ЗСЛ-5П

ЗСЛ-5П

Общие сведения. Механические скоростемеры ЗСЛ-2М не отвечают современному уровню развития науки и техники.

С целью увеличения эксплуатационной надежности и сроков службы скоростемеров в настоящее время ведутся работы по созданию бесконтактных электронных скоростемеров с минимальным числом механических узлов. Преимущества электронных скоростемеров очевидны, это высокая эксплуатационная надежность, большой срок службы, удобство ремонта и обслуживания, отсутствие узлов, подлежащих смазке, улучшение технических характеристик, возможность автоматического ввода поправки на скорость движения с учетом износа бандажей колесных нар, улучшение качества записи на диаграммной ленте скоростемера и удобство ее расшифровки.

Изготовленные более 10 лет назад Омским электромеханическим заводом опытные партии скоростемеров ЗСЛ-5П применяются только на локомотивах Октябрьской дороги. Из-за ряда конструктивных недостатков и примененных устаревших электронных элементов эти скоростемеры не получили широкого распространения на других дорогах. Поэтому здесь приведены лишь основные сведения об этих скоростемерах.

Скоростемеры ЗСЛ-5П размещают на локомотивах таким образом, чтобы было удобно их обслуживать и пользоваться ими, в частности блоки управления и регистрации монтируют либо в машинном отделении, либо в кабине машиниста в зависимости от серии локомотива и наличия удобного места. В каждой кабине машиниста устанавливают указатели скорости, часы и датчики давления для пользования ими в пути следования (рис. 20).

Запись основных параметров скоростемера осуществляется на теплочувствительной бумаге типа «ТБ» шириной 180 мм.

Все блоки скоростемеров, кроме датчиков, работают при температуре окружающего воздуха от —20 до+50°C; высоте над уровнем моря не более 2000 м; относительной влажности окружающего воздуха не более 95+3% и температуре +35°С; синусоидальных колебаниях и вибрациях с частотами до 100 Гц и ускорением 10 м/с2 при амплитудах колебаний до 2 мм; после воздействий ударных нагрузок частотой до 180 ударов/мин и ускорении до 30 м/с2 в любых направлениях.

Пребывание всех блоков в нерабочем состоянии при температуре от -50 до +60°С не влияет на нормальную работу скоростемера при последующем его включении в диапазоне рабочих температур.

Датчики скоростемеров устанавливают на буксе колеса локомотива и работают при:

температуре окружающего воздуха от —50 до +80°С;

высоте над уровнем моря не более 2000 м;

ударных нагрузках с ускорением до 200 м/с2 и частотой до 180 ударов/мин.

Основные технические данные скоростемера. Верхние пределы измерения и регистрации скоростей зависят от исполнения скоростемера.

Основная допускаемая погрешность показания скорости составляет ±1,5% верхнего предела измерения, а погрешность регистрации и сигнализации скорости — не более полуторного значения основной допускаемой погрешности измерении.

Время установления стрелки указателя скорости и механизма регистрации скорости при максимальной скорости не более 2,5 с.

Двойная амплитуда колебаний стрелки при установившейся скорости не превышает половины деления шкалы указателя скорости.

Дополнительная погрешность измерения, регистрация скорости, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от +20 ±5°С до любой температуры в интервале от —20 до + 50°С, на каждые 10°С не должна превышать 0,2 от абсолютного значения основной погрешности.

Цена деления шкалы указателя скорости 5 км/ч; оцифровка шкалы указателя скорости - через 20 км/ч; пределы регистрации давления в тормозной магистрали от 0,5 до 0,8 МПа (8 кгс/см)2.

Основная допускаемая погрешность регистрации давления в диапазоне 0,3—0,8 МПа (3—8 кгс/см2) не превышает 2,5% (0,02 МПа) от верхнего предела измерения, а в диапазоне от 0,05 до 0,3 МПа погрешность не нормируется.

Дополнительная погрешность регистрации давления, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от +20 до ±5°С, на каждые 10°С не превышает 0,2% основной допускаемой погрешности.

Погрешность регистрации отрезка пути 20 км не превышает 0,1 км.

Протяженность пути, регистрируемого на одной катушке диаграммной ленты, до 3000 км. Шкала вторичных часов 12-часовая с суточной оцифровкой (24 ч) и ценой деления 1 мин. Точность показания и регистрации суточного времени ±2 мин за 24 ч.

Интервал времени 30 мин регистрируется на поле шириной 30 мм, а 24 ч — на поле шириной 24 мм. При этом погрешность регистрации интервала 30 мин не превышает 0,5 мин.

Масштабы регистрации на диаграммной ленте следующие: скорости: при 250 км/ч 1 мм по вертикали соответствует 5,4 км/ч, при 200 км/ч — 3,2 км/ч;

давления в тормозной магистрали .....- 1 мм соответствует 0,016 МПа (0,16 кгс/см2);

пройденного пути — 1 мм — 0,2 км; времени стоянок — 1 мм — 1ч.

Регистрация направления движения локомотива и других параметров осуществляется отдельными писцами (карандашами) со сдвигом по вертикали на (2+0,5) мм.

Напряжение питания скоростемеров 50 или 75 В постоянного тока. Потребляемая электрическая мощность должна быть не более 130 Вт при напряжении питания 50 В и не более 200 Вт при напряжении питания 75 В. Наработка на отказ не менее 500 тыс. км. Срок службы скоростемера не менее 10 лет.

Принцип работы скоростемера. Связь между функциональными узлами и блоками скоростемера ЗСЛ-5П поясняется рис. 21. Принцип работы каждого узла представлен на соответствующих структурных схемах с описанием их взаимодействия.

Датчик пройденного пути и скорости магнитоиндукционной системы установлен на буксе колеса. При движении локомотива он выдает две последовательности электрических импульсов, число которых пропорционально пройденному пути, а частота —-скорости движения.

При вращении зубчатого колеса 1 с угловой скоростью w (рис. 22) изменяется магнитное сопротивление в зазорах, что приводит к появлению в катушках электрических сигналов, по форме близких к синусоидальным. Наличие двух катушек 3 и 5 и дифференциальная конструкция магнитопровода 2 (включающего в себя постоянный магнит 4) позволяют получить две последовательности импульсов (в зависимости от направления вращения зубчатого колеса 1) с амплитудой не менее 120 мВ при частоте вращения зубчатого колеса около 10 об/мин, сдвинутых относительно друг друга по фазе не менее 45°.

Число зубьев колеса 1 зависит от типа и размера диаметра колеса локомотива и выбирается по специальной таблице, при этом частота импульсов датчика находится в зависимости от износа диаметра колеса и скорости локомотива.

Узел формирования импульсов служит для усиления импульсов, поступающих с датчика пройденного пути и скорости, с целью обеспечения нормальной работы последующих узлов и блоков скоростемера.

Усилители - формирователи Ф1 и Ф2 (рис. 23) преобразуют положительную полуволну сигнала в отрицательные импульсы прямоугольной формы.

С выхода узла формирования импульсов сигналы поступают на основные блоки скоростемера: измерения, коррекции, регистрации и сигнализации скорости; регистрации пройденного пути, а также на узел регистрации направления движения.

Узел регистрации направления движения построен на принципе выявления опережения (фазы) одной последовательности импульсов относительно другой. Эта необходимая информация определенным образом отображается на диаграммной ленте.

Узел регистрации направления движения представляет собой логическое устройство, выполненное на элементах «Юпитер»., Сформированные сигналы А и Б поступают на логическое устройство Л У. Триггер логического устройства срабатывает только при определенной фазе последовательностей входных импульсов. Сигнал с выхода ЛУ поступает на выходное устройство ВУ, управляющее работой реле типа РЭС-22. Через контакты этого реле включается электромагнит, регистрирующий направление движения. Якорь электромагнита через поворотный механизм связан с самопишущим устройством. Все элементы, за исключением реле и электромагнита, установлены в блоке управления. Реле и электромагнит установлены в блоке регистрации.

Блок регистрации пройденного пути (рис. 24) при помощи делителей частоты и шагового двигателя осуществляет подсчет числа импульсов, вырабатываемых датчиком пройденного пути и скорости, и производит отображение информации путем прокола диаграммной ленты через каждый километр пройденного пути. Кроме того, в этом блоке имеется пятиразрядный счетчик пройденного пути.

За расчетное число импульсов на 1 км пройденного пути принято 7830 импульсов.

Для согласования числа импульсов датчика с масштабом регистрации и моментом привода лентопротяжного механизма общее передаточное отношение блока разбито на две части

Из них путем деления числа импульсов электронным делителем на триггерах реализуется i=8, а механическим образом i=408. С валом шагового двигателя соединен редуктор с i = 408. Подобное конструктивное решение вызвано необходимостью создания достаточно большого момента на ведущем валу лентопротяжного устройства.

Узел управления нереверсивным шаговым двигателем представляет собой логическое устройство, которое вырабатывает определенную последовательность сдвинутых во времени импульсов для управления работой шагового двигателя ШД1.

Выходной вал редуктора соединен с ведущим валом лентопротяжного механизма, который при помощи игл, расположенных по средней линии и на расстоянии 5 мм от краев, зацепляет, прокалывает и протягивает диаграммную ленту По проколам на ленте производится отсчет пройденного пути (цена деления между проколами 1 км). Промежуточный вал редуктора вращает вал пятиразрядного суммирующего счетчика пройденного пути.

Расчет коррекции пути можно производить по числу проколов диаграммной ленты и имеющимся 10-мм поперечным линиям на ленте. В этом случае находят коэффициент пути Кп и выполняют точную расшифровку ленты.

Скоростной блок (рис. 25) выполняет функции измерении, регистрации, коррекции и сигнализации скорости движения локомотива. К нему предъявляются жесткие требования: высокой надежности, высокой точности в широком диапазоне температур и вибраций, необходимого быстродействия, возможности дистанционной передачи показаний и наличия достаточно большого момента Для нормальной работы механизма регистрации скорости.

Скоростной блок представляет собой частотно-импульсную замкнутую следящую систему, в которой частота одной последовательности импульсов датчика скорости (fд) преобразуется в пропорциональное ей механическое перемещение регистратора скорости и в угол поворота потенциометра, выдающего ток Iос цепи обратной связи, преобразуемый преобразователем тока в частоту, пропорциональную току в цепи обратной связи.

Отображение скорости движения осуществляется измерительным прибором магнитоэлектрической системы, включенного в цепь обратной связи преобразователя.

Частота датчика подается на один из входов узла выделения разности частот, а его выходы подключены к входам логического устройства управления шаговым двигателем ШД2. Вал ШД2 через редуктор соединен с потенциометром R, выход ной ток которого, пропорциональный скорости движения v, отображается индикатором магнитоэлектрической системы и поступает на преобразователь тока в частоту, которая через делитель частоты снова подается на вход узла выделения разности частот. Таким образом, в блоке осуществляется отрицательная обратная связь по частоте, что дает возможность получить достаточные стабильность и точность измерения скорости движения.

В исходном состоянии (при v=0) от датчика на вход узла выделения разности частот импульсы не поступают. Положения механизма регистрации (писца) и движка потенциометра соответствуют нулевому значению скорости, поэтому отсутствует ток в цепи обратной связи, следовательно, частота преобразователя тока в частоту будет равна нулю. стрелка прибора в этом случае будет находиться в нулевом положении.

При трогании локомотива датчик скорости будет вырабатывать импульсы, что приведет к запуску логического устройства управления шаговым двигателем, ШД2 при этом начнет разворачиваться (что соответствует разгону), приводя в движение механизм регистрации и движок потенциометра R. В цепи обратной связи возникнет ток, который преобразуется в частоту импульсов преобразователя fпр. Процесс перемещения механизма регистрации и движка потенциометра будет происходить до тех пор, пока частоты датчика fд и преобразователя fпр не сравняются. Разность частот при этом fд — fпр будет стремиться к нулю. Писец будет занимать определенное устойчивое среднее положение.

При идеальном равномерном движении локомотива частоты fд и fпр будут равны и на шаговый двигатель импульсы управления поступать не будут. Писец и движок потенциометра будут находиться в этом случае в фиксированном положении.

При снижении скорости локомотива частота следования импульсов датчика уменьшится, следовательно, разность частот fпр, fд запустит логическое устройство управления шаговым двигателем и ШД2 начнет разворачиваться обратно, приводя в движение механизм регистрации и движок потенциометра.

В этом случае ток в цепи обратной связи уменьшится, а следовательно, уменьшится частота преобразователя fпр. Процесс будет происходить до тех пор, пока частоты fд и fпр не станут равными.

Работа узла выделения разности частот датчика и преобразователя синхронизируется от источника эталонного времени с частотой 1000 Гц. Этот узел построен на бесконтактных логических элементах «Юпитер».

Реверсивное логическое устройство управления шаговым двигателем вырабатывает прямую (fд — fпр) и обратную (fпр — fд) последовательности частот, сдвинутых во времени по четырем фазам, для обеспечения нормальной работы шагового двигателя.

На потенциометр с блока питания R поступает стабилизированное напряжение U и при изменении угла отклонения потенциометра в цепи обратной связи изменяется ток.

Преобразователь тока в частоту импульсов можно корректировать от дополнительного источника напряжения. Такую коррекцию осуществляют при изменении диаметра колеса. Напряжение коррекции при этом выбирают в зависимости от износа обода колеса по диаметру (рис. 26). Преобразователь построен ио компенсационному принципу заряда и разряда конденсаторов и обеспечивает точность преобразования до 1 % в широком интервале температур.