферой через дренажный канал.
2) Средняя плита имеет 4 сквозных входных отверстия, продолжающих сквозные входные отверстия верхней плиты, 12 сквозных соединительных отверстий и 84 сквозных гнезда для установки основных и вспомогательных активных элементов или пробок-заглушек, при этом в качестве активных элементов используют пневматические дроссели, а пробки-заглушки
установлены на неработающих пересечениях входных каналов с выходными и промежуточными каналами, и 12 сквозных соединительных отверстий.
3) Нижняя плита имеет 4 входных канала и 12 каналов-перемычек.
4) Для обеспечения проводимости в двух соседних выходных каналах в точках скрещения входных каналов с промежуточными - пробки-заглушки удаляются.
Конструкция турбулентных пневматических дросселей, применяемых в качестве основных и вспомогательных активных элементов, достаточно хорошо известна и не требует дополнительных описаний.
Также в составе управляющей аппаратуры используется четырехпозиционный электропневматический клапан с двумя входами и четырьмя выходами, подключаемый к программной матрице четырьмя выходами. Два входа подключаются к тормозной магистрали и к объекту управления - тормозному цилиндру.
Сущность предлагаемой модели поясняется чертежами, где на фиг.2 изображена предлагаемая модель схемы управления вагонным замедлителем, на фиг.3-графики изменения давлений в камерах управляющего клапана 27 (см. фиг.2); на фиг.4 - графики изменения давлений в камерах управляющего клапана 28 (см. фиг.2); на фиг.5 - графики изменения давлений в камерах управляющего клапана 29 (см. фиг.2); фиг.6 иллюстрирует принцип геометрического кодирования (для двух выходов), используемого в конструкции предлагаемой матрицы.
Предлагаемая система управления вагонным замедлителем (см. фиг.2) работает следующим образом: регулирование давления в тормозном цилиндре 15 для каждой ступени торможения обеспечивается за счет различных временных интервалов открытия клапанов 16, 17 и 18, которые устанавливаются по заранее заложенной программе. Фактически пневматическая программная матрица обеспечивает различный расход сжатого воздуха на каждом из своих выходов, а, следовательно, и скорость
нарастания давления (Р0, Р11, Р21, Р31, Р21, Р22, Р23, Рпод21, Рпод22, Рпод23) в каждом из приемников (см. фиг.3, 4, 5). По оси абсцисс на графиках представленных на фиг.3, 4, 5 отложены уровни давлений по тормозным позициям.
1
a
x
а
a
1
1
x2
x1
Рассмотрим функционирование предлагаемой модели на примере реализации первой ступени торможения. При подаче команды по сигнальной линии 1 на четырехпозиционный электропневматический клапан 20 пневматический канал 19 и 36 соединяются с входными каналами 21 и 24 программной матрицы 25 соответственно (см. фиг.2). Расход сжатого воздуха установлен на выходах 26 матрицы 25 в соответствии с программой №1 и через пневмопроводы давление подается на клапан 27, 28 и 29. Величина давления в установившемся режиме в выходных пневмопроводах 26 одинакова, различны только величины расхода воздуха, которые регулируются путем изменения количества дросселей и пробок заглушек в гнездах программной матрицы для каждого из выходов. Давление в полости 30 возрастает согласно графику Р0 (см. фиг.3), а давление в полости 31 - согласно графику Р11 (см. фиг.3). Так как давление в полости 30 возрастает быстрее чем в полости 31, то клапан 18 открывается на определенное время Δt=t-t·t. t - время за которое график давления Р11 (давление подпора), подаваемого в полость 31, вырастает до порогового уровня Рпор при котором клапан 18 перекрывает подачу сжатого воздуха в тормозной цилиндр 15. Расчетное время Δt, открытия клапана 18 обеспечивает повышение давления в тормозном цилиндре 15 соответствующего давлению сжатого воздуха при первой ступени торможения. При понижении давления в тормозном цилиндре 15 до определенного порогового уровня Рн1 уменьшается давление Р11 в полости 32 и давление Р21 в полости 33 (см. фиг.4), т.к. давление Р21 изменяется быстрее Р11, то клапан 17 приоткрывается на расчетное время Δt'=t-t, и давление в тормозном цилиндре выравнивается до величины соответствующей давлению сжатого
воздуха при первой ступени торможения. При этом, чем больше понизится давление в тормозном цилиндре 15 тем больше откроется клапан 17. После установления давления в тормозном цилиндре 15 равному величине соответствующей первой ступени торможения клапан 17 перекрывается.
1
t
с
Если давление в тормозном цилиндре 15 превысит установленную норму (Рв1), то, следовательно, давление Р21 в полости 34 и Рпод21 в полости 35 возрастают по графику (см. фиг.5), и в результате неравномерного воздействия на клапан 29 клапан 16 открывается на расчетное время Δt"=t-t и излишки воздуха стравливаются в атмосферу. При этом, чем больше повысится давление в тормозном цилиндре 15 тем больше откроется клапан 16. После установления давления в тормозном цилиндре 15 равному величине соответствующей первой ступени торможения клапан 16 перекрывается.
Аналогично происходит работа при подаче команды на реализацию 2 и 3-ей ступени торможения: меняется только номер входного канала пневматической программной матрицы, а, следовательно, и программа обработки сигнала. Элементом согласования регулятора давления с управляющей системой более высокого уровня служит 4-х позиционный электропневматический клапан (ЭПК).
При подаче команды на реализацию 4-ой ступени торможения электропневматический клапан соединяет тормозную магистраль с полостью 30 (см. фиг.2), клапан 18 открывается и в тормозной цилиндр 15 поступает полное давление магистрали (клапаны 16 и 17 в работе не участвуют и постоянно перекрыты).
Схема коммутирования входных каналов 19 и 36 ЭПК с входными каналами 21, 22, 23 и 24 программной матрицы представлена в таблице 1, где «1» соответствует соединению соответствующего входа ЭПК с соответствующим входом программной матрицы, «0» соответствует разъединенному состоянию.
При отсутствии команд по сигнальным линиям электропневматические клапаны установленные в выходных отверстиях программной матрицы соединяют выходные каналы с атмосферой, обеспечивая сброс воздуха из цилиндров и магистралей программной матрицы, что соответствует оттормаживающему режиму.
Используемый в применяемой конструкции программной матрицы принцип так называемого геометрического кодирования заключается в том, что проводимость в двух соседних узлах может быть обеспечена путем удаления одной пробки заглушки, находящейся на пересечении входного и промежуточного каналов, связанного с двумя соседними выходными каналами вспомогательными активными элементами (пневматическими дросселями), что может быть проиллюстрировано упрощенной схемой для двух выходов (см. фиг.6). Запрограммированный здесь расход воздуха поступающего по входному каналу 37 на каждом из четырех выходов 38 программной матрицы, реализуется за счет установки в сквозных гнездах 40 основных активных элементов 39 или пробок-заглушек 45, а в сквозных гнездах 44 наличием или отсутствием пробок-заглушек. Таким образом расход на каждом из четырех выходов матрицы будет зависеть от количества проводящих и непроводящих сжатый воздух выходных каналов 41 объединенных в выходные отверстия матрицы, для каждого выхода 38 соответственно. Регулирование расхода воздуха поступающего по входному каналу 37 в выходные каналы 41 и далее в объединяющие выходы 38, происходит через основные активные элементы 39 установленные в сквозных гнездах 40, расположенных между входным каналом 37 и выходными каналами 41 дополнительно обозначенные индексами а и f, a также через промежуточный канал 42 с индексом h связанного с двумя соседними выходными каналами с установленными в них вспомогательными активными элементами 43, через которые воздух подается в оба соседних выходных канала 41 с индексами g и j. Подача сжатого воздуха в остальные выходные каналы 41 с индексами b, s и d
предотвращается установкой в остальных сквозных гнездах 11 пробок-заглушек 12. Если условно обозначить расход сжатого воздуха через один пневматический дроссель - G, то на данном примере (см. фиг.6) обеспечивается расход воздуха 1xG и 3xG через выходные отверстия 38 с индексами n и q соответственно.
Необходимо отметить, что количество выходных каналов, объединяющихся в выходные отверстия программной матрицы, может быть значительно больше предложенного количества (12 шт.), т.к. при увеличении их количества увеличивается точность настройки предлагаемого устройства, а, следовательно, и точность регулирования давления в тормозных цилиндрах вагонных замедлителей.
Предлагаемое устройство имеет по сравнению с известными в данной области техники решениями следующие конструктивные отличительные признаки:
1) Пневматическая программная матрица
- выполнение корпуса пневматической программой матрицы в виде пакета из 3 плит;
- непосредственное размещение 4 входных каналов и 12 каналов-перемычек в нижней плите;
- непосредственное размещение 84 сквозных гнезд для установки в них основных и вспомогательных активных элементов или пробок-заглушек вместо неработающих активных элементов, а также 12 сквозных соединительных отверстий в средней плите;
- использование верхней плиты в роли коммутационной панели путем выполнения в ней 4 входных и 4 выходных отверстия с размещенными в них 4-мя электропневматическими клапанами с таким же количеством дренажных каналов; 12 выходных каналов, объединенных на выходе в 4 выходных отверстия, и 6 промежуточных каналов;
- размещение вспомогательных активных элементов между промежуточными каналами и каждым из соседних с ними выходными каналами;
- использование в качестве основных активных элементов пневматических дросселей;
- использование пробок-заглушек для исключения передачи командных воздействий в соответствующих неработающих узлах матрицы (пересечениях входных каналов с промежуточными каналами);
2) Система управления вагонным замедлителем
- использование в системе управления вагонным замедлителем пневматической программной матрицы;
- использование в пневматической системе управления вагонным замедлителем четырехпозиционного электропневматического клапана;
- применение в пневматической системе управления вагонным замедлителем поршней с использованием давления подпора.
Совокупность вышеуказанных отличительных признаков обеспечивает нижнему уровню системы управления вагонным замедлителем улучшение эксплуатационных характеристик и упрощение конструкции путем ликвидации двух электропневматических клапанов ЭПК-67 (тормозного и оттормаживающего) и контактного РДК-4, использования пневматической программной матрицы вместо контактного регулятора давления и применения четырехпозиционного электропневматического клапана и дополнительного управляющего поршня.
Список литературы
1. Казаков А.А. и др. Устройства автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1978. - 384 с.
2. Вл.Сапожников, Б.Н.Елкин и др. Станционные системы автоматики и телемеханики. - М: Транспорт, 1997. - 432 с.