Модернизация подвижной состав ГУП Петербургский метрополитен
Модернизированные ящики ЯР-13КШ, ЯР-27КШ и сервопривод реостатного контроллера вагонов метрополитена моделей 81-717, 81-714 и их модификаций.
1. Введение
На вагонах метро моделей 81-717, 81-714 и их модификаций, имеющих привод и управление двигателями постоянного тока на основе контакторно-релейных электрических узлов, в схеме управления применяется система, выполненная с применением электромагнитных аппаратов контроля пусковых и тормозных токов, определяющие характеристику динамики разгона и торможения вагона, а также электромеханического устройства реостатного контроллера, выполняющего функцию одного из основных коммутирующих устройств якорных цепей тяговых электродвигателей.
К электромагнитным аппаратам относятся реле РП и РУТ, расположенные в ящике ЯР-13, а также реле РКТТ и РТ2, расположенные в ящике ЯР-27.
Перечисленные реле имеют следующие назначения:
Реле РП – реле перегрузки. Используется для контроля величины аварийных токов в цепях тяговых электродвигателей (функция РП1-3, РП2-4, РПЛ), контроля тока в цепи обмоток возбуждения тяговых электродвигателей (функция РЗ-3), а также наличия аварийного напряжения в якорной цепи в тормозном режиме (функция РЗ-1).
РУТ – реле ускорения — торможения. Используется для контроля величин пусковых и тормозных токов в цепях тяговых электродвигателей с формированием уставок их ограничения с учетом режима работы силовой схемы вагона и его загрузки.
РТ2 – реле торможения. Осуществляет контроль величины тока тяговых двигателей в режиме электродинамического торможения. При снижении тока в тормозном контуре осуществляет включение вентиля замещения пневматического тормоза.
РКТТ – реле контроля тормозного тока. Осуществляет контроль величины тока тяговых двигателей в режиме электродинамического торможения. При включении коммутирует цепь сигнализации наличия электродинамического торможения. Контакты реле включены в последовательную цепь контроля электродинамического торможения вагонов поезда, которая воздействует на устройства поездной автоматики.
Фактически, указанными реле производится измерение пороговых величин пусковых и тормозных токов, при достижении которых осуществляется воздействие на схему управления вагоном. Основным недостатком указанных реле электромагнитного типа является погрешность срабатывания при достижении пороговых значений токов, вызываемая износом опорных узлов якоря.
К тому же, правильная работа реле РУТ обуславливается ручной механической настройкой, изменение которой приводит к значительным погрешностям измерения токов, и как следствие, к нарушению режимов управления процессом вывода токоограничивающих резисторов цепи тяговых электродвигателей. Для вагонов, оборудованных тяговыми электродвигателями типа ДК-116, превышение граничных уставок пусковых и тормозных токов в большинстве случаев вызывает круговой огонь по коллектору двигателя, особенно в режиме работы в зоне ослабления поля.
Реостатный контроллер предназначен для изменения сопротивления цепи тяговых электродвигателей в процессе пуска, разгона и электродинамического торможения вагона.
Движение вала реостатного контроллера обеспечивается сервоприводом, в состав которого входит электродвигатель постоянного тока, электромагнитные реле СР1, РРТ, расположенные в ящике ЯР-13 и электромагнитное реле РР, расположенное в ящике ЯР-27. Усилие от двигателя на кулачковый вал передается через двухступенчатый редуктор. Задача сервопривода – обеспечение вращения и точной остановки вала реостатного контроллера в необходимых позициях под воздействием схемы управления.
Основными недостатками работы сервопривода реостатного контроллера являются использование в кинематической схеме привода большого количества передающих вращение элементов (червячный редуктор, соединительная муфта), что приводит к появлению механических люфтов, величина которых в большой степени влияет на точность остановки вала реостатного контроллера в текущей позиции. Это в свою очередь существенно отражается на качестве коммутации токов большой величины, сокращает срок службы контактов силовых цепей реостатного контроллера и, как правило, вызывает появление аварийных токов в цепях тяговых электродвигателей и их перегрузку.
2. Предлагаемый способ решения
Для повышения устойчивости работы схемы управления вагонов, увеличения срока службы узлов, аппаратов и тяговых электродвигателей необходимо обеспечить надежную и точную остановку вала реостатного контроллера в позициях вывода токоограничивающих резисторов цепей тяговых электродвигателей, обеспечив при этом правильное измерение пусковых и тормозных токов, исключающее влияние изменения напряжения бортовой сети.
Эта задача решается путем реализации двух взаимосвязанных схем с заменой узлов сервопривода реостатного контроллера:
- исключение из кинематической цепи привода вала реостатного контроллера червячного редуктора, соединительной муфты (электромагнитного тормоза), кулачковых контакторов управления РКМ, РКП с заменой электродвигателя постоянного тока на высокомоментный шаговый двигатель;
- реализация схемы управления шаговым двигателем с формированием закона движения вала реостатного контроллера;
- реализация схемы измерения и контроля токов в цепях тяговых электродвигателей вагона с применением датчиков тока, последующей цифровой обработкой, формированием пороговых и аварийных уставок и управляющего воздействия на элементы сервопривода реостатного контроллера.
При этом в процессе эксплуатации исключается необходимость проверки и подстройки «электронного РУТ», так как влияние, каких либо факторов, при выполнении данной схемы измерения и управления, отсутствует.
3. Техническая реализация
Техническая реализация описанной выше задачи осуществлена в предлагаемых ящиках ЯР-13КШ и ЯР-27КШ. Эти устройства разработаны для замены штатных ящиков ЯР-13 и ЯР-27, используемых в настоящее время на вагонах метрополитена.
ЯР-13КШ и ЯР-27КШ полностью совместимы с другим оборудованием вагонов и выполнены в тех же конструктивах, что и ящики ЯР-13 и ЯР-27.
Замена ящиков ЯР-13 и ЯР-27 на ящики ЯР-13КШ и ЯР-27КШ не требует изменения существующей электрической схемы вагона.
Незначительным конструктивным изменениям подвергается конструкция реостатного контроллера, связанная с заменой стенки передней опоры вала и установкой шагового двигателя. Работы, связанные с этой заменой, осуществляются непосредственно в помещениях депо и не требуют специальной технической подготовки. Общий вид предлагаемых ящиков ЯР-13КШ, ЯР-27КШ и сервопривода реостатного контроллера представлен на Рис. 1-8.
Модернизированный ящик ЯР-13КШ
Модернизированный ящик ЯР-27КШ
4. Технические возможности
Для удобства обслуживания вагонов с установленными ящиками ЯР-13КШ и ЯР- 27КШ предусмотрен блок индикации Рис.9 и сервисная программа верхнего уровня, позволяющая получить необходимую информация о функционировании схемы управления в целом.
4.1 Блок индикации
Блок индикации расположен на панели первой стороны ящика ЯР-13КШ и предназначен для визуального отображения аварийных сигналов перегрузок. Все причины срабатывания реле перегрузки РП фиксируются в оперативной памяти контроллера электроавтоматики и индицируются блоком индикации. Выключение аварийных сигналов происходит только по команде машиниста «Возврат РП». Состояние аварийных сигналов не меняется даже после снятия питающего напряжения с ящика ЯР-13КШ. Таким образом, обслуживающий персонал имеет возможность оперативно получить первую минимальную информацию о причинах срабатывания реле перегрузки.
4.2 Сервисная программа
Программа верхнего уровня устанавливается на персональную ЭВМ (ноутбук). Она выполнена в простом информационном формате и не требует для своего использования специальной технической подготовки. На панели первой стороны ящика ЯР-13КШ расположен разъем коммуникационного канала связи, посредством которого осуществляется соединение ЭВМ с бортовым контроллером электроавтоматики. Основной экран сервисной программы ящика ЯР-13КШ представлен на Рис.10.
Программа позволяет задавать и изменять уставки срабатывания реле РП и РУТ, оперативно контролировать значения токов цепей тяговых электродвигателей, строить и сохранять графики измерения токов цепей тяговых электродвигателей и напряжения контактной сети, получать информацию о причинах срабатывания РП с привязкой к положению вала реостатного контроллера, о поступлениях команд машиниста «Возврат РП» и «Поиск неисправного вагона» (КСН). Вся информация сопровождается указанием точной даты и времени ее поступления.
Всю информацию можно получать при линейных испытаниях вагона непосредственно в момент его движения.
5. Экономическая эффективность
Оценка внедрения модернизированных ящиков ЯР-13КШ, ЯР-27КШ и сервопривода реостатного контроллера показывает:
- Снижение трудозатрат на регулировку уставок срабатывания РУТ и РП на 100%.
- Снижение трудозатрат на проверку и регулировку кинематических и электрических цепей реостатного контроллера в среднем на 80%.
- Снижение количества срабатывания РП вагона на 70 – 80 % по отношению к существующему количеству. Исключаются случаи повреждения коллекторов тяговых электродвигателей, при этом уменьшается количество замен и ремонтов тяговых двигателей.
- Увеличение ресурса работы тяговых электродвигателей за счет оптимальных режимов работы.
- Исключение толчков и рывков вагонов электропоезда (плавность хода- торможения) за счет абсолютной секвенции всех вагонов состава.
- Увеличение пробега вагонов за счет улучшения динамических характеристик разгона-торможения.
- Значительное упрощение проведения профилактических и регламентных работ электрической части вагонов, сокращение времени поиска неисправностей схемы управления, сокращение количества требуемого технического персонала по обслуживанию вагонов.
- Может быть увеличен межрегламентный срок проверки функционирования и регулировки ящиков ЯР-13КШ и ЯР-27КШ.
- Наличие электронных архивов графиков работы тяговых электродвигателей обеспечит диагностику, прогнозирование технического состояния вагонов и определение оптимальных сроков очередных ремонтов.