Горочный стрелочный электропривод

Полезная модель относится к изменению и контролю положения остряков стрелок железнодорожных путей на сортировочных горках и может быть применена в отрасли железнодорожного транспорта.
Известен стрелочный электропривод, содержащий корпус, внутри которого установлены электродвигатель, узел регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, узел перемещения стрелки, соединенный с узлом регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, и узел контроля перемещения стрелки, соединенный через кинематическую пару с узлом перемещения стрелки, при этом узел перемещения стрелки выполнен с возможностью линейного перемещения стрелки и содержит для этого шиберный вал с шестерней, содержащей пять рабочих зубьев и зубчатую рейку, содержащую четыре рабочих зуба [RU 193014, дата публикации: 10.10.2019 г., МПК: B61L 5/06].
В качестве прототипа выбран стрелочный электропривод, который содержит корпус, внутри которого установлены электродвигатель, узел регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, узел перемещения стрелки, соединенный с узлом регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, и узел контроля перемещения стрелки, соединенный через кинематическую пару с узлом перемещения стрелки, при этом узел перемещения стрелки выполнен с возможностью линейного перемещения стрелки на расстояние от 152 мм и содержит для этого вал шестерню с шестью зубьями перемещения зубчатой рейки, на которой для этого выполнено восемь зубьев получения поступательного движения от вала шестерни [RU 121216, дата публикации: 20.10.2012 г., МПК: B61L 5/06].
Недостатком прототипа и известного решения является невозможность его применения для перевода стрелок на сортировочных горках из-за того, что представленная величина перемещения стрелки и передаточное число зубчатой передачи узла перемещения стрелки обеспечивают возможность перевода стрелок только на главных путях, где допустимы сравнительно невысокие скорости и высокая величина (до 1 с) времени перемещения стрелки в крайние положения, вследствие чего применение такого стрелочного электропривода на сортировочной горке, где требуется высокая скорость и меньшее время перемещения (до 0,5 с) стрелки путей в крайние положения, может привести к попаданию колесных пар одного вагона на разные пути сортировочной горки, тем самым вызвав сход с рельсов вагона, что в условиях плотного траффика на сортировочных горках может спровоцировать крупную железнодорожную аварию и привести к человеческим жертвам среди обслуживающего персонала.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости расширения функционала и области применения стрелочного электропривода.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении времени линейного перемещения стрелки из крайних положений стрелочным электроприводом и обеспечении возможности применения стрелочного электропривода для перемещения стрелки на сортировочной горке.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Горочный стрелочный электропривод содержит корпус, внутри которого установлены электродвигатель, узел регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, узел перемещения стрелки с зубчатой передачей для линейного перемещения стрелки, соединенный с узлом регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, и узел контроля перемещения стрелки с датчиком перемещения стрелки, соединенный через кинематическую группу с узлом перемещения стрелки. В отличие от прототипа зубчатая передача узла перемещения стрелки имеет передаточное число в диапазоне от 0,7 до 0,75.
Узел перемещения стрелки с зубчатой передачей для линейного перемещения стрелки обеспечивает возможность преобразования вращательного движения узла регулирования характеристик вращательного движения в поступательное движение стрелки. Зубчатая передача узла перемещения для этого может содержать приводной вал и зубчатую рейку (шибер). Приводной вал может быть закреплен в корпусе стрелочного привода за счет подшипников скольжения или качения и обеспечивает возможность преобразования полученного вращательного движения в поступательное движение зубчатой рейки. Для этого приводной вал может содержать секторную шестерню или может быть представлен валом-шестерней. Зубчатая рейка может быть закреплена в корпусе горочного стрелочного электропривода за счет направляющих и обеспечивает возможность передачи поступательного движения стрелке. При этом зубчатая рейка на одном конце может содержать элемент для закрепления стрелки, представленный отверстием, проушиной или петлей.
Зубчатая передача узла перемещения стрелки имеет передаточное число в диапазоне от 0,7 до 0,75, что при номинальной скорости вращения электродвигателя обеспечивает возможность перемещения стрелки за 0,45-0,5 с и снижает время линейного перемещения стрелки из крайних положений горочным стрелочным электроприводом, обеспечивая возможность применения горочного стрелочного электропривода на сортировочной горке. В случае если передаточное число зубчатой передачи узла перемещения будет составлять менее 0,7, то в значительной степени будут увеличиваться ударные нагрузки на остряк при переключении стрелки и повышаться риск разрушения электропривода или соединительных элементов со стрелкой. В случае если передаточное число зубчатой передачи узла перемещения будет составлять более 0,75, то будет увеличиваться время перемещения стрелки, из-за чего возможно попадание колесных пар одного вагона на разные пути сортировочной горки, что делает невозможным применение стрелочного электропривода на сортировочной горке.
Передаточное число зубчатой передачи в диапазоне от 0,7 до 0,75 может обеспечиваться за счет конструктивных особенностей зубчатой передачи для линейного перемещения стрелки. Необходимое передаточное число зубчатой передачи может обеспечиваться за счет применения двух или более валов с необходимым количеством зубьев. Передаточное число зубчатой передачи может обеспечиваться за счет того, что секторная шестерня приводного вала может содержать четыре зуба для перемещения зубчатой рейки, а зубчатая рейка при этом может содержать три зуба для зацепления с зубьями секторной шестерни, что обеспечивает возможность перевода стрелки в крайние положения с необходимой скоростью, а также позволяет эффективно распределять нагрузку на элементы горочного стрелочного электропривода, обеспечивая необходимый уровень надежности горочного стрелочного электропривода при его применении на сортировочной горке. При этом для снижения риска самопроизвольного перемещения стрелки секторная шестерня и зубчатая рейка могут содержать запорные зубья, обеспечивающие возможность фиксирования относительного перемещения этих элементов в крайних положениях остряка стрелки.
Зубчатая передача узла перемещения стрелки может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивать расстояние в 132 мм между крайними положениями остряка стрелки, что снижает риск повреждения остряка, или путевого рельса сортировочной горки, или компонентов горочного стрелочного электропривода. При этом расстояние между крайними положениями стрелки в 132 мм может обеспечиваться за счет окружного шага зацепления, модуля зубьев, числа зубьев зубчатой передачи узла перемещения стрелки.
Узел контроля перемещения стрелки обеспечивает возможность преобразования поступательного движения кинематической группы в электрический сигнал для коммутации цепи управления горочным стрелочным электроприводом. Датчик положения стрелки может быть представлен датчиком с контактной группой, бесконтактным датчиком трансформаторного типа или датчиком с герметизированными контактами.
Узел контроля перемещения стрелки может дополнительно содержать пару контрольных линеек, обеспечивающих возможность фиксирования достижения стрелкой крайних положений. Контрольная линейка может быть представлена стержнем, штоком или рейкой. Контрольная линейка может быть соединена с датчиком положения стрелки посредством кинематической группы, а для обеспечения возможности фиксирования достижения стрелкой крайних положений она может иметь пазы, углубления или выступы на поверхности.
Узел регулирования характеристик вращательного движения, передаваемого электродвигателем, обеспечивает возможность изменения частоты и крутящего момента электрического двигателя. Узел регулирования характеристик вращательного движения может быть представлен редуктором или мультипликатором, которые для выполнения предохранительной функции могут содержать регулируемую фрикционную муфту.
Узел контроля перемещения стрелки соединен через кинематическую группу с узлом перемещения стрелки, что обеспечивает возможность преобразования поступательного движения при перемещении стрелки в движение датчика положения стрелки. Кинематическая группа может быть представлена кулачковым и кривошипным механизмом, соединенными между собой с возможностью передачи поступательного движения. Кулачковый механизм обеспечивает возможность преобразования вращательного движения приводного вала в поступательное движение. Кулачковый механизм может быть образован приводным валом узла перемещения стрелки и толкающим рычагом с обкатывающим роликом, закрепленным в корпусе устройства. Приводной вал для этого может иметь поверхность переменной кривизны, либо он может содержать установленный на него кулачковый диск. Кривошипный механизм обеспечивает возможность преобразования поступательного движения толкающего рычага в перемещение элементов датчика положения стрелки. Кривошипный механизм может быть образован поводком с продольной канавкой, присоединенным к ротору датчику, и рычагом кривошипного механизма с вращающим роликом. При этом рычаг кривошипного механизма одной стороной может быть присоединен к толкающему рычагу кулачкового механизма, а вращающим роликом он может быть установлен в продольную канавку поводка.
Электродвигатель обеспечивает возможность преобразования электрической энергии во вращательное движение. Электродвигатель может быть представлен двигателем постоянного, переменного или пульсирующего тока. Горочный стрелочный электропривод может быть выполнен с возможностью ручного управления перемещением стрелки, для чего электрический двигатель может содержать элементы для проворота ротора оператором, представленные многогранным выступом на валу электродвигателя.
Электродвигатель, узел регулирования характеристик вращательного движения и узел перемещения стрелки соединены с возможностью передачи вращательного движения. При этом электродвигатель может содержать модуль управления, снабженный специализированным программным обеспечением для ограничения величин вращательных усилий. Для этого вал электродвигателя и валы узлов могут быть соединены без применения дополнительных элементов либо посредством применения муфт, шестеренчатых пар, ременной или цепной передачи и др.
Корпус обеспечивает несущие и защитные функции горочного стрелочного электропривода. Корпус может иметь любую форму и размер, обеспечивающие возможность размещения в его внутренней полости узлов устройства и электродвигателя. Корпус для этого может содержать кронштейны, площадки, пазы, углубления и резьбовые отверстия. Корпус может содержать крышку. При этом для повышения безопасности обслуживания горочного стрелочного электропривода корпус может содержать курбельный выключатель, соединенный с курбельной заслонкой, обеспечивающий возможность отключения питания электрического двигателя при открывании крышки. Корпус может содержать средства электрического соединения горочного стрелочного электропривода с электрической цепью управления, представленные разъемами, штекерами, клеммами. Корпус может быть выполнен из любого материала, обладающего требуемыми прочностными и жесткостными характеристиками: композитов, металлов, сплавов металлов и т.д.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что зубчатая передача узла перемещения стрелки имеет передаточное число в диапазоне от 0,7 до 0,75, что обеспечивает возможность линейного перемещения стрелки в крайние положения за 0,45-0,5 с что позволяет повысить скорость перемещения стрелки в крайние положения для соответствия горочного стрелочного электропривода требованиям к скорости перемещения стрелки на путях сортировочной горки, исключая риск попадания колесной пары одного вагона на разные пути сортировочной горки при распределении вагонов по путям сортировочной горки, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении времени линейного перемещения стрелки из крайних положений стрелочным электроприводом и обеспечении возможности применения стрелочного электропривода для перемещения стрелок на сортировочной горке, тем самым расширяя функционал и область применения стрелочного электропривода.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - Горочный стрелочный электропривод, основной вид.
Фиг. 2 - Горочный стрелочный электропривод, поперечный разрез.
Фиг. 3 - Приводной вал с шиберным колесом с четырьмя рабочими зубьями и двумя запорными зубьями, изометрия.
Фиг. 4 - Шибер с тремя рабочими зубьями и двумя запорными зубьями, изометрия.
Горочный стрелочный электропривод содержит корпус 1; электродвигатель 2; кулачковую муфту 3; узел регулирования характеристик вращательного движения, содержащий редуктор 4 с фрикционной муфтой 5 и средство регулирования фрикционной муфты, представленное регулировочной гайкой 6 и тарельчатыми пружинами 7; узел перемещения стрелки выполнен с возможностью перемещения стрелки и содержит шибер 8 с тремя рабочими и двумя запорными зубьями и приводной вал 9 с шиберным колесом 10, содержащим четыре рабочих зуба и два запорных зуба; датчики 11 положения стрелки, диск 12, пружины 13, переключающие рычаги 14 с роликами 15, контрольные рычаги 16, соединенные с поводками 17, контрольную линейку 18 дальнего остряка и контрольную линейку 19 ближнего остряка, курбельный выключатель 20, курбельную заслонку 21, ввод 22 кабеля и электрический жгут 23.
Электродвигатель 2 посредством кабелей через контакты курбельного выключателя 20 соединен с блоком ПСТ (пускового стрелочного трехфазного тока) (не показан на фигурах) с возможностью получения управляющего сигнала, а также соединен с источником питания (не показан на фигурах). Вал электродвигателя 2 соединен с входным валом редуктора 4 через кулачковую муфту 3 с возможностью передачи вращательного движения. Выходной вал-шестерня редуктора 4 зацеплен с приводным валом 9 через зубчатое колесо. Шиберное колесо 10 и диск 12 выполнены как одно целое с приводным валом 9, шиберное колесо 10 находится в зацеплении с шибером 8.
Переключающие рычаги 14 соединены между собой пружинами 13 с натягом, обеспечивающим возможность прижатия роликов 15 к диску 12. В пазы переключающих рычагов 14 установлены оси контрольных рычагов 16, при этом контрольные рычаги 16 посредством шарниров соединены с поводками 17.
Полезная модель работает следующим образом.
Корпус 1 стрелочного электропривода устанавливается на фундаментальные угольники (не показаны на фигурах) стрелочной гарнитуры. Далее электродвигатель 2 посредством кабеля соединяют с источником питания (не показан на фигурах), шибер 8 соединяют с рабочей тягой (не показана на фигурах) шарниром Гука, а контрольную линейку 18 дальнего остряка и контрольную линейку 19 ближнего остряка соединяют с короткой и длинной контрольными тягами (не показаны на фигурах) посредством пальцев. Вводы и выводы датчиков 11 положения стрелки через электрический жгут 23 и контакты курбельного выключателя 20 посредством проводов, проложенных через ввод 22 кабеля, соединяют с блоком ПСТ (не показан на фигурах). Регулировочная гайка 6 средства регулировки фрикционной муфты затягивается таким образом, чтобы при ее воздействии на тарельчатые пружины 7 между подвижными дисками и неподвижными дисками фрикционной муфты 5 обеспечивалось усилие фрикционного сцепления в пределах от 1000 до 6000 Н. Стрелочный электропривод вводится в эксплуатацию.
В процессе эксплуатации на электродвигатель от блока ПСТ через кабель (не показан на фигурах) подается управляющий сигнал о необходимости активации. Крутящий момент вала электродвигателя 2 через кулачковую муфту 3 передается в редуктор 4, в котором за счет разностей чисел зубьев зубчатых колес и шестерней, расположенных на валах, происходит снижение частоты вращения и увеличение крутящего момента, при этом за счет фрикционного взаимодействия между элементами фрикционной муфты 5 обеспечивается плавный ход выходного вала-шестерни редуктора. 4 Выходной вал-шестерня через зубчатое колесо передает крутящий момент на приводной вал 9, в результате чего приводной вал 9 начинает вращение вместе с установленными на нем диском 12 и шиберным колесом 10. При этом зубчатая передача узла перемещения стрелки имеет передаточное число 0,7, что при номинальной скорости вращения электродвигателя обеспечивает возможность перемещения стрелки за 0,45 с на 132 мм, тем самым позволяя применять стрелочный электропривод на сортировочной горке.
Под действием пружин 13 происходит прижатие роликов 15 переключающих рычагов к боковой поверхности диска 12, в результате чего при вращении диска 12 происходит обкатывание его профиля роликами 15 переключающих рычагов, сопровождающееся воздействием переключающих рычагов 14 на контрольные рычаги 16. При этом в процессе обкатывания профиля диска 12 роликами 15 (в частности, при попадании ролика 15 в зону углубления, прохождения им данной зоны и выхода из нее) происходит изменение положения переключающих рычагов 14 и соединенных с ними контрольных рычагов 16, вследствие чего осуществляется вращение поводков 17 датчиков положения вокруг своей оси.
Поводки 17 осуществляют передачу крутящего момента датчикам 11 положения стрелки, которые могут быть представлены датчиками с контактной группой, бесконтактными датчиками трансформаторного типа или датчиками с герметизированными контактами. При выходе ролика 15 левого переключающего рычага 14 из зоны углубления диска 12 осуществляется проворачивание поводка 17 в крайнее правое положение, в результате чего электрический сигнал через электрический жгут 23 попадает из стрелочного электропривода в блок ПСТ, который, принимая данный сигнал, продолжает направлять управляющий сигнал о необходимости продолжения работы в электродвигатель 2.
Вращение шиберного колеса 10 обеспечивает линейное перемещение находящегося с ним в зацеплении шибера 8, в результате которого осуществляется перемещение рабочей тяги и перевод стрелки (не показана на фигурах). При этом обеспечивается возможность попадания в имеющиеся на поверхностях контрольных линеек вырезы клювообразных выступов переключающих рычагов 14 (с зазором от 0 до 4 мм), что свидетельствует об отсутствии повреждения рабочих и контрольных тяг, а также об отсутствии вреза стрелки. При этом передаточное число реечной передачи узла перемещения обеспечивает возможность выдвигания шибера 8 на длину 132 мм, благодаря чему обеспечивается движение вагона всеми колесными парами по нужному направлению пути сортировочной горки. После окончания перевода стрелки происходит остановка шибера 8 и, в результате воздействия пружин 13, попадание ролика 15 переключающего рычага в зону углубления диска 12. В результате этого происходит перемещение соответствующего переключающему рычагу 14 контрольного рычага 16 и вращение поводка 17 вокруг своей оси. При этом электрический сигнал через электрический жгут 23 попадает из стрелочного электропривода в блок ПСТ, который при получении данного сигнала формирует управляющий сигнал о необходимости прекращения работы, после чего посредством кабелей передает его в электродвигатель 2. При получении управляющего сигнала электродвигатель 2 прекращает работу, в результате чего происходит остановка стрелочного электропривода до получения управляющего сигнала о необходимости возобновления работы от блока ПСТ.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в снижении времени линейного перемещения стрелки из крайних положений стрелочным электроприводом и обеспечении возможности применения стрелочного электропривода для перемещения стрелок на сортировочной горке, тем самым расширяется функционал и область применения стрелочного электропривода.