Контрольная работа по дисциплине Электропривод в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики Проверил

• Название: Контрольная работа по дисциплине Электропривод в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики Проверил
• Дата: 03.06.2022
• Размер: 398.81 Kb.
• Имя файла: EUZhDAT_-_ZSA-5912_-Titov_D_A_-_0447.docx
• Тип: Контрольная работа; #568137

«МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
РУТ (МИИТ)
РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА


Кафедра: «Системы управления транспортной инфраструктурой»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Электропривод в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики»

Проверил: Выполнил:

доцент, к.т.н. студент 5-го курса,

Минаков Е.Ю. группы ЗСА-5912

Титов Д.А.

Шифр:1710-ц/СДс-0447

Москва 2022г.

Содержание:

1	Задание	3
2	Исходные данные	4
3	Расчетная часть:
3.1	Кинематическая схема электропривода, описание назначения и принципа его работы. Описание механизма замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента	5
3.2	Кинематический расчет электропривода	7
3.3	Определение номинальной мощности, коэффициента полезного действия электропривода и номинального тока электродвигателя	8
3.4	Расчет валика крепления рабочей тяги	9
3.5	Схема управления электроприводом ВСП-220Н	10
3.6	Определение дальности установки электропривода	12
4	Заключение	13
5	Список используемой литературы	14

1.Задание

В ходе выполнения контрольной работы необходимо:

1. 
   Составить кинематическую схему электропривода и дать описание назначения и принципа его работы. Описать механизм замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента.
   
2. 
   Произвести кинематический расчет электропривода.
   
3. 
   Определить номинальную мощность и коэффициент полезного действия электропривода
   
4. 
   Рассчитать номинальную мощность и номинальный ток электродвигателя
   
5. 
   Произвести прочностной расчет одного из элементов кинематической схемы
   
6. 
   Составить схему управления электроприводом
   
7. 
   Определить дальность установки электропривода
   

   2. Исходные данные

Кинематическая схема – ВСП-220Н Время перевода – 6 с.

Номинальное / максимальное усилие (момент) перевода – 3500/6000 Н (Нм) Ход шибера - 220

Тип электродвигателя – МСА-0,3ВСП Расчет на прочность – на срез

2. Расчетная часть

3.1. Кинематическая схема электропривода, описание назначения и принципа его работы. Описание механизма замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента

Электропривод стрелочный типа ВСП-220 предназначен для перевода в повторно – кратковременном режиме, запирания и контроля положения в непрерывном режиме стрелок с раздельным ходом остряков.

Относится к винтовым электромеханическим приводам, быстродействующим, врезным, с внутренним замыканием для работы с внешними замыкателями.

Устанавливается на гарнитуре у жд стрелок с правой или левой стороны стрелочного перевода и управляется с поста ЭЦ для рабочих скоростей движения поездов до 250 км/час; предельная рабочая скорость 300 км/час.

Обеспечивает при крайних положениях стрелки плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу.

Не допускает запирания стрелки при зазоре 4мм и более между прижатым остряком и рамным рельсом.

Имеет принципиально новую конструкцию основных узлов (силового механизма, механизма замыкания шибера и контрольной системы), позволяющих повысить уровень безопасности движения поездов и снижающих эксплуатационные затраты.

Кинематическая схема электропривода шлагбаума ВСП-220Н представлена на рисунке 1.





1 – электродвигатель 2 – кулачковая муфта

3 – 1-я ступень редуктора 4 – фрикционная муфта

5. 
   – 2-я ступень редуктора
   
6. 
   – гайка шарико – винтовой пары 7 – винт шарико – винтовой пары 8, 9 – демпфирующее устройство 10 – механизм запирания
   

11 – шибер

12,13 – контрольные линейки 14 – контрольная планка

15. 
    – автопереключатель
    
16. 
    – корпус
    

17,18 – курбельная заслонка 19 – клеммная колодка

20 – контакты безопасности



Рис. 3 Кинематическая схема механизма замыкания и взреза стрелочно- го электропривода ВСП-220
Механизма замыкания и взреза стрелочного электропривода ВСП-220 представляет собой конструкцию (см.рис.3) из шибера 1, состоящего из двух выходных концов круглого сечения диаметром 45 мм и средней части прямо- угольного сечения с проточками, где устанавливаются шарнирно на осях 4,5 кулачки 2,3. Механизм фиксации и взреза состоит из шиберной части 1,2,3,4,5, толкателя 6 и упругого упора, который представляет собой три эле- мента: упор левый 8, упор правый 9, разведенные пружиной 7.

При взрезе стрелки усилие на шибере превосходит величину усилия удержания - усилия фиксации шибера. Упор 8 под действием этой силы, дей- ствующей через кулачок 2, преодолевая усилие пружины 7, сжимает ее и, при неподвижном положении толкателя 6, шибер осуществляет движение в направлении действия силы взреза (слева направо). При этом кулачок 2 вы- ходит из контакта с выступом толкателя 6 о поверхность, проворачивается на своей оси 4 и дальнейшее движение шибера происходит беспрепятственно.

Электропривод взрезан.

мм).

Для того чтобы восстановить работоспособность привода, необходимо:

• 
  При помощи специальной гайки-винта сжать упор (примерно на 15
  

• 
  Вручную, при помощи курбеля, перевести гайку ШВП в крайнее до
  

взреза положение.

• 
  При помощи рычага, (в качестве рычага можно использовать лом) перевести остряки в первоначальное положение.
  
• 
  Распустить сжатый упор, открутив гайку-винт.
  
• 
  Вручную, или при помощи курбельной рукоятки, произвести пере- вод электропривода, убедившись в его работоспособности.
  

2. Кинематический расчет электропривода

Определим количество оборотов винтовой передачи для перемещения шибера на 220 мм:

𝑁 = 𝑆_ш/∆𝑆 = 220/5 = 44 об.

Где ∆S –шаг винта винтовой передачи, равный 5 мм Определим частоту вращения винтовой передачи:

𝑛_вп = 𝑁/𝑡 =44/6=7,33 об/сек=440 об/мин

Определим момент на винте шарико – винтовой передачи (ШВП) для передачи необходимого осевого усилия:

𝑀в = 𝐹 ∗ ∆𝑆 ⁄ 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝜂 = 3500 ∗ 5/2 ∗ 3,14 ∗ 0,9 = 3,096 кНм, Где 𝛈=0,9 – КПД винтовой пары

Согласно исходным данным, в электроприводе необходимо применить электродвигатель МСА-0,3 со следующими параметрами:

Характеристика	Значение характеристик
	МСА-0,3ВСП
Напряжение питания, В	190/110
Потребляемый ток, А	2,1/3,6
Мощность, Вт	300
Вращающий момент, Нм	3,4
Частота вращения, об/мин	850
КПД,%	66
cos	0,7
Частота, Гц	50

Найдем передаточное отношение передачи: Для первой ступени 𝑖₁=1:

Тогда 𝑛₁ =850*1=850 об/мин Для второй ступени 𝑖₂=0,52:

Тогда 𝑛₂ =850*0,52=442 об/мин

2. Определение номинальной мощности, коэффициента полезного действия электропривода и номинального тока электродвигателя

Произведем расчет мощностей электропривода и по полученным данным построим энергетическую диаграмму

Находим полезную мощность на шибере:

𝑃_ш = 𝐹_ном ∗ 𝑆_ш/𝑡 =3500*220*10⁻³/6=128 Вт

𝜂_ш = 𝑃_ш/𝑃₁

КПД электропривода определяется равенством:

𝜂_эп = 𝜂_д ∗ 𝜂_п ∗ 𝜂_в ∗ 𝜂_с ∗ 𝜂_𝑞 = 𝑃_ш/𝑃₁

Где 𝜂_д=0.66 – КПД трехфазного электродвигателя

𝜂_п=0,985 – КПД зубчатой передачи

𝜂_в=0,9 – КПД винтовой передачи

𝜂_𝑞=0.98 – КПД учитывающий дополнительные потери энергии

𝜂_с=1- (∆Р_𝑐/∆𝑃₄) – КПД скольжения шибера Определяем 𝜂_с

Мощность, переданная на шибер:

𝑃₄ = 𝑃_ш + ∆𝑃_с + ∆𝑃_доб

Находим мощность потерь на трение скольжения о направляющие:

∆𝑃_𝑐 = 𝐺_ш ∗ 𝑞 ∗ 𝜓_ш ∗ 𝑆_ш^⁄𝑡, Где 𝐺_ш=8 кг – масса шибера

𝜓_ш = 0,15 - коэффициент трения скольжения чугун – сталь, тогда

∆𝑃_𝑐 = 8 ∗ 9,8 ∗ 0,15 ∗ 0,220^⁄6=0,431 Вт

Определяем ∆Р_доб, которая не превышает 2% от значения полезной мощности на шибере:

∆Р_доб = 0,02 ∗ 𝑃_ш=0,02*128=2,56 Вт Тогда, Р₄ =128*0,431*2,56=141,23 Вт,

𝜂_с = 1 − (∆Р_с/∆Р₄) =1-(0,431/141,23)=0,99

КПД привода определяется следующим образом:

𝜂_эп = 0,66 ∗ 0,985² ∗ 0,98² ∗ 0,9 ∗ 0,99 ∗ 0,98 = 0,54

КПД механизма электропривода:


п

в
𝜂_м = 𝜂_д ∗ 𝜂³ ∗ 𝜂² ∗ 𝜂_с ∗ 𝜂_𝑞 = 𝑃_ш/𝑃₁

𝜂_м = 0,66² ∗ 0,985³ ∗ 0,9² ∗ 0,99 ∗ 0,98 = 0,327

Определим мощность потребляемую электроприводом:

Р₁ = Р_ш/𝜂_м =128/0,327=391,4 Вт

Р₃- мощность переданная на винт ШВП определяется:

Р₃ = Р₄/𝜂_вп=141,23/0,9=156,9 Вт, где

𝜂_вп=0,85-0,95- КПД винтовой пары качения Потери мощности винтовой передачи:

∆Р_ш = Р₃ − Р₄ =156,9-141,23=15,67 Вт

Определим потери мощности в зубчатых передачах:

∆Р_зуб = Р₂ − Р₃, где

∆Р_зуб=Р₃/𝜂_з =156,9/0,98² =163,37 Вт,

Где 𝜂_з= 0,98², следовательно

Р₂ = Р₃ + ∆Р_зуб=156,9+163,37=320,27 Вт

Находим потери мощности в подшипниках качения:

∆Р_𝑛 = Р₁ − Р₂ =391.4-320.37=71,13 Вт, где

Р₁ = Р₂/𝜂_𝑛 =320.27/0.956=335.01 Вт – полезная мощность на валу

электродвигателя.

Мощность, потребляемая электроприводом из сети:

Р₀ = Р₁/𝜂_дв =335,01/0,66=507,59 Вт, где

𝜂_дв=0,66 – КПД трехфазного электродвигателя переменного тока Находим потери мощности в электродвигателе:

∆Р_д = Р₀ − Р₁ = 507,59 − 335,01 = 172,58 Вт

Определяем момент на валу электродвигателя:


М₂ = 𝐹_ном ∗ ∆𝑆/2 ∗ 𝜋 ∗ 𝜂_м=3500*220*10³/2 ∗ 3,14 ∗ 0,82 =149,5 Нм Номинальный ток электродвигателя определяем из выражения:

Р₁ = √2 ∗ 𝑈 ∗ 𝑐𝑜𝑠_𝜑

^{𝐼 = Р1/}√^{2 ∗ 𝑈 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑=335,01/}√^{2 ∗ 190 ∗ 0,72 =2,4 А} Энергетическая диаграмма мощностей механизма электропривода представлена

на рисунке 2.
^𝑃доп ^𝑃ш

𝑃₀

𝑃₁

𝑃₂ ^𝑃3

𝑃₄

141,23 Вт

2,56 Вт

128 Вт

_{507,59 Вт} 335,01 Вт

156,9 Вт

320,27 Вт

Рисунок 2. Энергетическая диаграмма мощностей электропривода

2. Расчет валика крепления рабочей тяги

По условиям конструкции валик работает на срез. Исходные данные:

Диаметр валика – 26 мм = 0,026 м

Материал – сталь марки 3

Вид нагрузки – знакопеременная Номинальное усилие перевода – 3500 Н Максимально усилие перевода – 6000 Н Усилие удержания шибера при врезе – 8000 Н Допустимые напряжения на срез – 40,0 МРа Предел текучести – 210,0 МПа

Напряжение среза:

^𝜏ср

₌ 2𝐹

𝜋𝑑²

₌ 2∗3500 3.14∗0,026²

= 1.5 МПа

При максимальном усилии на шибере:

_{𝜏 =} 2𝐹_{𝑚𝑎𝑥 =} 2∗6000

= 2.58 МПа

ср _𝜋𝑑2



3.14∗0,026²

При рабочем усилии на шибере (врез):

_{𝜏 =} 2𝐹_{вз =} 2∗8000

= 3,44 МПа

ср _𝜋𝑑2



3.14∗0,026²

2. Схема управления электроприводом ВСП-220Н

В двухпроводной схеме управления стрелочным электроприводом на посту ЭЦ установлены: нейтральное НПС, поляризованное ППС, пусковые стрелочные реле, общее контрольное реле ОК, плюсовое ПК и МК, контрольные реле. Пост ЭЦ соединен двумя проводами Л1 и Л2 (линейными) с реверсирующим реле Р и электроприводом. По этим проводам образуется рабочая цепь для перевода стрелки и контрольная переменного тока для контроля положения стрелки.

В соответствии с рисунком 3 стрелка находится в плюсовом положении. Контрольная цепь, подключенная через трансформатор КТ к источнику переменного тока фиксирует плюсовое положение стрелки. Так реле ОК зашунтировано выпрямительным столбиком ВС так, что через ВС и контакты 33- 34, 31-32 автопереключателя замыкаются отрицательные полуволны переменного тока от полюсов ОХ и ПХ. Через обмотку реле ОК протекает ток, постоянная составляющая которого имеет положительную полярность. Цепочка К-С повышает постоянную составляющую тока, протекающего через реле, и исключает протекание постоянной составляющей через трансформатор.

От постоянной составляющей положительной полярности реле ОК притягивает нейтральный якорь, поляризованный якорь переключается в нормальное положение, и создается цепь включения реле ПК. Через замкнутый

контакт реле ПК, включается зеленая лампочка, контролирующая плюсовое положение стрелки.

Для перевода в минусовое положение ДСП переключает стрелочный коммутатор в положение (-). Образуется цепь включения реле НПС по верхней обмотке через поляризованный контакт реле ППС в нормальном положении с проверкой условий свободности стрелочной изолированной секции (СП) и отсутствия замыкания стрелки в ранее установленном маршруте. Сработав, реле НПС замкнувшими фронтовыми контактами подготавливает цепь включения реле ППС, а так же рабочую цепь питания двигателя Д. Разомкнувшимися тыловыми контактами реле НПС от линейных проводов Л1 и Л2 отключается реле ОК, чем прекращается контроль плюсового положения стрелки. Реле ПК выключается, лампа З гаснет, загорается лампа К.

Реле ППС, сработав по цепи питания нижней обмотки, переключает поляризованный якорь. От полюса рабочей батареи РП к РМ пройдет ток через фронтовые контакты реле НПС, переведенные контакты реле ППС. Линейные провода Л2, Л1, обмотку реле Р и нижнюю обмотку реле НПС. Поляризованное реле Р переключит поляризованный якорь и замкнет рабочую цепь питания двигателя через контакты 11-12 автопереключателя. Стрелка переведется в минусовое положение. На все время перевода реле НПС остается включенным за счет рабочего тока, протекающего по нижней токовой обмотке.

По окончанию перевода стрелки рабочая цепь размыкается контактами 11-12 автопереключателя. Реле НПС выключается, его контакты размыкают рабочую цепь и включают контрольную. Через замкнутые контакты 24-23 и 21-22 автопереключателя выпрямительный столбик ВС подключается параллельно обмотке реле ОК обратной полярностью так, что положительные полуволны переменного тока замыкаются через ВС, а отрицательные – через реле ОК. Реле ОК сработав, переключает поляризованный якорь в переведенное положение, притягивает нейтральный якорь и образует цепь включения реле МК. Загорается желтая лампа контроля минусового положения, красная гаснет.

Рисунок 3. Схема четырех – и двухпроводной схем управления стрелочным электроприводом.

2. Определение дальности установки электропривода

Электроприводы ЭЦ, как правило, удалены от источника электропитания на расстоянии 20-1500м. Для нормальной работы электропривода важен вопрос определения максимального радиуса управления без дублирования жил кабеля. Расчетная формула длины кабеля без дублирования жил кабеля:

L=𝑈_н − 𝑈_д^⁄2 ∗ 𝐼 ∗ 𝑟₁ = 190 − 110/2 ∗ 2,4 ∗ 0,0234 = 758,16 м

Где 𝑈_н - напряжение источника

𝑈_д - напряжение на зажимах электродвигателя

𝑟₁ - 0,0234 Ом/м сопротивление медной жилы кабеля диаметром 1мм

𝐼 – рабочий ток электродвигателя

2. Заключение

В ходе выполнения контрольной работы была рассмотрена кинематическая схема электропривода ВСП-220, его основные характеристики и назначение, произведен кинематический расчет электропривода, рассчитана номинальная мощность и номинальный ток электродвигателя МСТ-0,25, произведен прочностной расчет валика крепления рабочей тяги, составлена схема управления электроприводом и определена максимальная дальность установки электропривода ВСП-220 от источника питания.

2. Список используемой литературы

1. 
   Электропривод в устройствах жд автоматики и телемеханики. Задание на контрольную работу с методическими рекомендациями, 2005г. – 31с
   
2. 
   Решетов Д.М. Детали машин. – М.:Машиностроение, 1989г.-496с.
   
3. 
   Резников Ю.М. Электроприводы жд автоматики и телемеханики. – М.: Траспорт, 1985г. – 288с.
   
4. 
   Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура жд автоматики и телемеханики: Справ.Т.1. – НПФ «Планета», 2000г - 960с.
   
5. 
   Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура жд автоматики и телемеханики: Справ.Т.2. – НПФ «Планета», 2000г - 1008с.