Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПУТЕВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Предложенное изобретение относится к области энергоснабжения с управлением трехфазных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей путевого механизированного инструмента при работах по текущему содержанию и ремонту железнодорожного пути.

При выполнении этих работ приходится обрабатывать разные путевые объекты в разнообразном их состоянии. Так при подбивочных работах с вибрационными шпалоподбойками степень засоренности и плотности подбиваемого балласта колеблется в весьма широких пределах, что обуславливает необходимость разного по величине силового воздействия. Должна быть разной вынуждающая колебания центробежная сила инерции, которая находится в квадратичной зависимости от частоты f тока, питающего электродвигатель шпалоподбойки:

F_и=m_де(2πf)², Гц

(здесь е - эксцентриситет дебаланса с массой m_д на валу двигателя). В весьма широких пределах находится твердость рельсов при сверлении в них отверстий, упрочнении их и снятии фасок; разное качество имеет и материал рельсообрабатывающих инструментов. Это обстоятельство требует оперативной корректировки окружной скорости вращения сверла, упрочнителя, фаскосъемника, также зависящей от частоты питающего тока. В такой же ситуации находятся и гайковерты, шуруповерты, рельсошлифовалки и другой механизированный путевой инструмент. Способ электропитания их должен обеспечивать указанное требование, а также быть безопасным для монтера пути.

Известен (см., Путевые механизмы и инструмент / Под ред. Н.А.Карпова. - М.: Транспорт, 1984. - с.119…156) способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента.

Этот способ не обеспечивает регулируемости режимов работы (частоты вращения, движущего момента и пр.) и электрозащищенности оборудования и монтера пути, требуя для этого специальных приспособлений.

Известен также (см., Путевые механизмы и инструмент / Под ред. Н.А.Карпова. - М.: Транспорт, 1984. - С.156…163) способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку устройства, преобразующего частоту питающего типа с 50 на 200 Гц, к его розетке подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента (принят за прототип).

При этом способе работа электродвигателя несколько улучшается. Однако фиксированность выходной частоты питающего тока не позволяет регулировать режимы работы электродвигателя механизированного путевого инструмента. А главное, при этом нет возможности отслеживания (с автоматическим отключением электродвигателя) сопротивления изоляции, которая у электродвигателей механизированного путевого инструмента имеет 1 класс и высока вероятность снижения этого сопротивления ниже допустимого уровня. Эти обстоятельства снижают эффективность и электробезопасность способа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и электробезопасности эксплуатации путевых механизмов за счет обеспечения регулируемости режимов работы электродвигателя и реализации всех токовых защит путем изменения условий осуществления действий способа с использованием нового оборудования.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку устройства, преобразующего частоту питающего тока, к его розетке подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента, реализуется так, что к розетке источника электроэнергии подключают вилку устройства, в котором размещают переключатель питания двух розеток и блок, плавно преобразующий частоту питающего тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, плавно изменяющий силу выходного тока и частоту вращения ротора электродвигателя, после чего осуществляют установку силы выходного тока, номинальной частоты вращения ротора электродвигателя и частоты питающего тока, после чего к одной из розеток подключают вилку разветвлителя, к которому подключают выключатель, и к одной из его розеток подключают вилку электродвигателя инструмента.

Новыми в предложенном способе (по сравнению с прототипом) являются:

новые действия:

осуществление установки силы выходного тока;

осуществление установки частоты питающего тока;

осуществление установки частоты вращения ротора электродвигателя;

новые условия осуществления действий, использование новых устройств, оборудования.

Предложение также, по мнению авторов, имеет изобретательский уровень, так как для специалистов явным образом не следует из уровня техники и не может быть создано с использованием известных методов, методик, способов и приемов разработок технологических процессов.

Предложение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1, 2 представлено устройство, используемое для осуществления действий, в виде устройства, плавно преобразующего частоту, силу тока и пр.; на фиг.3 - его электрическая принципиальная схема; на фиг.4, 5 - устройство разветвителя; на фиг.6 - схема питания электродвигателя путевого инструмента от передвижной электростанции.

Устройства, определяющие условия осуществления действий способа и использованные для его реализации, представляют собой следующее. Устройство (в частности, типа ПЧ5,5), плавно преобразующее частоту питающего тока, его силу и пр. (фиг.1, 2), включает в себя корпус 1. В нем размещен преобразователь 2 (одной из известных конструкций, в частности, типа Altivar-31 марки ATV 31 HU 55 МЗХА). На лицевой панели 3 устройства размещена крышка 4 дисплея преобразователя 2, выполненная с возможностью сдвига и открывания окна в корпусе, где расположен пульт управления преобразователем с дисплеем. Сверху корпус 1 закрыт крышкой 5 с ручкой 6, служащей для переноса устройства. Кабель 7 предназначен для подключения его вилки 8 к розетке питающей сети. Для подвески кабеля 7 при неработающем устройстве служит крючок 9. На задней панели 10 расположен переключатель режима работы 11, который служит для переключения выходного питания с розетки 12 на 50 Гц на розетку 13 0,5…500 Гц. В нижней части устройства размещено окно с решеткой, а на боковых панелях корпуса 1 жалюзи для прохода охлаждающего воздуха, который принудительно, с помощью вентилятора преобразователя 2, поступает в корпус 1 и преобразователь 2 и выбрасывается через зазор между корпусом 1 и крышкой 5.

Электрическая схема (фиг.3) устройства включает в себя преобразователь частоты 2 (в частности, с выходным напряжением 200…240 В, входной частотой тока 50…60 Гц, номинальной мощностью 5500 Вт, выходным напряжением 200…240 В, регулируемой частотой выходного тока от 0,5 до 500 Гц, наибольшей силой выходного тока 27,5 А), переключатель 11 (в частности, ПК-16-11ИЗ ТУ 3428-012-03965790-98.УХЛЗ на 16 А), вилку кабельную 8 (в частности, СС11-25-011210-ОО.УХЛЗ ТУ 16-80 ИГРФ.434423.007ТУ на 25 А), две розетки панельные 12, 13 (в частности, СС11-24-081211-54.УХЛЗ на 25 А и СС11-27-081311-54.УХЛЗ на 40 А по ТУ 16-88 ИГРФ.434423.007ТУ). Разветвитель (фиг.4, 5) (в частности, типа АК30-В, с номинальным напряжением 220 В, с номинальным током 25 А) включает в себя корпус 14, крышку 15, дно 16 и ручку 17. В корпус 14 вмонтирован автоматический выключатель 18 с защитой от перегрузок и токов короткого замыкания, служащий для подачи и снятия напряжения питания с двигательной нагрузки, панельные розетки 19 (в частности, пять штук), предназначенные для подключения двигательной нагрузки и (при необходимости) для подключения дополнительных разветвителей, а также вилка панельная 20 для подключения к устройству.

Предложенный способ электропитания путевых инструментов реализуется следующим образом. Вначале (фиг.6) к выходной розетке стационарного или мобильного (в частности, передвижной электростанции с генератором на 50 Гц) источника электроэнергии 21 подключают вилку 8 кабеля 7 устройства (фиг.1, 2), которое плавно преобразует частоту питающего тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, плавно изменяет силу выходного тока и частоту вращения ротора электродвигателя путевого инструмента. Затем переключателем 11 (фиг.2) приводят устройство в нужный режим работы, например с питанием инструмента от 200 Гц. После этого (одним из известных способов, описанных в технической документации преобразователя 2) устанавливают силу выходного тока (в частности, при наибольшем его значении 27,5 А), частоту вращения ротора электродвигателя 22 (фиг.6) и частоту питающего тока (в частности, в интервале от 0,5 до 500 Гц). После этого к одной из розеток 12, 13 (фиг.2) (в примере фиг.6 - 200 Гц) подключают вилку 20 разветвителя, к розеткам 19 которого подключают электродвигатель 22 (фиг.6) инструмента. После этого с помощью выключателя 18 (фиг.4) приводят инструмент в действие. При этом в случае питания от однофазного источника 220 В напряжение трансформируется в трехфазное 220 В с регулируемой в указанных пределах частотой питающего тока, что требуется для электродвигателей путевых инструментов.

Предложенный способ был реализован и исследован в Центральном конструкторском бюро тяжелых путевых машин и его Калужском филиале. Этот способ был реализован с использованием описанных выше устройств ПЧ5,5 с блоком плавного преобразования частоты, имевшим габариты 0,35×0,24×0,41 м и массу 16 кг, и разветвителя АК30-В с выключателем, имевшим габариты 0,245×0,175×0,210 м и массу 5 кг. Испытания показали устойчивую работу путевых инструментов с широким диапазоном регулирования частоты тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, силы тока до 27,5 А, частоты вращения ротора электродвигателя до ≈15000 мин^-1, движущего момента (при номинальной мощности 5500 Вт) примерно от 3,7 до 55 Н·м при полной электробезопасности. Этот способ реализуется на практике с применением устройств и путевого инструмента, производимого ОАО «Калугатрансмаш». Таким образом, предложение промышленно применимо и обеспечивает повышение эффективности и электробезопасности эксплуатации путевых инструментов, особенно с наиболее и повсеместно распространенными электродвигателями, имеющими изоляцию первого класса, позволяя эксплуатировать их без нарушения правил и требований Госэнергонадзора.