Приводы тяговых электрических аппаратов

Приводы тяговых электрических аппаратов

Пневматические приводы

Любой электрический аппарат состоит из неподвижной и подвижной частей, которые шарнирно соединены между собой. Перемещение подвижных частей осуществляется под действием привода. Приводы подразделяют на непосредственные или косвенные, индивидуальные или групповые. В непосредственном приводе машинист прикладывает силу к подвижной части аппарата с помощью рукоятки или педали.
Непосредственный (ручной) привод имеет кнопки, разъединители, рубильники и другие аппараты, рассчитанные на малые токи и напряжения или переключаемые без тока. Подобный привод имеют также контроллеры машиниста, используемые на электроподвижном составе (ЭПС) с косвенной системой управления. Силовые контроллеры, рассчитанные на относительно большие токи и напряжения, как правило, выполняют с косвенным приводом. Такой же привод имеют индивидуальные контакторы и реле.
На ЭПС наиболее распространены следующие виды косвенного привода: электромагнитный, электропневматический, электродвигательный. В индивидуальном приводе одним усилием перемещаются подвижные части одного аппарата, в групповом – подвижные части нескольких аппаратов одновременно или в определенной последовательности. Косвенные индивидуальные приводы выполняют преимущественно электромагнитными или электропневматическими, а групповые — электропневматическими или электродвигательными.
Общим для всех типов приводов является их питание напряжением от аккумуляторной батареи ЭПС и закрепление привода на деталях электрического аппарата.

Электропневматические приводы применяют очень широко, что вызвано их благоприятными характеристиками: произвольной величиной хода, отсутствием ударов и вибраций при включении. В сравнении с электромагнитными приводами они имеют лучшие массогабаритные показатели при заметно меньшем расходе цветных металлов, для этих приводов необходимы меньшие токи в цепях управления, что позволяет уменьшить площадь сечения поездных проводов и проводов цепей управления. Важно также, что на ПС имеется сжатый воздух для тормозоз, т. е. его можно использовать для электроаппаратов.
По ГОСТ 9219—88 для электропневматических тяговых аппаратов установлено номинальное давление сжатого воздуха Pном = 500 кПа (5 кгс/см²) с допустимыми отклонениями (0,7… 1,35) Pном. Без повреждений пневматический привод аппарата должен выдерживать давление1,5 Pном.
Электропневматический привод применяют как для индивидуальных, так и групповых коммутационных аппаратов. В состав каждого электропневматического привода входят исполнительное пневматическое устройство и управляющие им электропневматические вентили, впускающие воздух в исполнительное устройство и выпускающие его по сигналам цепей управления.
По количеству фиксированных позиций приводы можно разделить на одно-, двух-, трех- и четырехпозиционные.
Однопозиционные пневматические приводы большинства аппаратов содержат в качестве исполнительной части поршневое устройство упрощенной конструкции (рис. 1.а). В нем цилиндр 8 имеет крышку 1, прикрепленную к фланцу цилиндра болтами через прокладку. Поршень 6 насажен на шток 9. Гайка 2 через пружинную шайбу, шайбу 3, тарельчатую разрезную пружину 4 из фосфористой бронзы закрепляет манжету 5 и поршень 6 на конце штока 9. Кроме нажатия пружины 7, уплотнение поршня 6 создается также давлением сжатого воздуха на кромку манжеты 5.

     Поршневые приводы неустойчиво работают в условиях сильных морозов, когда уплотнения теряют упругость и пропускают сжатый воздух, а в местах переходов сечений образуются ледяные пробки. Более совершенная конструкция предусматривает применение специальных профильных резиновых манжет 10 (рис. 1.б) и войлочных колец 11 для уплотнения и направления поршня в цилиндре. В дальнейшем совершенствование узла привело к созданию беспоршневых приводов с относительно малым ходом перемещения (до 50 мм) на основе диафрагм различных видов, сильфонов, резинокордных оболочек (рис. 2).

     В диафрагменном приводе сжатый воздух под давлением поступает через отверстие 9 в полость, заключенную между крышкой 7 и диафрагмой 6, выполненной из резины или резинотканного материала. Диафрагма прижата крышкой 7 к корпусу 4. Оно прогибается, воздействуя на диск 8 и шток 2. Шток, перемещаясь, сжимает возвращающие пружины 5, воздействует на подвижную часть аппарата.
Диафрагменные приводы просты в изготовлении, не имеют трущихся частей и требуют меньшего ухода в эксплуатации. Однако габариты данного привода больше поршневого, поскольку перемещение диафрагмы ограничено ее упругостью. Преимуществом пневматических приводов является возможность гашения кинетической энергии при срабатывании аппарата, что исключает жесткое включение и вибрацию контактов.
Двухпозиционные пневматические приводы, применяемые в аппаратах с групповым приводом, имеют два поршня, связанных между собой штоком или зубчатой рейкой. Такой привод имеет два фиксированных положения (в зависимости от подачи сжатого воздуха в ту или иную полость цилиндра). Большинство приводов такого исполнения имеет конструктивно однотипные детали, отличающиеся лишь размерами.
Так, приводы реверсоров, тормозных и групповых переключателей электровозов ВЛ10, ВЛ 11 (рис. 3) унифицированы и имеют цилиндр 2 с двумя поршнями 3, соединенными зубчатой рейкой 5. Торцы цилиндра закрыты крышками 1 (рис. 4). Ход поршневой системы и фиксация позиций обеспечиваются упором 4 и давлением воздуха, прижимающим поршень 3 к упору (см. рис. 3).

     Кинетическая энергия гасится силами трения в приводе и торможения сжатым воздухом, выпускаемым через узкие проходные отверстия. Управление приводом осуществляется вентилями, пневматически соединенными с полостями цилиндра 2 и обеспечивающими подачу воздуха через крышки 1.
У реверсора 18МР электровоза ЧС2 пневматический привод (рис. 5,а,6) состоит из чугунного цилиндра 2, закрытого с обеих сторон крышками 5. Внутри цилиндра помещены два поршня 1 с резиновыми уплотнениями 9. Поршни связаны между собой зубчатой рейкой 3, сцепленной с зубчатым сектором 8, укрепленным на конце вала 7 барабана реверсора (рис. 5,а).

     Чтобы уплотнить рабочие камеры привода, между цилиндром и крышками проложены прокладки 4 из бумаги, пропитанной парафином. Для смягчения ударов поршня о внутренние поперечные стенки цилиндра служат кожаные шайбы 6. Трубки, подводящие сжатый воздух в цилиндры, ввертывают в отверстия крышек. При впуске сжатого воздуха в одну из рабочих камер цилиндра поршень 2 вместе с рейкой 5 перемещается и поворачивает сектор 8, а с ним и барабан реверсора из одного крайнего положения в другое. В дальнейшем зубчатая рейка и сектор были заменены на шток с валиком и вилкой, закрепленной на верхнем и нижнем валах реверсора (рис. 5,6).
Хотелось бы отметить, что на электровозах серии ЭП1М применяется двухпозиционный пневматический привод, в конструкции которого всего один вентиль. Одно из фиксированных положений обеспечивает пружина, постоянно воздействующая на систему привода.
Трехпозиционный привод, применяемый в групповом переключателе ПКГ-013 (рис. 6) для перехода с одного соединения на другое, имеет свою особенность — разный диаметр поршней и три камеры с вентилями различного типа. Так, на С-соединении все вентили обесточены, и сжатый воздух поступает в камеру А, перемещая поршневую систему в крайнее правое фиксированное положение. При переходе на СП-соединение получает питание вентиль ВВ2, подавая сжатый воздух в камеру В.

     За счет большего диаметра правого поршня вся система перемещается влево в среднее положение до упора поршня в прилив цилиндра привода. На П-соединении под напряжением находятся все вентили, воздух поступает в камеры Б и В. Привод занимает крайнее левое положение. Вентили привода обеспечивают автоматический переход на исходную позицию (С-соединение) после потери питания в цепях управления. Это исключает броски тока при восстановлении напряжения и фиксации привода в других положениях. В двух крайних положениях привод фиксируется концевыми упорами, а в среднем штоком поршня большего диаметра.

Примером конструкции привода, имеющего четыре фиксированных положения, является привод переключателей электровозов серии ЧС (рис. 7). Кулачковый вал главного переключателя поворачивается с позиции на позицию пневматическим приводом 15NP. Он состоит из литой чугунной верхней коробки 15, к которой прикреплены четыре (два парных) цилиндра 6 диаметром 72 мм, чугунный картер 1 для масла (рис. 8). Двойные цилиндры расположены под углом 90° друг к другу. В боковые стенки корпуса запрессованы шариковые подшипники 21 и 24, в которых вращается коленчатый вал 2.

В цилиндрах 6 находятся четыре поршня 11 снабженные резиновыми уплотняющими кольцами 12. Поршни связаны с коленчатым валом при помощи поршневых пальцев 13 и шатунов 4, в которые впрессованы втулки 10, охватывающие шейки коленчатого вала и пальцы. Поршни имеют ход 100 мм. Масло для смазки трущихся частей привода наливают до уровня, ограниченного отверстием, которое закрывает пробка 23. Отработавшее масло выпускается из картера через нижнее отверстие, закрытое коротким болтом 22.
Чтобы предотвратить утечки масла, все болты и пробки снабжены латунными прокладками. В местах выхода коленчатого вала 2 из корпуса с наружной стороны подшипников в крышках установлены уплотняющие кольца типа «Гуферо». Для поддержания атмосферного давления внутри корпуса в него ввернута пробка 27 с отверстием для прохода воздуха. Коленчатый вал 2 пневматического привода через шестерню 18 и редуктор соединен с кулачковым валом переключателя.
Впуск и выпуск сжатого воздуха в цилиндры осуществляют электромагнитные вентили через воздухораспределители и каналы крышек цилиндров, обеспечивая четыре фиксированных положения:

• на нулевой позиции переключателя ни один из вентилей 047 и 048 не включен, полости цилиндров 2 и 3 сообщаются с атмосферой. В цилиндры 1 и 4 подается сжатый воздух, и привод занимает положение I (рис. 9);
• для перевода привода в фиксированное положение II подается питание на вентиль 047. Сжатый воздух поступает в полость 2. Полость 4 сообщается с атмосферой, что приводит к повороту коленчатого вала на 900;
• в положении III питание подается сразу на оба вентиля 047 и 048. При этом полость цилиндра 1 сообщается с атмосферой, а в цилиндр 3 поступает сжатый воздух;
• после обесточивания вентиля 047 полость цилиндра 2 сообщается с атмосферой, в цилиндр 4 подается сжатый воздух. При этом привод занимает положение IV.

При снятии напряжения с обоих вентилей привод занимает положение 1.
В дальнейшем процесс поочередной подачи и снятия напряжения на вентили повторяется, что приводит к вращению коленчатого вала привода. Переход на каждую фиксированную позицию приводит к повороту вала на 90°. Меняя порядок подачи питания на вентили, можно получить реверсивное вращение зала, что является достоинством конструкции данного типа привода.

Информация взята с журнала «Локомотив»