Эксплуатационно-технические требования к параметрам реле железнодорожной автоматики
Электромагнитные реле, эксплуатирующиеся в устройствах автоматики, должны удовлетворять большому количеству различных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ), которые часто являются противоречивыми и полностью не могут быть удовлетворены в одной универсальной конструкции.
Все параметры электромагнитных реле можно разделить на три типа [4]: электрические, временные и механические.
К электрическим параметрам электромагнитного реле относятся: напряжение (ток) срабатывания реле; напряжение (ток) отпускания реле; рабочее напряжение (ток) реле; напряжение (ток) перегрузки реле; сопротивление обмотки реле; переходное сопротивление замкнутых контактов; коэффициент запаса; коэффициент возврата (коэффициент безопасности).
К временным параметрам электромагнитного реле относятся: время срабатывания реле; время отпускания реле; время перелета якоря из одного положения в другое.
К механическим параметрам любых электромагнитных реле относятся: высота антимагнитного штифта; ход якоря; межконтактный зазор; контактное давление; неодновременность замыкания или размыкания контактов; совместный ход контактов.
Кроме перечисленных параметров, работу электромагнитного реле характеризуют механическая и тяговая характеристики. Механическая характеристика реле – это зависимость механических усилий, преодолеваемых якорем при его движении, от хода якоря. Тяговая характеристика - это зависимость электромагнитной силы притяжения создаваемой электромагнитом реле, от величины воздушного зазора между якорем и сердечником при постоянной магнитодвижущей силе (м.д.с.) [5].
Все электромагнитные реле по надежности работы делятся на реле первого класса и реле низшего класса надежности. Во всех устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов, применяются реле первого класса надежности типов НМ, НМШ и РЭЛ. На их основе строятся рабочие и контрольные цепи управления светофорами и стрелками, рельсовые цепи, а также логические схемы, непосредственно обеспечивающие безопасность движения поездов. Реле железнодорожной автоматики разрабатываются, изготавливаются и эксплуатируются с учетом специальных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ) по обеспечению надежности, которые разработаны и утверждены Управлением сигнализации, связи и вычислительной техники МПС [6,7].
Согласно ЭТТ электромагнитные реле СЦБ первого класса надежности должны исключать опасные отказы. Для этого они должны удовлетворять следующим основным требованиям.
Фронтовые и общие контакты не должны свариваться при любых условиях эксплуатации. Для фронтовых контактов применяется уголь с металлическим наполнением, а для общих контактов серебро или его сплавы.
2. Якорь должен возвращаться в исходное состояние и замыкать тыловые контакты при снятии напряжения с обмоток или уменьшении его до величины напряжения отпускания под действием силы тяжести.
3. Возможность залипания якоря после выключения питания должна быть исключена. Для этого между якорем и сердечником всегда должен быть остаточный воздушный зазор, который реализуется с помощью антимагнитного бронзового штифта, укрепленного на якоре. У нормальнодействующих реле высота штифта должна быть не менее 0,2 мм, а у медленодействующих реле – не менее 0,15 мм.
4. Все тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот. Данное требование выполняется только в реле первого класса надежности типа РЭЛ.
ЭТТ к реле первого класса надежности включают в себя также требования к электрическим параметрам, к контактам и конструкции реле.
Основные требования к электрическим параметрам электромагнитного реле первого класса надежности: напряжение срабатывания не более 0,8 от номинального; напряжение отпускания не менее 0,08 от номинального; напряжение (ток) срабатывания реле, измеренное при одной полярности, не должно превышать напряжение (ток) срабатывания при другой полярности более чем на 20 %; коэффициент возврата для путевых реле должен быть не менее 0,5, огневых реле не менее 0,3, у остальных не менее 0,2; обмотка реле должна длительное время выдерживать напряжения перегрузки, равное двукратному номинальному рабочему напряжению.
Основные требования к контактам реле первого класса надежности: переходное сопротивление фронтовых контактов не более 0,3 Ом, тыловых контактов не более 0,03 Ом; раствор контактов не менее 1,3 мм, а в момент переключения контактов не менее 0,8 мм; 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; контактное давление фронтовых контактов не менее 0,294 Н (30 гр), а тыловых контактов не менее 0,147 Н (15 гр); неодновременность замыкания или размыкания контактов - не более 0,2мм.
ЭТТ к конструкции реле первого класса надежности включает следующее. Реле должно иметь конструкцию, не требующую дополнительного схемного контроля отпускания якоря. Положение контактов должно обеспечиваться механическим соединением их между собой и якорем. Штепсельные разъемы реле должны исключать возможность его ошибочного включения. Корпус реле должен исключать попадание во внутрь влаги, пыли и газов для устранения влияния внешней среды на работу реле. Реле должно устойчиво работать при температуре окружающего воздуха от –40 до +60 0С и относительной влажности до 95%, измеренной при температуре +200С.
Выводы. Постановка цели и задач научно-исследовательской работы
Приведенный выше анализ технологии проверки параметров реле, применяемый в настоящее время в РТУ, а также разрабатываемых методов автоматизации измерения параметров электромагнитных реле железнодорожной автоматики, позволяет сделать следующие выводы.
Существующая технология проверки параметров реле и релейных блоков в РТУ не обеспечивает необходимого качества обслуживания устройств железнодорожной автоматики, морально и технически устарела, а также требует большого количества ручных операций, что приводит к значительным затратам времени на проверку реле и релейных блоков. Помимо этого, используемая технология не позволяет с необходимой точностью измерить такие механические параметры реле как неодновременность замыкания и размыкания контактов, совместный ход контактов, которые влияют на коммутационный ресурс и надежность работы реле.
2. Разработанные устройства и стенды для автоматизации измерения параметров электромагнитных реле железнодорожной автоматики не получили широкого распространения из-за их низкой надежности и сложности в эксплуатации, высокой стоимости и значительных массогабаритных показателей.
3. Существующие методы автоматизации измерения механических параметров электромагнитных реле не позволяют измерять значения механических параметров, а только производить комплексную оценку качества работы реле. Большинство данных методов не учитывают специфику конструкции железнодорожных реле первого класса надежности и поэтому не пригодны для применения в РТУ при измерении параметров реле и релейных блоков. Наиболее перспективным является метод вычисления механических параметров реле по форме тока переходного процесса, для внедрения которого необходимо разработать математическое обеспечение.
Целью диссертационной работы является повышение безопасности релейных систем железнодорожной автоматики, совершенствование технологического процесса их обслуживания и снижение эксплуатационных расходов за счет разработки методов и средств автоматизированного измерения параметров и характеристик нейтральных реле железнодорожной автоматики.
В соответствии с поставленной целью подлежат решению следующие задачи:
- разработка математической модели, описывающей электромеханические процессы, протекающие в электромагнитных реле железнодорожной автоматики с учетом особенностей их конструкции;
- проведение экспериментальных исследований электромеханических процессов в реле первого класса надежности для научного обоснования методов автоматизированного измерения параметров и характеристик нейтральных реле железнодорожной автоматики;
- разработка методов определения положения якоря и вычисления механических параметров нейтральных реле первого класса надежности без снятия кожуха;
- разработка метода автоматизированного определения контактного давления в электромагнитных реле типов НМШ и РЭЛ;
- разработка методов и алгоритмов автоматизированного измерения электрических и временных параметров реле;
- аппаратная и программная реализация методов автоматизированного измерения характеристик и параметров электромагнитных реле железнодорожной автоматики.