Стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов Российский патент 2023 года по МПК G01M13/25 G01M15/02 B61L5/06 

Изобретение относится к области испытания различных устройств, а именно к средствам диагностических стендовых испытаний электроприводов стрелочных переводов.

Известен стенд проверки электроприводов (из документа, найденного 28.10.2022 г. в Интернете по адресу: www.termotron.ru/catalog/oborudovanie-dlya-zheleznykh-dorog-stend.html), предназначенный для снятия временных и электромеханических характеристик стрелочных электроприводов СП-6М, СПГБ-4Б, СП-6К после их ремонта и проведения профилактических работ. Стенд состоит из пульта управления и устройства силовой нагрузки стрелочного электропривода. Стенд содержит подключенные к трехфазной питающей сети трансформатор, соединенный через амперметры с испытываемыми бесконтактными датчиками, выходы которых присоединены к вольтметрам, гидравлическое устройство нагрузки, шкаф управления, содержащий панель управления и индикации, выход которой подключен к счетчику числа переводов, соединен с таймером и счетчиком времени перевода.

Стенд имеет ограниченные функциональные возможности и невысокую точность измерения параметров, так как применены аналоговые приборы, отсутствует возможность раздельной корректировки напряжения фаз при необходимости. Не достигается полнота измерений, так как не реализован контроль подаваемого напряжения на бесконтактные датчики и при испытании электропривода с двигателем переменного тока измеряется ток одной фазы из трех. Устройство не способно поддерживать постоянство усилия на шибере во время его перевода, отсутствует возможность фиксирования изменения тока перевода во времени. При визуальном считывании показаний измерительных приборов, имеющих стрелочную шкалу, вручную производится оформление протокола испытаний.

Известна «Установка для проверки и ремонта стрелочного привода для железнодорожного стрелочного перевода» (патент RU 159010 U1, МПК B61L5/00, опубл. 20.01.2016), содержащая испытательный стенд для механической и электрической проверки эксплуатационной надежности указанного исполнительного привода в соответствии с заданными предписаниями для проведения испытаний. Испытательный стенд выполнен с возможностью размещения и эксплуатации в транспортируемом контейнере больших размеров, приспособленном для перемещения по нему персонала. Испытательный стенд содержит линейный привод для функциональной проверки сил в стрелочном приводе, интегрированные контрольно-измерительные средства для осуществления высоковольтного теста, комплекс сменных крепежных модулей для проверки стрелочных приводов разных типов, защитный кожух для подвергаемого проверке стрелочного перевода. Контейнер содержит кран с поворотной стрелой для погрузки и извлечения стрелочного привода, вычислительно-управляющие средства для автоматизированной реализации предписаний для проведения испытаний, модуль регулировки напряжения для создания рабочего напряжения стрелочного привода, выполнен термоизолированным и содержит климатическую установку. Контейнер имеет испытательную область, в которой расположен испытательный стенд и отделенную от нее ремонтную область для восстановления стрелочного привода.

Установка для проверки и ремонта стрелочного привода адаптирована к разным типам электроприводов, производит испытания механической части электроприводов, однако не производит измерения их электромеханических и временных характеристик.

Известен «Стенд для испытания электроприводов стрелочных переводов» (патент RU 2750306 C1, МПК B61L5/06, G01M 15/02, опубл. 25.06.2021). Стенд содержит панель управления и индикации, подключенную к контроллеру, персональный компьютер, гидравлическое устройство нагрузки, механически соединяемое с испытываемым электроприводом. Контроллер соединен с персональным компьютером, первым и вторым коммутаторами, счетчиком числа переводов, таймером, счетчиком времени перевода и выходом испытываемого электропривода. С выходом трансформатора соединены четвертый вольтметр, первый и второй амперметры, подключенные к бесконтактным датчикам, к выходам которых присоединены первый и второй вольтметры. Первый автотрансформатор через выпрямитель и третий амперметр соединен с входом регистратора, выход которого подключен к третьему вольтметру и первому коммутатору, с выходом которого соединен электропривод. Второй, третий и четвертый автотрансформаторы соединены с измерителем универсальным, далее последовательно с другими входами регистратора, вторым коммутатором и электроприводом. Все измерительные приборы цифровых моделей соединены с персональным компьютером.

В стенде средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока выполнено в виде отдельно расположенного автотрансформатора, средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока выполнено в виде трех отдельно расположенных автотрансформаторов. Средство измерения электрических параметров трехфазного напряжения выполнено в виде измерителя универсального, применены измерительные приборы цифровых моделей, программируемый счетчик числа переводов. Устройство нагрузки выполнено с использованием управляемого регулировочного гидравлического клапана.

Недостатком стенда является отсутствие возможности автоматизированной регулировки автотрансформаторов, кроме того гидравлическое устройство нагрузки достаточно дорогостоящее и не унифицировано, что вызывает затруднения в его эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте. Отсутствует возможность проведения испытаний электроприводов с электродвигателями типа ЭМСУ с частотой вращения до 4000 об/мин, а также возможность управления стендом с помощью сенсорного экрана. Стенд для испытания электроприводов стрелочных переводов, представляющий трехсекционный комплект устройств, является неэргономичным. Еще одним недостатком стенда является отсутствие единой базы данных измеренных параметров испытаний, что затрудняет поиск и сортировку данных и может приводить к увеличению времени поиска необходимых протоколов.

Известные стенды не обеспечивали возможность испытаний электроприводов с новыми двигателями типа ЭМСУ и ремонта нагрузочного устройства на месте эксплуатации. Не предусматривалась автоматизированная регулировка автотрансформаторов. Кроме того, известные стенды часто требовали значительных производственных площадей для их размещения.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является отсутствие возможности проведения  испытаний электроприводов с новыми двигателями типа ЭМСУ, автоматизированной регулировки автотрансформаторов, ремонта нагрузочного устройства на месте установки, унификации программного обеспечения, а также значительные габаритные размеры стенда.

Технический результат заключается в увеличении ассортимента проверяемых электроприводов стрелочных переводов, возможности калибровки нагрузочного устройства и его ремонта на месте установки, автоматизации регулировки автотрансформаторов и улучшения компактности стенда.

Указанный технический результат достигается тем, что стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов, содержит испытательный стол, терминал с панелью управления и индикации и персональным компьютером, встроенный программируемый контроллер, устройство нагрузки, регистратор, программируемый счетчик числа переводов, таймер, счетчик времени перевода, первый, второй, третий и четвертый вольтметры, подключенный к электрической сети переменного тока трансформатор, соединенный через первый и второй амперметры с входами соответственно датчиков бесконтактных левого и правого, входящих в состав электропривода с двигателем постоянного тока, к выходам которых присоединены первый и второй вольтметры, средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока, последовательно соединенное с выпрямителем и третьим амперметром, средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока, соединенное со средством измерения электрических параметров трехфазного напряжения, первый коммутатор, подключенный к испытываемому электроприводу с двигателем постоянного тока и второй коммутатор, присоединенный к испытываемому электроприводу с двигателем переменного тока.

Персональный компьютер, встроенный в терминал, оборудованный панелью управления и индикации, позволяет уменьшить общий размер площади, занимаемой стендом. Комплектность оборудования стенда снижена до двух единиц вместо трех в ближайшем аналоге, что позволило сделать его конструкцию более компактной.

Устройство нагрузки выполнено механическим, например, в виде реечного домкрата или механического тормоза, что по сравнению со специально разработанным для известного стенда гидравлическим устройством нагрузки, позволяет обеспечить возможность его ремонта на месте установки с использованием типовых технологий и инструмента, в том числе путем замены на серийно производимые аналоги.

Наличие калибровочного устройства, соединяемого с устройством нагрузки с целью возможности поверки последнего, создает условия для своевременного выявления необходимости проведения ремонта устройства нагрузки в случае несоответствия контрольных параметров.

Введение в конструкцию стенда механически соединенного с устройством нагрузки измерителя крутящего момента, позволяет осуществлять визуальный контроль противодействующего усилия на шибере электропривода при переводе.

Оснащение стенда регулируемым блоком питания, вход которого соединен с контроллером, а выход с устройством нагрузки, для управления которым он предназначен, достигается возможность расширения диапазона нагрузок, за счёт чего может быть увеличен ассортимент проверяемых электроприводов стрелочных переводов с двигателями типа МСТ, МСП, МСА и нового типа ЭМСУ.

С помощью персонального компьютера посредством контроллера за счет наличия в стенде первого, второго, третьего и четвертого приводов, входы которых соединены с панелью управления и индикации, а выходы соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым автотрансформаторами, осуществляется автоматизированная регулировка этих автотрансформаторов.

Устройство и общий вид стенда для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов представлены на фигурах. На фиг.1 – компоновка оборудования для испытания электроприводов на испытательном столе; на фиг. 2 – компоновка оборудования на испытательном столе для калибровки устройства нагрузки; на фиг. 3 – терминал; на фиг. 4 – общий вид панелей управления и индикации; на фиг. 5 – блок-схема стенда.

Стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов включает испытательный стол 1 (фиг. 1) с размещенными на нем устройством нагрузки 2, испытываемым электроприводом 3 с двигателем постоянного тока или испытываемым электроприводом 4 с двигателем переменного тока.

В штатном режиме работы стенда на специальной полке под столешницей испытательного стола 1 располагается калибровочное устройство 5 (например, в виде устройства с асинхронным двигателем типа АИР90LB8), предназначенное для выставления заданных параметров устройства нагрузки 2. В режиме регулировки усилия на устройстве нагрузки 2 калибровочное устройство 5 должно быть установлено на поверхности испытательного стола 1 (фиг. 2).

Устройство нагрузки 2 может быть выполнено механическим (например, в виде реечного домкрата или механического тормоза) и служит для создания требуемого противодействующего усилия на шибере испытываемого электропривода 3 или 4, механически соединяемого со штоком устройства нагрузки.

Стенд оснащен терминалом 6 (фиг. 3), содержащим встроенные персональный компьютер, программируемый логический контроллер и электрооборудование (на чертеже не показаны). На терминале размещены подключенный к упомянутому персональному компьютеру монитор 7 с сенсорным экраном, а также панель 8 управления и индикации, состоящая из горизонтальной и вертикальной частей. Встроенный персональный компьютер выполнен компактным, например, в виде Aopen DE3450.

На горизонтальной и вертикальной частях панели 8 (фиг. 3, 4) размещены элементы управления и индикации в виде кнопок и ламп, электроизмерительные приборы для контроля электромеханических и временных характеристик электроприводов, таймер, формирующий временные паузы между указанными переводами, а также счетчик, задающий и подсчитывающий количество переводов шибера.

На сенсорном экране монитора 7 продублированы органы управления и индикации, расположенные на панели 8 и используемые для управления процессом испытаний электроприводов стрелочных переводов, такие как пуск/стоп, режим работы, выбор режима перевода, управление шибером, выбор вида сборки и другие. Кроме того, на мониторе 7 отображаются показания всех измерительных приборов.

Встроенный в терминал 6 персональный компьютер 9 (фиг. 5), своим выходом через программируемый логический контроллер 10 соединен с панелью 8 управления и индикации, другой выход компьютера соединен с монитором 7.

Контроллер 10 своими выходами соединен с персональным компьютером 9, а также с входами первого коммутатора 11, второго коммутатора 12, счетчика времени перевода 13, счетчика числа переводов 14 и таймера 15. При этом выход счетчика времени перевода 13 соединен с одним из входов персонального компьютера 9, а выходы счетчика числа переводов 14 и таймера 15 соединены с входами контроллера 10.

Первый коммутатор 11 позволяет коммутировать напряжение и изменять его полярность для изменения направления перевода шибера, испытываемого электропривода 3 с двигателем постоянного тока. Второй коммутатор 12 предназначен для включения питания и смены очередности фаз трехфазного напряжения для осуществления реверса электродвигателя испытываемого электропривода 4 с двигателем переменного тока.

Трансформатор 16, преобразующий поступающее из сети однофазное переменное напряжение 220 В в переменное напряжение 24 В, соединен с четвертым вольтметром 17, первым амперметром 18 и вторым амперметром 19. Выходы первого амперметра 18 и второго амперметра 19 подключены к входам соответственно датчика положения ДБЛ 20 (датчика бесконтактного левого) и датчика положения ДБП 21 (датчика бесконтактного правого), входящих в состав электропривода 3 с двигателем постоянного тока.

Для контроля выходного напряжения датчиков ДБЛ 20 и ДБП 21 служат первый вольтметр 22 и второй вольтметр 23 соответственно. Для обработки измеренных показаний выходы первого, второго и четвертого вольтметров 22, 23 и 17, а также другие выходы первого и второго амперметров 18 и 19 соединены с персональным компьютером 9.

Средство формирования однофазного напряжения питания, выполненное в виде первого автотрансформатора 24, через выпрямитель 25 соединено с третьим амперметром 26. Выход третьего амперметра 26 подключен к регистратору 27, соединенному с третьим вольтметром 28 и первым коммутатором 11. Третий амперметр 26, регистратор 27 и третий вольтметр 28 другими своими выходами подключены к персональному компьютеру 9 для фиксации результатов измерений.

Средство формирования трехфазного напряжения питания, выполненное в виде второго автотрансформатора 29, третьего автотрансформатора 30 и четвертого автотрансформатора 31, подключено к средству измерения электрических параметров трехфазного напряжения, выполненному в виде измерителя универсального 32. С выходами измерителя универсального 32 последовательно соединены регистратор 27 и второй коммутатор 12. Другим выходом измеритель универсальный 32 соединен с персональным компьютером 9.

Для регулировки автотрансформаторов 24, 29, 30, 31 стенд содержит четыре электромеханических привода 33, 34, 35, 36 соответственно с возможностью коммутации кнопками на панелях 8 управления и индикации.

Регулируемый блок питания 37 своим входом соединен с персональным компьютером 9 посредством контроллера 10, а выходом - с устройством нагрузки 2, для управления которым он предназначен.

Измеритель крутящего момента 38 механически соединен с устройством нагрузки 2 и служит для визуального контроля противодействующего усилия на шибере привода при переводе.

Работает стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов следующим образом.

На испытательном столе 1 с размещенным на нем устройством нагрузки 2 (фиг. 1) устанавливают и закрепляют подлежащий испытанию электропривод 3 с двигателем постоянного тока или электропривод 4 с двигателем переменного тока. Шибер установленного электропривода 3 или 4 механически соединяют с устройством нагрузки 2, а электрические контакты электроприводов 3 или 4 присоединяют к терминалу 6 и затем включают питание.

В режиме регулировки усилия устройства нагрузки 2 для выставления заданных параметров калибровочное устройство 5 устанавливают на поверхности испытательного стола 1 (фиг. 2). Устройство нагрузки 2 соединяют с калибровочным устройством 5 переходником с динамометром (например, в виде ДЭП/6-1Д-10У-1). В момент проведения регулировки калибровочное устройство 5 медленно выдвигает или втягивает шибер, в то время как устройство нагрузки 2 создает требуемую противодействующую силу на шибере, имитируя усилие при передвижении стрелки стрелочного перевода, чем обеспечивают возможность поверки устройства нагрузки 2.

В штатном режиме работы стенда с помощью кнопок, расположенных на панели 8 (фиг. 3, 4) выбирают тип испытываемого электропривода, а именно электропривод 3 с двигателем постоянного тока или электропривод 4 с двигателем переменного тока. Режим работы стенда, вид сборки электропривода и режим перевода шибера электропривода можно выбрать как кнопками, так и с помощью сенсорного монитора 7.

В зависимости от типа выбранного электропривода (фиг. 5), с использованием панели 8 управления и индикации (путем управления кнопками «больше» - «меньше» зоны регулировки постоянного напряжения) первым автотрансформатором 24 посредством первого привода 33 автоматизировано задается напряжение на электроприводе 3.

В другом случае выставляют питающее напряжение на электроприводе 4 с помощью второго автотрансформатором 29 (путем управления на панели 8 кнопками «больше» - «меньше» зоны фазы А) посредством второго привода 34, третьим автотрансформатором 30 (путем управления на панели 8 кнопками «больше» - «меньше» зоны фазы В) посредством третьего привода 35 и четвертым автотрансформатором 31 (путем управления на панели 8 кнопками «больше» - «меньше» зоны фазы С) посредством четвертого привода 36.

Команды с панели 8 управления и индикации или с подключенного к персональному компьютеру 9 сенсорного экрана монитора 7, а также сигналы от испытываемого электропривода 3 или 4 поступают на входы контроллера 10, управляющего работой стенда. Через регулируемый блок питания 37 устанавливают требуемую величину противодействующего усилия на устройстве нагрузки 2, контроль которого осуществляют измерителем крутящего момента 38. С выходов контроллера 10 логические управляющие сигналы поступают на панель 8, персональный компьютер 9, счетчик числа переводов 14, таймер 15, счетчик времени перевода 13, первый коммутатор 11 и второй коммутатор 12.

В соответствии с выбранным направлением перевода шибера первый коммутатор 11 задает полярность напряжения питания электропривода 3, изменяя его при необходимости, а также включает и отключает питание двигателя постоянного тока. Второй коммутатор 12, с выхода которого трехфазное напряжение поступает на электропривод 4, включает напряжение, подаваемое на двигатель переменного тока, и меняет очередность его фаз, осуществляя реверс двигателя.

Поступающее из сети однофазное переменное напряжение 220 В трансформатором 16 преобразуется в переменное напряжение 24 В для питания испытываемых датчиков ДБЛ 20 и ДБП 21 электропривода 3. Напряжение, формируемое трансформатором 16, контролируется четвертым вольтметром 17. Первым амперметром 18 и вторым амперметром 19 фиксируются токи, потребляемые датчиками ДБЛ 20 и ДБП 21. Выходные напряжения датчиков ДБЛ 20 и ДБП 21 измеряются первым вольтметром 22 и вторым вольтметром 23 соответственно. Измеренные приборами величины напряжения и тока отображаются на панелях 8 и фиксируются персональным компьютером 9.

Из сети однофазное переменное напряжение 220 В поступает на управляемый первым приводом 33 первый автотрансформатор 24, с помощью которого регулируется величина напряжения на испытываемом электроприводе 3. С его выхода переменное напряжение поступает на выпрямитель 25, где оно преобразуется в постоянное. Третьим амперметром 26 измеряется ток перевода электропривода 3, который также фиксируется и архивируется регистратором 27 для построения графика изменения его значений во времени. Третий вольтметр 28 при этом контролирует напряжение, подаваемое через первый коммутатор 11 на электропривод 3.

Для питания испытываемого электропривода 4 трехфазное переменное напряжение 380 В поступает из сети на второй автотрансформатор 29, третий автотрансформатор 30 и четвертый автотрансформатор 31, где оно регулируется с помощью соответствующих приводов 34, 35, 36 раздельно по фазам А, В и С соответственно для выравнивая выходных напряжений при перекосе фаз на входе. Значения сформированного трехфазного напряжения и потребляемого двигателем тока контролируются измерителем универсальным 32, сигналы с которого передаются на вход регистратора 27, фиксирующего и архивирующего значения тока перевода электропривода 4. С выхода регистратора 27 напряжение поступает на вход второго коммутатора 12.

При испытании электроприводов 3 и 4 в режиме технологического прогона с помощью счетчика числа переводов 14 задают требуемое количество переводов шибера, таймером 15 устанавливают промежуток времени между переводами. Фактическое время перевода шибера измеряется счетчиком времени перевода 13.

Во время испытаний контролируемые параметры, измеренные с помощью цифровых приборов, а именно счетчика времени перевода 13, четвертого вольтметра 17, первого амперметра 18, второго амперметра 19, первого вольтметра 22, второго вольтметра 23, третьего амперметра 26, третьего вольтметра 28, регистратора 27, измерителя универсального 32 передаются на персональный компьютер 9, где после завершения испытаний формируется протокол с указанием соответствия измеренных параметров номинальным. При этом параметры фиксируются персональным компьютером с помощью специально разработанной программы для ЭВМ и сохраняются в базе данных с автоматическим резервированием.

Изобретение относится к области испытания различных устройств, а именно к средствам диагностических стендовых испытаний электроприводов стрелочных переводов. Стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов содержит испытательный стол, терминал с панелью управления и индикации и персональным компьютером, оснащённым монитором с сенсорным экраном. Стенд имеет калибровочное устройство. Устройство нагрузки выполнено механическим, соединено с регулируемым блоком питания, электроприводами и измерителем крутящего момента. Контроллер соединен с персональным компьютером, первым и вторым коммутаторами, счетчиком числа переводов, таймером, счетчиком времени перевода и выходом испытываемого электропривода. С выходом трансформатора соединены четвертый вольтметр, первый и второй амперметры, подключенные к бесконтактным датчикам положения, входящих в состав электропривода с двигателем постоянного тока, к выходам которых присоединены первый и второй вольтметры. Первый автотрансформатор с помощью первого привода через выпрямитель и третий амперметр соединен с входом регистратора, выход которого подключен к третьему вольтметру и первому коммутатору, с выходом которого соединен электропривод. Второй, третий и четвертый автотрансформаторы с помощью второго, третьего и четвертого привода соединены с измерителем универсальным, далее последовательно с другими входами регистратора, вторым коммутатором и электроприводом. Все измерительные приборы соединены с персональным компьютером. Технический результат - расширение функциональных возможностей, улучшение компактности стенда и ремонтопригодности нагрузочного устройства. 5 ил.

Стенд для диагностических испытаний электроприводов стрелочных переводов, содержащий испытательный стол, терминал с панелью управления и индикации и персональным компьютером, встроенный программируемый контроллер, устройство нагрузки, регистратор, программируемый счетчик числа переводов, таймер, счетчик времени перевода, первый, второй, третий и четвертый вольтметры, подключенный к электрической сети переменного тока трансформатор, соединенный через первый и второй амперметры с входами соответственно датчиков бесконтактных левого и правого, входящих в состав электропривода с двигателем постоянного тока, к выходам которых присоединены первый и второй вольтметры, средство формирования однофазного напряжения питания для электропривода с двигателем постоянного тока, последовательно соединенное с выпрямителем и третьим амперметром, средство формирования трехфазного напряжения питания для электропривода с двигателем переменного тока, соединенное со средством измерения электрических параметров трехфазного напряжения, первый коммутатор, подключенный к испытываемому электроприводу с двигателем постоянного тока и второй коммутатор, присоединенный к испытываемому электроприводу с двигателем переменного тока, отличающийся тем, что персональный компьютер оснащен монитором с сенсорным экраном, встроен в терминал и соединен с панелью управления и индикации, а устройство нагрузки выполнено механическим, при этом стенд дополнительно содержит калибровочное устройство, соединенный с устройством нагрузки измеритель крутящего момента, первый, второй, третий и четвёртый приводы, входы которых соединены с панелью управления и индикации, а выходы с соответствующими автотрансформаторами, а также регулируемый блок питания, вход которого соединен с контроллером, а выход с устройством нагрузки.