ЭЛЕКТРОПРИВОД СТРЕЛОЧНЫЙ

Полезная модель относится к стрелочным электроприводам железнодорожной автоматики и телемеханики и предназначена для перевода, замыкания и контроля положения остряков на железнодорожном транспорте и метрополитене.
Известны стрелочные электроприводы, содержащие смонтированные в общем корпусе электродвигатель, понижающий многоступенчатый механический редуктор с фрикционной муфтой сцепления, главный вал с шестерней, находящийся в реечном зацеплении с рабочим шибером, автопереключателем ножевого типа, контрольными линейками, элементом обогрева (Резников Ю.М. Электроприводы железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1985, с. 83-95, рис. 21-27).
Недостаткам стрелочных приводов данного типа являются выполнение фрикционной муфты из подпружиненных, поочередно установленных вращающихся и неподвижных дисков из конструкционной стали, имеющих повышенный износ, изготовление ролика переключающего рычага автопереключателя из стали, а ножей колодки автопереключателя из латуни, имеющих низкую стойкость, опоры скольжения главного вала из стали, с вероятностью заклинивания шибера и, как следствие, низкая надежность, электропривода.
Известен электропривод малообслуживаемый для стрелочного перевода, содержащий корпус с крышкой, в котором смонтирован ряд агрегатов и механизмов, в том числе электродвигатель, ножевой автопереключатель, кинематическая группа, обеспечивающая перемещение шибера и контрольных линеек, при этом электропривод снабжен фиксаторами осей крепления крышки на корпусе, крышка снабжена термозащитным материалом, наиболее изнашиваемые детали выполнены из износостойких композиционных материалов, в частности втулки в корпусе для шибера и контрольных линеек - из самосмазывающихся материалов, эксплуатационные свойства материалов наиболее изнашиваемых деталей подобраны из условия либо равного ресурса либо кратного ресурса деталей, композиционные материалы наиболее изнашиваемых деталей выполнены пористыми, поры заполнены смазывающей жидкостью (Патент на полезную модель RU 43520 по заявке №2004131998 от 09.11.2004 г., МПК B61L 5/06).
Недостатками данного технического решения является недостаточная износостойкость деталей электропривода, в частности, контактных колодок автопереключателя. Используемые материалы изготовления ножей автопереключателя, не обладают повышенной дугостойкостью.
Известен электропривод стрелочный малообслуживаемый, содержащий корпус с электродвигателем, автопереключателем, кинематической группой, отдельные детали которой выполнены из износостойких самосмазывающихся материалов, при этом входящий в состав кинематической группы шибер и отверстие под него в корпусе выполнены цилиндрическими, шибер выполнен из антикоррозийного материала или покрыт слоем такого материала, отверстие под него выполнено во втулке из износостойкого самосмазывающегося материала, втулка установлена в корпусе, входящие в состав кинематической группы тяги выполнены негранными в поперечном сечении из антикоррозийного материала, отверстия под них выполнены ответной формы во втулках, установленных в корпусе, корпус и/или крышка корпуса по внутренней поверхности снабжена гигроскопичным материалом, замок крышки снабжен кодовой системой запирания, электропривод снабжен системой сигнализации о вскрытии крышки, втулки шибера установлены в плите, установленной в окне корпуса (Патент на полезную модель RU 33078 по заявке №2003120694 от 14.07.2003 г., МПК B61L 5/06).
Недостатками данного технического решения является недостаточная износостойкость деталей электропривода, в частности, контактных колодок автопереключателя, не обеспечена антиконденсатная термозащита электропривода. Использование материала с недостаточными термозащитными свойствами, особенно в период резких перепадов температуры в окружающей среде, приводят к повышению влажности внутри корпуса вплоть до образования росы и капель на внутренней поверхности крышки и корпуса. Это снижает коррозионную стойкость деталей привода и опасно с позиции надежности электропривода, т.к. опадание капель с крышки на контакты автопереключателя может создать ложное срабатывание электрической цепи.
Известно техническое решение стрелочного электропривода содержащий корпус с установленными в нем шибером, взаимодействующим со стрелкой, электродвигателем, редуктором, блоком главного вала, автопереключателем и зубчатыми передачами, при этом входящие в состав фрикционной муфты редуктора подвижные фрикционные диски выполнены сборными и состоят из поводка и вставок, закрепленных в поводке, при этом вставки выполнены из самосмазывающегося материала, который в зависимости от условий работы электропривода изменяет соотношение фрикционных свойств материала, ножи колодки автопереключателя выполнены из износостойкого материала, обладающего повышенной стойкостью к электрической эрозии, ролик переключающего рычага автопереключателя выполнен из износостойкого самосмазывающегося материала, опоры главного вала содержат подшипники скольжения, выполненные из износостойкого самосмазывающегося материала, колеса зубчатых передач преимущественно блока главного вала выполнены из износостойкого самосмазывающегося материала, при чем вставки дисков выполнены из композиционных материалов на основе железа методом порошковой металлургии, ножи выполнены из композиционного материала на основе меди методом порошковой металлургии, ролик выполнен из композиционного материала на основе железа методом порошковой металлургии, подшипники скольжения выполнены из износостойкого антифрикционного материала на основе железа методом порошковой металлургии, колеса зубчатых передач выполнены из износостойкого антифрикционного материала на основе железа методом порошковой металлургии, износостойкость материалов дисков, и/или ножей, и/или ролика, и/или подшипников скольжения, и/или колес подобрана такой, что обеспечивает их равный или кратный между собой срок службы. Данное техническое решение принято в качестве прототипа (Патент на полезную модель RU 26506 по заявке №2002126184 от 07.01.2002 г., МПК B61L 5/06).
Недостатками данного комплекта являются то, что он включает в себя детали, имеющие малую надежность в процессе эксплуатации, а имеющиеся детали, выполненные из композиционных металлокерамических материалов, имеют различный период стойкости, не достигающий нормированного периода работы электропривода. Низкую термозащиту, что приводит к образованию конденсата и коррозионному разрушению; не все наиболее изнашиваемые детали выполнены из износостойких материалов. Эти факторы влияют на надежность работы. Отсутствуют технологические параметры, позволяющие получать стабильные эксплуатационные свойства композиционных материалов в процессе эксплуатации.
tm
Известен способ модернизации электропривода стрелочного, состоящего из корпуса с крышкой, электродвигателя, редуктора со встроенной фрикционной муфтой, блока главного вала, автопереключателя, соединительной муфты, рабочего шибера, контрольных линеек, контактов безопасности, обогревательного элемента и панели освещения, заключающийся в замене неисправных деталей и узлов новыми или отремонтированными, при этом замене подлежат редуктор и блок главного вала, отличающийся тем, что при изготовлении отдельных изношенных узлов электропривода используют новые материалы, дополняют электропривод новыми конструктивными элементами, а редуктор и блок главного вала заменяют на новые, изготовленные на заводе-изготовителе, при этом муфту редуктора изготавливают из дисков со вставками из износостойкого самосмазывающегося фрикционного материала, втулку зубчатого колеса редуктора, кольца подшипников скольжения редуктора, ролики ножевых и переключающихся рычагов блока главного вала изготавливают из износостойкого композиционного антифрикционного материала, ножи автопереключателя - из композиционного материала повышенной дугостойкости методом порошковой металлургии, оси рычагов изготавливают из стали Ст 20 с цементацией и термообработкой, крышку корпуса дополняют механизмом защиты от несанкционированного вскрытия и покрывают материалом, обеспечивающим антиконденсатную термозащиту электропривода, конструкцию электропривода дополнительно снабжают стопорными отгибными шайбами, механизм защиты от несанкционированного вскрытия изготавливают из основного замка крючкового типа и кодового замка повышенной надежности, в конструкцию которого введена автоматическая блокировка от запирания крышки электропривода, и дополняют защитой для шарниров крышки, например, в виде кронштейнов, и ручкой, а в корпусе электропривода, в местах выхода шибера и контрольных линеек, устанавливают вставки скольжения из самосмазывающегося композиционного антифрикционного материала, в качестве антиконденсатного термозащитного материала используют материал «Thermal-Koat». (Патент на изобретение RU 2325296 по заявке №2006117666 от 22.05.2006 г., МПК B61L 5/06).
Недостатком данного технического решения является отсутствие элементного состава и физико-механических свойств композиционного антифрикционного самосмазывающегося материала, что не позволяет эффективно использовать данное техническое решение.
Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности движения железнодорожного транспорта при прохождении стрелочных переводов.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат заключающийся в повышении надежности работы, снижение затрат на обслуживание электропривода стрелочного.
Указанный технический результат достигается заявляемым электроприводом стрелочным, характеризующимся тем, что состоит из чугунного корпуса и сварной стальной крышки, электродвигателя, редуктора со встроенной фрикционной муфтой и открытой зубчатой передачей, блока главного вала, автопереключателя кулачкового типа с контактной группой ножевого типа, соединительной муфты, рабочего шибера с запирающим кулачковым механизмом, контрольных линеек, контактов безопасности, обогревательного элемента, панели освещения, кабельного жгута, при этом электродвигатель выполнен с двухсторонним выходом вала из корпуса, на одном конце выполнен квадрат, для подключения ручного привода, на другом конце вала крепится на шпонке муфта, для соединения с входным валом-шестерней редуктора, крышка корпуса имеет по бортам уплотнение из резины и антиконденсатное покрытие на внутренней поверхности, внутри корпуса редуктора смонтирована двухступенчатая цилиндрическая передача, состоящая из трех валов-шестерней и двух зубчатых колес, внутри ступицы колеса второй ступени смонтирована фрикционная муфта, состоящая из неподвижных стальных дисков и подвижных фрикционных дисков, установленных на втулке, соединенной шпонкой с выходным валом редуктора, фрикционные диски выполнены сборными и состоят из диска - поводка и фрикционных вставок, закрепленных в диске - поводке, и прижимного устройства, расположенного вне корпуса редуктора, состоящего из упругих элементов, установленных на нажимной втулке, соединенной шпонкой с выходным валом, стопорного винта и прижимной гайки, фрикционные вставки изготовлены с полем допуска H14, ответные отверстия в диске-поводке с полем допуска h12,закреплены в отверстии диска путем обжима (осадки) с прикладыванием усилие сжатия ко всем вставкам одновременно, причем усилие выпрессовки вставки из отверстия диска-поводка составляет не менее 1500 Н, автопереключатель имеет подвижный переключающий ножевой рычаг, на котором закреплена колодка с врубными ножами, обладающих повышенной стойкостью к электрической эрозии, и переключающего ролика из износостойкого самосмазывающегося материала на основе железа, валы-шестерни редуктора установлены в подшипники качения, шиберная шестерня блока главного вала выполнена как одно целое с главным валом, имеет два запорных зуба и пять рабочих, зубья шиберной шестерни входят в зацепление с зубьями шибера, который имеет два запорных зуба и четыре рабочих, зубчатые шестерни редуктора установлены в подшипники скольжения, установлены в подшипники скольжения, состоящие из стального кольца и втулки из износостойкого самосмазывающегося материала на основе железа, крышка корпуса имеет механизм защиты от несанкционированного вскрытия, состоящего из основного замка крючкового типа, и кодового замка повышенной надежности, в конструкцию, которого введена автоматическая блокировка от запирания крышки электропривода, в корпусе электропривода, в местах выхода шибера и контрольных линеек установлены направляющие скольжения из износостойкого самосмазывающегося материала на основе железа, внутренняя поверхность крышки корпуса покрыта антиконденсатным термозащитным материалом, крышка корпуса имеет вентиляционное отверстие, вставки дисков муфты редуктора, выполненные из износостойкого самосмазывающегося фрикционного материала, содержащего, мас. %:
окись кремния
2,7-5,0
графит
3,0-5,0
медь
14,5-30,5
барит
3,0-3,2
олово
0,1-5,2
железо
остальное,
3
пропитаны маслом, имеют открытую пористость 15-20%, твердость по Бринеллю НВ (230-800) МПа, плотность (4,14-5,85)г/см, относительную осадку не менее 12%, и масловпитываемость 1-4%,
втулка зубчатого колеса редуктора, ролики ножевых и переключающихся рычагов блока главного вала, а также направляющие шибера и контрольных линеек, выполненные из износостойкого композиционного антифрикционного материала, содержащего, мас. %:
графит
0,7-0,8
никель
0,9-1,1
медь
2,3-2,5
молибден
1,0-1,1
сера
0,6-0,7
железо
остальное,
пропитаны маслом, имеют объемную пористость не более 20%, твердость по Бринеллю НВ не менее 900 МПа, предел прочности на сжатие не менее 470 МПа,
ножи автопереключателя выполнены из композиционного материала повышенной дугостойкости, содержащего, мас. %:
медь
40-52
углерод
1,5-1,7
фосфор
0,8-1,5
карбид вольфрама (92-95%) + кобальт (5-8%)
остальное,
3
имеют плотность 9,2-9,9 г/см, удельное электрическое сопротивление не более 21,4 мкОм⋅см, твердость не менее НВ 1000 МПа,
композиционные износостойкие самосмазывающийся фрикционный материал и износостойкий композиционный антифрикционный материал пропитаны маслом с температурой замерзания не выше минус 70°С.
Авторами был проведен анализ всех причин выхода из строя стрелочного электропривода СП-6 различных модификаций, наиболее распространенных на ОАО РЖД. Такой анализ был проведен по данным ОАО РЖД за несколько лет эксплуатации стрелочных электроприводов, были определены наиболее изнашиваемые детали электропривода, причины износа, намечены пути повышения стойкости контактных поверхностей. Проведенный анализ позволил определить основные направления работы по повышению надежности в работе стрелочного электропривода. Повышение антифрикционных свойств композиционного материала для изготовления подшипников скольжения; повышение фрикционных свойств композиционного материала и физико-механических свойств материала для изготовления контактных элементов фрикционной муфты и сохранение данных свойств в условиях работы требующего периодического процесса торможения, смену направлений движения при торможении, длительный период нахождения контактных поверхностей в неподвижном состоянии при температурах от минус 50°С до плюс 100°С, сохранения постоянным высокого коэффициента трения. Повышение сопротивления композиционного материала к электроэрозионному (дугостойкости) и механическому изнашиванию при изготовлении ножей автопереключателя, работающих в режиме периодического включения и выключения. В дальнейшем для каждой детали был определен оптимальный материал, физико-механические свойства, конструкция деталей с оптимальным полем допуска на размеры при изготовлении.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 дана общая компоновка электропривода стрелочного, вид сверху при снятой крышке и его кинематическая схема, на фиг. 2 дана кинематическая схема редуктора, на фиг. 3 показан редуктор со встроенной фрикционной муфтой и прижимным устройством (в разрезе), на фиг. 4 показан ремонтный комплект фрикционной муфты, на фиг. 5, 6, 7 показан блок главного вала и автопереключатель общий вид, и вид сверху, на фиг. 8 показан рычаг ножевой.
Стрелочный электропривод состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, редуктора 3 со встроенной фрикционной муфтой, открытой зубчатой передачи 4, блока главного вала и автопереключателя 5, муфты 6, рабочего шибера 7, контрольных линеек 8, соединеных между собой удлиненной планкой 9, контактов безопасности 10, обогревательного элемента 11 и панели освещения 12 с расположеными на ней проволочным резистором и штепсельной розетка для подключения переносной лампы. Все узлы смонтированы в корпусе 1, закрываемом сварной стальной крышкой (на фиг. 1 не показана), имеющей по бортам уплотнение из резины и антиконденсатное покрытие на внутренней поверхности.
Вал электродвигателя 2 имеет один конец в виде квадрата 2.1 для присоединения курбеля, с целью перевода привода вручную, на другом конце вала, на шпонке, закреплена специальная муфта 6, которая одновременно соединяется с вал-шестерней 3.1 редуктора 3. Вал-шестерня 3.1 и зубчатое колесо 3.2, находятся в зацеплении через промежуточную пару (вал-шестерня 3.3 и зубчатое колесо 3.4). Зубчатое колесо 3.2 со смонтированной внутри фрикционной муфтой 13, находится на вал-шестерне 3.5 с установленным на нем прижимным устройством 14. Зубчатое колесо 3.2 находится в зацеплении с зубчатым колесом 15, свободно сидящим на главном валу 4.
Редуктор 3 со встроенным фрикционом представляет собой отдельный узел (Фиг. 3), монтируемый в корпусе 1 электропривода. Редуктор состоит из чугунного корпуса 16 с крышкой 17, внутри которого находится стальные вал-шестерни 3.3, 3.1, 3.5, зубчатые колеса 3.2, 3.4 цилиндрического зацепления, а также фрикционной муфты 13, смонтированной внутри зубчатого колеса 3.2. Фрикционная муфта состоит из подвижных фрикционных дисков 13.1 и неподвижных стальных дисков 13.2 и шайбы прижимной 13.3. Подвижные диски 13.1 соединены с зубчатым колесом 3.2, а неподвижные диски 13.1 расположены на втулке 13.4, которая соединена шпонкой 3.2.1 с вал-шестерней 3.2. Сжимаются диски прижимным устройством, расположенного вне корпуса 16 редуктора 3, двумя тарельчатыми пружинами 14.1 при помощи регулировочной гайки 14.2. и шайбы 14.3. Усилие фрикционного сцепления регулируется в пределах от 1000 до 6000 Н. Передача вращения от электродвигателя 2 на редуктор 3 происходит через муфту 6, состоящую из втулки кулачковой 6.1 (ответная часть кулачковой муфты), соединенной шпонкой с осью электродвигателя 2, вкладыша 6.2 и шайбы кулачковой 6.3, установленной на квадрате вал-шестерни 3.1 редуктора 3. Валы-шестерни 3.3, 3.1, 3.5 редуктора 3 установлены в подшипники качения 18.
Блок главного вала и автопереключателя 5 состоит из основания 19, на котором установлены по две контактных колодки 20 и 21, имеющие по три пары контактных пружин на каждой. Между колодками на осях 22 в основании помещаются свободно проворачиваемые усовершенствованные стальные ножевые контрольные рычаги с зубьями 23 и 24. На этих рычагах укреплены колодки 25 с тремя композиционными контактными ножами каждая, из них два узких и один широкий ножи.
Под действием двух пружин растяжения 26, закрепленных параллельно на переключающих рычагах 27 и 28, ножевой контрольный рычаг с зубом своими контактными ножами врубается в контактные пружины контактных колодок 20 и 21.
В этом положении ролик 29 переключающего рычага 27 западает в вырез диска главного вала 5.1, а ролик 29 переключающего рычага 28 находится на поверхности диска 5.1 главного вала. 30 - защитные кожухи блока главного вала и автопереключателя 5, 31 - резисторы обогрева.
Рычаг ножевой (правый, левый) состоит из стального рычага 23, 24 с зубьями, ролика 32, оси 33, прокладки и колодки с ножами 25, соединенными между собой с помощью двух болтов.
Совокупность признаков конструкции фрикционных дисков муфты, фрикционных вкладышей подшипников скольжения и эксплуатационные свойства композиционных материалов для подвижных дисков, ножей и роликов автопереключателя позволили повысить надежность в работе стрелочного электропривода. Долговечность и надежность работы отдельных узлов привода, позволили снизить затраты на их изготовление, обслуживание и ремонт.