Распорядительные аппараты управления

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Глава 7 АППАРАТЫ ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

Аппараты цепей управления. По назначению эти аппараты подразделяют на распорядительные и аппараты связывания. Распорядительные аппараты служат для непосредственного воздействия оператора-машиниста на систему управления э. п. с. Например, к ним относится контроллер машиниста (управления), кнопочные выключатели и др. Они формируют распорядительные сигналы (команды) и направляют их к исполнительным аппаратам и устройствам. Аппараты (и устройства) связывания формируют из отдельных элементов оборудования в единую управляемую систему с помощью прямых (распорядительных) и обратных (информативных и контрольных) связей. К аппаратам связывания относят блокировки, обеспечивающие необходимую последовательность срабатывания отдельных аппаратов, все аппараты и устройства поездных цепей управления, обеспечивающие работу э. п. с. по системе нескольких единиц, и др.

Чем выше уровень автоматизации управления, тем обычно проще распорядительные аппараты, но сложнее аппараты связывания. Машинист прежде всего должен воспринимать комплекс информации, необходимой для управления. Это результаты непосредственных наблюдений за сигналами, состоянием пути и контактной сети, состоянием поезда, работой его оборудования и т. д. Для выбора порядка (алгоритма) управления все данные наблюдений оценивают исходя из условий безопасности движения и выполнения графика (расписания). Только после этого приводятся в действие распорядительные аппараты управления.

Вспомогательные цепи. В эти цепи входят вспомогательные источники питания, устройства электрического отопления, освещения, сигнализации и необходимой для них аппаратуры управления. Значительная часть этого оборудования имеет универсальное назначение и применяется на подвижном составе (с повышенными коэффициентами запаса).

Контроллер машиниста — аппарат комплексного управления движением э. п. с. Обычно он предназначен для управления аппаратами силовых цепей в режимах пуска, движения и электрического торможения. Конструкция контроллера, его расположение на посту управления, приведение в действие, при поездной работе должны отвечать основным требованиям эргономики. В процессе управления использование контроллера не должно утомлять машиниста, мешать обзору пути и измерительных приборов, а также как можно меньше должно отвлекать машиниста от восприятия всего того, что сопровождает движение поезда. По возможности аппарат должен предотвращать ошибочные действия машиниста.

В большой степени конструкция контроллеров зависит от типа приводов, особенностей управляемых ими аппаратов силовых цепей, а также от системы управления. Сложность его конструкции, прежде всего определяется необходимым числом органов управления (рукояток, штурвалов и пр.), их распределением между органами управления и необходимостью обеспечения функциональной связи между ними.

При неавтоматическом управлении и преимущественном применении индивидуальных контакторов в силовых цепях число позиций контроллера определяется числом ступеней пускового и тормозного регулирования, включая также ступени регулирования возбуждения, изменения направления движения:

,

где — соответственно число ступеней реверсирования, маневровых, пусковых, переходных, ослабления возбуждения, торможения.

Если электрическое торможение отсутствует, то может уменьшиться на 10—20. При таком числе позиций иметь один орган управления (рукоятку) нецелесообразно ни по конструкции, ни с точки зрения эргономики. Поэтому в контроллере предусматривают несколько рукояток для управления различными процессами.

В качестве примера рассмотрим контроллер машиниста КМЭ-8 электровозов постоянного тока (рис. 7.1). Он имеет три рукоятки управления: реверсивно-селективную 5, главную 4 и тормозную 3. Первая из них служит для реверсирования и выбора соединения двигателей при электрическом торможении. Главная рукоятка предназначена для переключений позиций в процессе пуска и частично торможения (включение резисторов в начале торможения). Тормозной рукояткой, регулируют возбуждения двигателей в тяговом и тормозном режимах. Реверсивная рукоятка съемная и служит одновременно ключом, запирающим недействующий контроллер. Установить или снять ее можно лишь в нулевом положении.

Позиции фиксируются стальными секторами 1 и 2, имеющими впадины, соответствующие позициям. Перемещение рукоятки с позиции на позицию возможно только, если отжата защелка 6 на рукоятке (рис. 7.1, б). Кроме того, на рукоятке 4 имеется кнопка 7 с пружиной, отпирающая дополнительную защелку под сектором 2 на ходовых (безреостатных) позициях.

Для предотвращения ошибочных действий машиниста с помощью механических блокировок устанавливают следующие связи между рукоятками. Главная рукоятка может перемещаться до любой позиции только при установке рукоятки 5 в положение М — тяговый режим.

Рис. 7.1 Контролер машиниста КМЭ – 8 (а) и его механизм фиксации позиций (б)

Рукоятку 3 можно перемещать в позиции ослабления возбуждения, только если рукоятка 4 находится на одной из трех ходовых позиций. Рукоятку 3 можно установить в позицию 02 (сборка цепей торможения) тогда, когда рукоятка 5 установлена в одну из позиции — П, СП, С. После этого рукоятку 4 можно передвинуть в 1-ю позицию (включение тормозной системы), а затем рукоятку 3 переводить до последней (15-й) позиции. Поворот рукоятки 3 в обратном направлении возможен до 1-й позиции; после перевода в нулевую позицию рукоятки 4 в нулевую позицию можно перевести и рукоятку 3. Реверсивную рукоятку 5 нельзя перевести в какое-то другое положение, пока рукоятки 4 и 3 находятся в рабочих, а не в нулевых положениях. Для выполнения этих условий необходимы сложные механические блокировки. Контроллер имеет два кулачковых вала, фасонные шайбы которых воздействуют на низковольтные, контакторные элементы без дугогашения.

При исполнительных аппаратах с групповым приводом, даже если не предусмотрено автоматическое управление, число позиций контроллера управления значительно снижается:

,

где – число позиций управления приводом главного контроллера; - число позиций регулировки режимов (темпов переключений).

В качестве примера рассмотрим контроллер машиниста КМЭ-55 (рис. 7.2) электровозов переменного тока. Он состоит из главного переключателя 1 с рукояткой 4 и реверсивного переключателя 3 со съемной рукояткой 2. Кулачковые валы обоих переключателей имеют по четыре кулачковых шайбы 5. Главный переключатель приводит в действие восемь контакторных элементов 6, а реверсивный — шесть.

Рис. 7.2. Контролер машиниста КМЭ – 55 (а), развертки главного (б) и реверсивного (в) валов

Главный переключатель имеет следующие позиции: БВ — быстрое выключение; АВ — автоматическое выключение; РВ — ручное выключение; ФВ — фиксация выключения; ФП — фиксация включения; РП — ручное включение; АП — автоматическое включение. Позиции реверсивного переключателя следующие: 0 — нулевая; Назад — движение назад; Вперед ПП — полное возбуждение движения вперед; Вперед 0П1, 0П2, 0ПЗ — соответственно 1-, 2- и 3-я позиции ослабления возбуждения, движение вперед.

На рис. 7.3 представлен контакторный элемент, широко применяемый в отечественных контроллерах управления э. п. с.

Управление электропоездами практически невозможно без автоматизации процессов пуска и торможения; в их контроллерах машиниста предусматривают блокировки безопасности. Число для этих контроллеров значительно ниже, чем для контроллеров машиниста электровозов.

Примером может служить контроллер 1 КУ 019 электропоездов ЭР2Р (рис. 7.4). Несмотря на наличие электрического торможения, контроллер имеет всего две рукоятки: съемную реверсивную и главную, управляющую, как режимом тяги, так и торможения. Между реверсивным и главным валами предусмотрена механическая блокировка (рис. 7.5). Когда реверсивный 2 и главный 3 кулачковые валы находятся в нулевом положении, ролик фиксатора 5 входит в среднюю впадину храповика 6, жестко закрепленного на валу 2, а ролик на конце фиксатора 1 западает в среднюю впадину фасонной шайбы 4, закрепленной на валу 3. Главный вал запирается в нулевом положении.

При постановке реверсивной рукоятки в одно из ходовых положений храповик 6 поворачивается так, что

Рис. 7.3. Контакторный элемент контроллеров машиниста:

1 - пружина; 2 - изолятор; 3 - болт; 4 - подвижной контакт; 5 - рычаг: 6 - ролик: 7 - ось; 8 - опорная шайба; 9 - тяга

Рис. 7.4. Контроллер машиниста 1КУ.019 (а) и положения его рукояток (б):

1 - кронштейн и рейки реверсивного переключателя: 2 - контакторные элементы; 3 —замок кожуха; 4 — механизм связывания; 5 - ограничитель хода реверсивной рукоятки; 6 - реверсивная рукоятка: 7 - реверсивный вал; 8 — главный вал; 9 - главная рукоятка: 10 - крышка; 11 - контактные кольца блокировки; 12 - контактные пальцы; 13 - кулачковые шайбы; 14 - кожух; 15 - подпятник главного вала

ролик фиксатора 5, выйдя из среднего углубления, под действием пружины 7 войдет в его более глубокую впадину, освободив главный вал. Из этого положения вал 2 может освободиться лишь тогда, когда главный вал установится в нулевое положение и конец фиксатора 5 сможет войти в углубление под шайбой 4.

Контроллер имеет блокировку безопасности, расположенную в главной пластмассовой рукоятке. Состояние машиниста контролируется тем, что он нажимает на кнопку, размещенную в поворотной головке ручки. Если при движении поезда кнопка отпущена, то пружиной выключается микропереключатель в цепи блокировки безопасности, в результате чего приводится в действие автостоп, выключающий линейные контакторы. Такие конструктивные элементы, как кулачковые шайбы, валы, другие элементы контроллеров машиниста, подобны соответствующим элементам групповых аппаратов силовых цепей.

Если необходимое число позиций управления велико (более 35—40), выполнить групповой контроллер силовых цепей не удается из-за малости угла. При этом в силовых цепях применяют индивидуальные контакторы, но управляемые не непосредственно контроллером машиниста, а через промежуточный групповой контроллер цепей управления.

Рис..7.5. Механическая блокировка валов контроллера 1КУ.019

Такой промежуточный контроллер электровоза ЧС7 (рис. 7.6) приводит в действие четырехцилиндровый пневматический двигатель 6, управляемый вентилями 13 (см. рис. 4.34). Муфтой 7 (см. рис. 7.6) он соединен с редуктором 8, от которого через коническую зубчатую передачу приводится во вращение главный кулачковый вал 3, расположенный вертикально, а через промежуточный редуктор 9 — вспомогательный кулачковый вал 10 переключателя управления двигателем 6.

Кулачковые шайбы 11 главного вала имеют сложный профиль; их диаметр 360 мм, что при 56 позициях соответствует углу между ними примерно 6°30' и расстоянию по окружности шайбы — около 20 мм. Шайбы 12 сравнительно простого профиля имеют диаметр 240 мм, расстояние между смежными позициями по окружности шайбы примерно 12 мм. Это требует высокой точности изготовления всего комплекта кулачкового вала и контроллера в целом.

Рис. 7.6. Промежуточный контроллер типа KND4 (a) и его переключающий элемент SKADI (б)

Переключающие элементы 4 установлены на стойках 5. Весь переключатель собран на жестком каркасе 2 и заключен в герметизированный шкаф 1. Для проверки и регулировки аппарата предусмотрен ручной привод, закрытый кожухом.

Переключающий элемент (рис. 7.6,б) состоит из пластмассового корпуса 13, в котором на оси 14 шарнирно закреплен пластмассовый рычаг 15. Пружина 16 отжимает его до упора в выступ корпуса, перемещая в крайнее положение ролик 17. В корпусе винтами 18 закреплены неподвижные контакты 23 с серебряными наделками. Винты одновременно служат для подключения выводных проводов. Элемент закрыт прозрачным колпачком 21, закрепленным штифтом 19. Подвижной мостиковый контакт 22 установлен в проушине рычага 15. Притирание контакта обеспечивает пружина 20. При замкнутых контактах зазор между кулачковой шайбой и роликом должен быть 1-1,5 мм. Ход ролика 17 при размыкании контакта кулачковой шайбой равен 4 мм.

Контроллер машиниста в рассмотренной системе мало отличается от контроллеров управления систем с групповым приводом главного контроллера. Органов управления всего два: реверсивная рукоятка и штурвал главного кулачкового вала, а число позиций (без электрического торможения).

Для управления цепями, не связанными непосредственно с процессами движения э.п.с, применяют обычно кнопочные выключатели с импульсным переключением (иногда микровыключатели), которые объединяют в блоки.