Стрелочный электропривод

Стрелочный электропривод — это электромеханическое устройство, предназначенное для перевода, запирания и контроля положения остряков стрелочного перевода на железнодорожных путях. Он является основным исполнительным механизмом систем централизации и блокировки (ЭЦ, МРЦ, ДЦ), обеспечивающим дистанционное управление стрелками с поста дежурного по станции или диспетчерского центра. Стрелочные электроприводы классифицируются по типу привода (взрезные и невзрезные), роду тока (постоянного и переменного), способу коммутации (с контактной и бесконтактной системой управления) и конструктивному исполнению (для обычных и скоростных путей).

История

Первые устройства для механизации перевода стрелок появились в конце XIX века. Изначально использовались пневматические и гидравлические приводы, однако они были громоздкими и требовали сложной инфраструктуры. С развитием электрификации железных дорог в начале XX века началось внедрение электрических стрелочных приводов. В России первые образцы электроприводов были разработаны в 1920-х годах. Массовое применение они получили с 1930-х годов, когда началось строительство крупных сортировочных станций и внедрение электрической централизации (ЭЦ). В 1950-х годах были созданы типовые серии электроприводов постоянного тока (СП), а в 1960-х — переменного тока (СПВ). В 1970-х годах появились приводы с бесконтактным управлением на основе тиристорных преобразователей. Современные разработки направлены на повышение надёжности, снижение энергопотребления и интеграцию с микропроцессорными системами управления.

Устройство и принцип действия

Стрелочный электропривод состоит из нескольких основных узлов:

• Электродвигатель — источник механической энергии. В приводах постоянного тока используются двигатели последовательного возбуждения (например, ДПС-2), в приводах переменного тока — асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (например, АИР-71).
• Редуктор — механическая передача, понижающая частоту вращения двигателя и увеличивающая крутящий момент. Обычно представляет собой комбинацию червячной и цилиндрической зубчатых передач.
• Фрикционная муфта — предохранительное устройство, ограничивающее усилие при заклинивании стрелки или превышении допустимого момента. Срабатывает при переводе, защищая двигатель и механизм от поломок.
• Рабочая шина (тяга) — элемент, передающий движение от редуктора к острякам. Может быть выполнена в виде винта с гайкой или реечной передачи.
• Запирающее устройство — механизм, фиксирующий остряк в крайнем положении (прижатом к рамному рельсу). Обычно представляет собой кулачковый или эксцентриковый замыкатель.
• Контрольные контакты (автопереключатель) — электрические контакты, замыкающиеся или размыкающиеся в зависимости от положения остряков. Они формируют сигнал в цепях управления и контроля, подтверждающий, что стрелка переведена и заперта.
• Корпус — литой чугунный или стальной кожух, защищающий механизм от атмосферных осадков, пыли и механических повреждений. Корпус имеет крышку для обслуживания.

Принцип работы: по команде от системы управления на электродвигатель подаётся напряжение. Вал двигателя через редуктор вращает рабочую шину, которая перемещает остряки из одного крайнего положения в другое. В конце хода срабатывает запирающее устройство, фиксируя остряк. Автопереключатель размыкает цепь управления двигателем и замыкает цепь контроля, передавая сигнал о готовности стрелки. При взрезе (насильственном переводе остряков проходящим составом) фрикционная муфта проскальзывает, а контрольные контакты размыкаются, сигнализируя о нештатной ситуации.

Классификация

По типу привода

• Взрезные — допускают принудительный перевод остряков колёсами подвижного состава без поломки привода. После взреза механизм возвращается в исходное положение. Используются на путях с малой интенсивностью движения.
• Невзрезные — не допускают взреза; при попытке насильственного перевода происходит разрушение привода или остряков. Применяются на главных и скоростных путях, где требуется высокая надёжность запирания.

По роду тока

• Постоянного тока — питаются от сети 110 В или 220 В постоянного тока. Характеризуются высоким пусковым моментом, простотой регулировки скорости. Недостаток — необходимость в источниках постоянного тока (аккумуляторные батареи, выпрямители).
• Переменного тока — питаются от сети 380 В переменного тока. Более экономичны, не требуют преобразователей, но имеют меньший пусковой момент. Часто используются на электрифицированных участках.

По способу управления

• С контактной системой — управление осуществляется через релейные схемы, где коммутация цепей производится электромагнитными реле.
• С бесконтактной системой — управление реализовано с помощью тиристорных или транзисторных ключей, что повышает быстродействие и надёжность.

По конструктивному исполнению

• Для обычных путей — стандартные приводы, рассчитанные на скорость движения до 120 км/ч.
• Для скоростных путей — усиленные приводы с повышенной точностью фиксации, увеличенным усилием запирания и защитой от вибраций. Используются на участках со скоростью движения до 250 км/ч и выше.

Основные характеристики

Основные параметры стрелочных электроприводов включают:

• Номинальное напряжение — 110 В, 220 В (постоянный ток) или 380 В (переменный ток).
• Потребляемая мощность — от 0,5 до 2,5 кВт в зависимости от типа и нагрузки.
• Усилие перевода — от 1500 до 6000 Н (ньютонов), определяется типом стрелки и условиями эксплуатации.
• Время перевода — от 1 до 5 секунд, регулируется конструкцией редуктора и параметрами двигателя.
• Ход рабочей шины — от 100 до 200 мм, зависит от типа стрелочного перевода.
• Степень защиты корпуса — IP54 или IP65 (защита от пыли и брызг воды).
• Масса — от 80 до 200 кг в зависимости от модели.

Применение

Стрелочные электроприводы являются неотъемлемой частью систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Они применяются:

• На станциях — для управления стрелочными переводами в горловинах станций, на сортировочных горках, в парках приёма и отправления поездов.
• На перегонах — на разъездах, обгонных пунктах, при организации временных съездов.
• На скоростных магистралях — для обеспечения точного и быстрого перевода стрелок при высоких скоростях движения.
• В метрополитене — для управления стрелками на станциях и в тоннелях.
• На промышленных предприятиях — на подъездных путях, в карьерах, на территориях заводов.

Эксплуатация и обслуживание

Эксплуатация стрелочных электроприводов регламентируется инструкциями и правилами технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог. Основные требования:

• Регулярный осмотр — не реже одного раза в месяц, с проверкой состояния контактов, смазки, креплений.
• Проверка действия — перевод стрелки вручную и с пульта управления, контроль времени и усилия.
• Смазка — трущихся частей (подшипников, зубчатых передач, винтов) специальными смазками (например, солидолом или литолом).
• Замена изношенных деталей — контактов автопереключателя, фрикционной муфты, редуктора.
• Электрические измерения — контроль сопротивления изоляции, напряжения на двигателе, тока потребления.

При эксплуатации в условиях низких температур (ниже -30 °C) применяются специальные морозостойкие смазки и подогрев корпуса.

Неисправности и отказы

Наиболее распространённые неисправности стрелочных электроприводов:

• Заклинивание остряков — из-за попадания посторонних предметов, деформации рельсов, обледенения.
• Износ контактов автопереключателя — приводит к ложному контролю или отсутствию сигнала.
• Пробуксовка фрикционной муфты — из-за износа фрикционных накладок или ослабления пружины.
• Обрыв или короткое замыкание обмоток двигателя — вследствие перегрева, попадания влаги, механических повреждений.
• Поломка зубьев редуктора — из-за усталости металла или перегрузки.
• Нарушение регулировки запирающего устройства — приводит к неполному запиранию остряка.

Производители

В России основными производителями стрелочных электроприводов являются:

• АО «Электромеханика» (г. Пенза) — выпускает приводы серий СП, СПВ, СПГ.
• ООО «ЭЛТЕЗА» (г. Санкт-Петербург) — производит приводы для метрополитена и скоростных магистралей.
• АО «Радиоавионика» (г. Москва) — специализируется на микропроцессорных системах управления стрелками.

Зарубежные производители: Siemens (Германия), Alstom (Франция), Ansaldo STS (Италия), Vossloh (Германия). Их продукция используется на железных дорогах Европы, Азии и Америки.

Интересные факты

• Первый в мире электрический стрелочный привод был установлен в 1892 году на станции Чикаго (США).
• В СССР серийное производство стрелочных электроприводов началось в 1932 году на заводе «Электромеханика» в Пензе.
• Современные микропроцессорные системы управления позволяют осуществлять перевод стрелки за 0,5 секунды, что критически важно для скоростных участков.
• На сортировочных горках используются специальные приводы с гидравлическим замедлителем для плавного перевода остряков.
• В условиях Крайнего Севера применяются электроприводы с обогревом корпуса и термоизоляцией для работы при температурах до -60 °C.

Источники

• Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ).
• Инструкция по эксплуатации стрелочных электроприводов серий СП, СПВ, СПГ (ОАО «РЖД»).
• Технические условия на стрелочные электроприводы (ТУ 32 ЦШ-01-2005).
• Справочник по железнодорожной автоматике и телемеханике / под ред. В. И. Сороко. — М.: Транспорт, 1981.
• Каталог продукции АО «Электромеханика» (г. Пенза).