ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ ДЛЯ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ СО СКОРОСТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железнодорожного транспорта.
Известно применяемое в устройствах СЦБ электромагнитное реле СЦБ типа НМШТ третьего 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. 305-354, рис. 112). Электромагнитное реле, имеет электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на латунных плоских пружинах, при этом контактирующим материалом для фронтовых контактов является серебро-графитовый порошковый композиционные материал, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом подвижные контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, имеет основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединенные монтажным проводом с обмотками реле, ручку, защитный колпак.
В процессе подготовки к эксплуатации и эксплуатации реле выявил ряд недостатков, которые снижают надежность работы реле. Особенно опасно снижение надежности работы реле установленных на участках дорог со скоростным движением.
Недостатками реле является следующее: контактирующий композиционный материал для фронтовых контактов, полученный спеканием порошков серебра и графита, в процессе эксплуатации имеет большую зону выгорания, низкая эрозионная стойкость, что приводит к снижению усилий нажатия контактов друг к другу и, как следствие, увеличению контактного электрического сопротивления, выход его за допустимые нормативные параметры, вплоть до обрыва электрической цепи и отказа рэле.
Известно электромагнитное реле содержащее электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на плоских пружинах, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при чем общие контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединены монтажным проводом с обмотками, ручку, защитный колпак, при этом плоские пружины контактов подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие и тыловые контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, при этом контактная часть общих контактов имеет сферообразную форму, сердечник выполнен из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа. (Патент на полезную модель RU 145565, заявка №2013158453 от 27.12.2013, МПК Н01Н 51/00). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного технического решения заключается в следующем. В процессе эксплуатации происходит увеличение контактного электрического сопротивления и выход его за допустимые нормативные параметры между фронтовыми и общими контактами.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение безопасности работы системы СЦБ.
В процессе решения поставленной задачи достигаются технический результат, заключающийся в повышении надежности работы реле за счет исключения отказов вследствие повышения переходного контактного сопротивления между фронтовыми и общими контактами.
3
6
6
Указанный технический результат достигается электромагнитным реле для участков железных дорог со скоростным движением, содержащим электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на плоских пружинах, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом общие контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединены монтажным проводом с обмотками, ручку, защитный колпак, плоские пружины контактов подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие и тыловые контакты из серебра, контактная часть общих контактов имеет сферообразную форму, при этом основой композиционного материала является мелкозернистый графит с открытой пористостью не более 12%, удельным электрическим сопротивлением не более 8 мкОм·м, пределом прочности при изгибе не менее 45 МПа, пределом прочности при сжатии не менее 85 МПа, плотностью не менее 1.83 г/см, зольностью не более 0,08%, средним размером зерна 0,038 мм, серебро распределено в объеме дискретно и неравномерно по концентрации, от максимальной на контактной поверхности с уменьшением в слоях при удалении от поверхности, форма контактной площадки общих контактов выполнена в виде сферы радиусом от 2,0 до 10,0 мм, переходное контактное сопротивление между общими и фронтовым контактами не более 0,2 Ом после технологического прогона при числе коммутаций не менее 3000, шероховатость Ra контактной поверхности общих контактов, обращенной к фронтовым контактам, не хуже 0,16. Кроме того, поверхность фронтового контакта имеет адсорбированный граничный слой, состоящий из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевый) эфира фосфорной кислоты, граничный слой композиционного контакта получен из водного раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, граничный слой фронтового контакта получен из спиртового раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, технологический прогон проводят в течение часа при токовой нагрузке на контакты от 0 до 0,2 А и частоте 45-60 коммутаций в минуту, нормируемое число коммутаций при нормально действующем реле при активной нагрузке в пределах 0,05-2 А и 24 В постоянного тока и 0,01-0,5 А и 220 В переменного тока частотой 50 Гц, равно не менее 1,2×10, нормируемое число коммутаций при медленно действующем реле при активной нагрузке в пределах 0,05-2 А и 24 В постоянного тока и 0,01-0,5 А и 220 В переменного тока частотой 50 Гц равно не менее 0,6×10, форма контактной площадки общих контактов выполнена в виде сегмента цилиндра радиусом от 2,0 до 10,0 мм, контактная система выполнена в виде единого, не разборного и не регулируемого блока.
Электромагнитные нейтральным реле 1 класса, эксплуатируемые в устройствах СЦБ, должны удовлетворять большому количеству различных эксплуатационно-технических требований, выполнение которых должно обеспечить безотказную работу реле в экстремальных условиях, это вибрация, сильное электромагнитное излучение, высокие температуры и др.
3
Для исключения отказов работы реле по причине износа контактов, все тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот, 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. Это достигается применением композиционного материала мелкозернистого с открытой пористостью не более 12%, удельным электрическим сопротивлением не более 8 мкОм·м, пределом прочности при изгибе не менее 45 МПа, пределом прочности при сжатии не менее 85 МПа, плотностью не менее 1.83 г/см, зольностью не более 0,08%, средним размером зерна 0,038 мм, с градиентным распределением серебра в объеме контакта дискретно и неравномерно по концентрации, от максимальной на контактной поверхности с уменьшением в слоях при удалении от поверхности. Форма контактной площадки общих контактов выполнена в виде сферы радиусом от 2,0 до 10,0 мм, переходное контактное сопротивление между общими и фронтовым контактами не более 0,2 Ом после технологического прогона и нормируемого числа коммутаций. Данный материал практически не имеет износа при числе циклов включение-выключение более 1.5 млн, что обеспечивает сохранение нажимного усилия с общим контактом в течение всего срока эксплуатации. 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 практически всех подвижных частей реле. При совпадении вынужденных частот вибрации создаваемых проходящим составом и собственных частот элементов реле, возникает явление резонанса. Такое явление приводит к значительным амплитудам колебания элементов реле, что, в свою очередь, приводит к релаксации плоских контактных пружин под действием знакопеременных напряжений и как следствие нарушению заводских настроек, несанкционированному замыканию общих и фронтовых контактов. Дополнительное усиление прижатия плоских пружин, за счет исключения выработки контакта в процессе эксплуатации позволяет исключить данное замыкание даже в условиях резонансных явлений, предотвратить несанкционированное замыкание общих и фронтовых контактов, что в целом повышает надежность и безотказность реле.
Повышение надежности работы реле достигается снижением отказов в работе реле в течение заданного срока эксплуатации возможно только при условии точного сохранения в реле электрических и механических параметров, и соответствия этих параметров техническим условиям завода-изготовителя и технологическим картам на ремонт реле. Электромеханик при проверке реле в ремонтном технологическом участке, в соответствии с технологическим процессом, должен выполнить измерение и отрегулировать не менее пяти механических, пяти электрических параметров реле. При нестабильности свойств элементов реле (плоские пружины, контакты) регулировка всех параметров реле задача в условиях РТУ достаточно сложная и длительная. Повышение стабильности свойств значительно сокращает объем работ и повышает надежность работы реле.
Пример конкретного выполнения предлагаемого реле СЦБ.
Электромагнитное нейтральное показано на фиг. 1. Реле содержит электромагнитную систему, включающую ярмо 1, сердечник 2 и обмотки 3 на электроизоляционных шпулях 4, покрытые электроизоляционным материалом 5, Г-образный якорь 6, установленный на вершине призматической опоры ярма 1, контактную систему, включающую фронтовые 7, общие 8 и тыловые 9 контакты, закрепленные на плоских пружинах 10, поводок 11 из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом 12 с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря 6, при этом подвижные контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря 6, имеет основание 13 с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами 14, соединенные монтажным проводом 15 с обмотками 3, ручку (на фиг. не показана), защитный колпак 16, монтажное соединение обмоток магнитной системы и штепсельных выводных пластин выполнено проводом 15, защитный колпак 16, плоские пружины 10, фронтовые контакты 7 выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного мелкозернистого графита и серебра, а общие 8 и тыловые 9 контакты из серебра.
Реле работает следующим образом.
При подаче напряжения на обмотки 3 в электромагнитной системе, формируется электромагнитное поле, под воздействием которого якорь 6 притягивается к сердечнику 2 и тем самым приводит в движение систему привода общих контактов 8. При притягивании якоря 6 происходит замыкание фронтовых 7 и общих 8 контактов. При снятии напряжения с обмоток 3, магнитное поле, притягивающее якорь 6 к сердечнику 2 исчезает, под действием груза 12, якоря 6 и закрепленной на поводке ведущей планки общих контактов, система привода общих контактов 8 возвращается в исходное положение. Происходит размыкание фронтовых 7 и общих 8 контактов и замыкание тыловых 9 и общих 8 контактов. При подаче напряжения на обмотки 3 катушек происходит повторение цикла.
Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом повысить надежности работы реле за счет исключения отказов вследствие повышения переходного контактного сопротивления между фронтовыми и общими контактами. Реле изготовлено на Камышловском электротехническом заводе.