CZ18752U1 - Zařízení pro ovládání a kontrolu pohonu břevna závory - Google Patents

Description

Zařízení pro ovládání a kontrolu pohonu břevna závory

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro ovládání a kontrolu mechanické výstrahy u světelných přejezdových zabezpečovacích zařízení prostřednictvím elektromechanického pohonu břevna závory.

Dosavadní stav techniky

Dosud se používají na železničních přejezdech dva alternativní principy pohonů břeven závor s elektromechanickým přenosem energie, a to

a) pohon elektromotorem pouze pro otevírání závory, neboli pohon s pasivním sklápěním, tj. i o gravitační nebo pružinou,

b) pohon elektromotorem s reverzací chodu, neboli pohon s nuceným sklápěním.

Samotná volba principu souvisí s koncepcí bezpečnosti provozu světelných přejezdových zabezpečovacích zařízení se závorami, která byla přijata příslušnou železniční správou.

a) V České republice se používá pohon elektromotorem pouze pro otevírání závor. V základní, tj.

zvednuté poloze, je nevyvážené břevno závory postaveno svisle a je zapevněno jednou elektromagneticky ovládanou západkou, která je v této poloze elektricky buzena. Vydáním povelu ke sklopení břevna závory dojde k přerušení budícího proudu západky a tím k uvolnění hnací hřídele nesoucí břevno závory. Břevno závory se následně sklopí působením své nevyvážené hmotnosti.

Výhodou tohoto řešení je sklopení břevna závory nezávisle na dodávce elektrické energie a funkci motoru. Nevýhodou je však riziko předčasného sklopení břevna závory v případě poruchy západky nebo jejího elektrického obvodu, to znamená sklopení břevna závory, aniž by povel ke sklopení byl vydán, a rovněž riziko, že se břevno závory nesklopí vůbec anebo se sklopí opožděně, to v případě extrémně nepříznivých klimatických podmínek.

b) Dále existuje pohon elektromotorem s reverzací chodu.

V základní, tj. zvednuté poloze, je vyvážené břevno závory mechanicky zapevněno. Po vydání povelu ke sklopení břevna závory je působením motorické síly mechanické zapevnění zrušeno. Břevno závory se následně sklápí nucené, tj. motorem.

Výhodou takového řešení je vyloučení rizika předčasného sklopení břevna z důvodu poruchy.

Nevýhodou je nesklopení břevna závory anebo jeho pozdní sklopení v případě přerušení napájení motoru nebo v případě poruchy motoru.

Problematikou řízení motoru pohonu se zabývá patent US 6 307 339, který se týká regulace otáček motoru pohonu závory na základě údajů ze senzoru monitorujícího napětí kotvy motoru s využíváním dynamického brzdění DC motoru, kde se motor chová jako generátor, připojením impedance, speed limiter, paralelně ke kotvě motoru. Patent se však zaměřuje pouze na samotný motor a různá technická řešení snímání a regulace otáček motoru. Patent US se netýká principu přihlašovaného technického řešení, vůbec neřeší způsob zajištění břevna závory v homí koncové poloze a vyhodnocení koncových poloh břevna. Regulace motoru se v tomto spisu US provádí na základě snímání parametrů motoru. Přihlašované technické řešení provádí regulaci motoru na základě polohy břevna.

Patent DE 1105453, který je nejbližším stavem techniky přihlašovanému technickému řešení, řeší elektromotorický pohon závor, zejména pro železniční přejezdy. Patent se zabývá ovládáním motoru pohonu tak, aby doba sklápění byla odlišná od doby zvedání břevna závory. Baterie, která dodává provozní napětí, je totiž rozdělena na několik stejných částí, přednostně na dvě poloviny, které jsou při pohybu závor vzhůru zapojeny sériově, tedy za sebou, a při pohybu dolů

- 1 CZ 18752 Ul jsou zapojeny paralelně, tedy vedle sebe. Při použití derivačního motoru zůstává budící vinutí zapojeno na plné napětí baterie, zatímco napětí na vinutí kotvy motoru je měněno. Vinutí kotvy motoru je při pohybu vzhůru zapojeno na plné napětí baterie, a při pohybu dolů je paralelně k vinutí kotvy připojen odporový bočník a krátce před dosažením koncových poloh je vinutí kotvy od baterie odpojeno. Se zpožděním je vybuzen brzdový magnet tak, že brzda zapne teprve při doběhu motoru.

Pohon obsahuje pružinu, nebo protizávaží, které při výpadku proudu vykývne břevno závor tak daleko z homí koncové polohy, z polohy těžiště, že břevno svou vlastní váhou spadne do zavřené polohy. Bočník, derivační zapojení, sestávající ze sériového zapojení odporu a blokovacího usměrňovače, je zapojen paralelně k vinutí kotvy motoru. Při sklápění spolu s vinutím kotvy motoru tvoří dělič napětí a po odpojení baterie působí jako brzdicí proudový obvod. Budící vinutí motoru je při dosažení dolní koncové polohy břevna závory se zpožděním odpojeno a po zapnutí brzdy se v převodovce prostřednictvím relé uvede do pohybu proti účinku pružiny stojící blokovací zařízení, například západka, která vypne brzdicí magnety.

Podstata technického řešení

Nevýhody dosud používaných řešení odstraňuje zařízení pro ovládání a kontrolu pohonu břevna závory podle tohoto technického řešení, jehož podstatou je to, že zahrnuje obousměrný hnací motor, hlavní hnací hřídel a snímače polohy břevna závory, a to vše elektronicky připojeno na řídicí jednotku, přičemž toto zařízení je kombinací zařízení pro nucené sklápění břevna závory elektromotorem a zařízení pro pasivní sklápění vlastní hmotností břevna.

Podstatou zařízení je také to, že hnací prvky pohonu břevna závory jsou seskupeny do samostatné větve, nezávislé na zapevňovacích prvcích. Je výhodné, když zapevňovacími prvky v homí koncové poloze břevna jsou dva funkčně nezávislé okruhy brzd s testováním jejich funkce a vyhodnocením funkčnosti brzdového okruhu.

Zařízení podle tohoto technického řešení je s výhodou konstruováno tak, že je hřídel sériového derivačního motoru je přes třecí spojku a převody připojena na hlavní hnací hřídel, přičemž druhý převod je současně přes dvě volnoběžky připojen na brzdicí hřídel, na které jsou upevněny dvě nezávislé elektricky řazené třecí brzdy, a že k hlavní hnací hřídeli je pomocí třetího převodu připojena měřicí hřídel, na které jsou upevněny dva úhlové snímače, připojené elektronicky k řídicí jednotce, která ovládá obousměrný hnací motor a zpracovává informace o úhlu natočení hlavní hřídele ze snímačů. Je výhodné, když tento třetí převod je tvořen ozubenými koly s přímým ozubením a když snímače jsou rotační úhlové snímače.

Funkce zařízení je následující. Na základě povelového signálu vydá řídicí jednotka povel ke sklopení břevna závory. Tím dojde k zrušení zapevnění břevna závory v homí koncové poloze a k zapnutí elektromotoru který břevno sklápí dokud nedosáhne předem volitelně nastaveného úhlu s vodorovnou rovinou. Načež řídicí jednotka vydá povel k vypnutí elektromotoru. Snímače polohy hlavní hnací hřídele nepřetržitě snímají úhel natočení hlavní hřídele nesoucí břevno závory a řídicí jednotka provádí vyhodnocování koncové polohy břevna. Je výhodné, když se poloha břevna závory snímá více než jedním snímačem a když se informace ze snímačů porovnávají, přičemž při nesouladu zjištěných údajů není vyhodnocena koncová poloha břevna závory.

Technické řešení kombinuje pohon s pasivním a nuceným sklápěním a tím soustřeďuje výhody a eliminuje nevýhody obou principů. Výhodným uspořádáním funkčních prvků pak dochází k interakci obou způsobů, při které se dosahuje nového a vyššího účinku, než u původně používaných řešení. Toto nové uspořádání funkčních prvků spočívá částečně ve zdvojení stěžejních prvků a jejich funkcí.

Z pohledu funkce pohonu se to týká

- způsobu zajištění funkce sklopení břevna závory,

- způsobu zajištění funkce zapevnění břevna závory v homí koncové poloze,

CZ 18752 Ul

- způsobu zajištění funkce vyhodnocení koncových poloh břevna závory.

Funkční prvky jsou uspořádány do tří paralelních větví, a to větve hnací, větve zapevňující břevno závory v homí koncové poloze a větve snímací. Tyto větve jsou pomocí mechanického převodu spojeny s hlavní hřídelí, na které je upevněno břevno závory.

- Větev hnací se skládá z hřídele stejnosměrného elektromotoru, hnací hřídele, která je přes spojku spojena s mechanickým převodem.

- Větev zapevňující břevno závory v homí koncové poloze, kterou také lze nazvat brzdící větev, se skládá ze dvou nezávislých brzdových okruhů. Každý brzdový okruh je tvořen elektricky řazenou třecí brzdou a mechanickou volnoběžkou.

- Větev snímací je tvořena dvojicí bezkontaktních elektronických snímačů polohy, které jsou upevněny na snímací hřídeli.

Zdvojení stěžejních funkcí a prvků se týká funkce sklápění, funkce zapevnění břevna závory v homí koncové poloze a funkce vyhodnocení homí a dolní koncové polohy.

Tedy je zde funkce sklápění. Gravitační sklápění je doplněno o sklápění nucené, motorické.

Důležité je, že schopnost gravitačního sklopení břevna závory není dotčena a pohon nadále zůstává pohonem gravitačním ve smyslu výše uvedeného popisu. Schopnost gravitačního sklopení břevna nemůže být negativně ovlivněna ani extrémními klimatickými podmínkami. Tím je dosaženo vysoké spolehlivosti funkce sklápění.

Dále je zde funkce zapevnění břevna závory v homí koncové poloze. Každý z brzdových okruhů je svým brzdným momentem schopen samostatně jistit břevno závory v honí koncové poloze. Činnost brzdových okruhů je funkčně testována. Po každém zvednutí břevna závory do homí koncové polohy je střídavě na krátkou dobu vždy přerušen jeden z okruhů a je kontrolována funkce nepřerušeného okruhu, to znamená, že je kontrolováno, zda jeho brzdný moment je dostatečný k zajištění břevna závory v homí koncové poloze. Porucha okruhu je indikována a hlášena obsluze. Tím je zajištěna rychlá oprava porouchaného okruhu a je dosaženo bezpečné funkce zapevnění břevna závory v homí koncové poloze.

Je zde také funkce vyhodnocení homí a dolní koncové polohy břevna závory. Dva snímače nepřetržitě snímají úhel natočení hlavní hřídele nesoucí břevno závory. Pro vyhodnocení koncové polohy, homí nebo dolní, je nutné nahlášení příslušné polohy oběma snímači ve stejném čase.

Stav nesouladu je vyhodnocen poruchou prostřednictvím kontrolních obvodů pohonu. Tím je dosaženo bezpečné funkce vyhodnocení koncové polohy břevna závory.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je nakreslena schematicky mechanická vazba mezi funkčními částmi pohonu závor. Na obr. 2 je blokové schéma řízení a kontroly pohonu závory.

Příklady provedení technického řešení

Hřídel sériového derivačního motoru 10 je přes třecí spojku 11 připojena na první převod 12. Odsud se její pohyb přenáší přes druhý převod 13 na hlavní hnací hřídel 1. Druhý převod 13 je současně přes dvě volnoběžky 9, 9' připojen na brzdicí hřídel 16, na které jsou uspořádány dvě nezávislé elektricky řazené třecí brzdy 7, 8. Otáčivý pohyb hlavní hnací hřídele 1 je pomocí třetího převodu 14, tvořeného ozubenými koly s přímým ozubením, převáděn na měřicí hřídel 15, na které jsou upevněny dva úhlové snímače 2, 3 optoelektronické konstrukce. První snímač 2 polohy hlavní hnací hřídele 1 a druhý snímač 3 polohy hlavní hnací hřídele 1 jsou elektronicky připojeny na řídicí jednotku 6, do které jsou současně přiváděny povelové signály 4. Z výstupu řídicí jednotky 6 vycházejí povelové signály 5 pro první brzdu 7, druhou brzdu 8 a pro obousměrný hnací motor 10. Brzdy 7 a 8 jsou mechanicky spojeny s volnoběžkami 9 a 9'.

- 3 CZ 18752 Ul

Když je třeba závoru zvednout, řídicí jednotka 6 na základě bezpečného povelu od přejezdového zabezpečovacího zařízení a na základě informace o poloze břevna závory od obou úhlových snímačů 2, 3 vydá povel motoru 10, který se začne otáčet. Otáčky motoru 10 jsou elektronicky regulované tak, aby ke zvednutí břevna závory došlo v nastaveném intervalu a současně, aby záběrový moment při zahájení zvedání břevna závory byl co nejvyšší a doběh do homí koncové polohy byl plynný bez rázů do mechanické části pohonu.

Z pohledu regulace je tak zvedání rozděleno do více volitelných regulačních oblastí. Pro omezení proudového nárazu při záběrové momentu motoru 10 umožňuje řídicí jednotka 6 nastavení počátku zvedání tak, aby jednotlivé pohony závor na přejezdu zahájily zvedání s krátkým časoío vým odstupem. Povelem ke zvednutí břevna závory rovněž dojde k zapevnění brzd 7, 8. Pohyb břevna závory při zvedání je umožněn protáčením volnoběžek 9, 9'. Pohyb hřídele motoru 10 se přes spojku 11 a převody 12 a 13 přenese na hlavní hnací hřídel I. Oba snímače 2, 3 vyhodnocují pohyb hlavní hnací hřídele I a jakmile se dostane do krajní polohy, kdy je břevno závory v homí koncové poloze, řídicí jednotka 6 vydá povel k zastavení motoru 10. Informace o homí koncové poloze břevna závory je přejezdovému zabezpečovacímu zařízení poskytnuta pouze v případě, že tuto polohu vyhodnotily oba úhlové snímače 2, 3 ve stejném časovém okamžiku. Na základě informace o homí koncové poloze vydá přejezdové zabezpečovací zařízení bezpečný povel k testu brzdového okruhu. Děje se tak střídavě po každém zvednutí, že po jednom zvednutí je přerušen na dobu 3 - 5 s obvod brzdy 8 a sledována je schopnost zapevnění břevna závory v homí koncové poloze brzdou 7, po dalším zvednutí je na stejnou dobu přerušen obvod brzdy 7 a sledována je schopnost zapevnění břevna závory brzdou 8. Nedostatečná schopnost některé z brzd 7, 8 je detekována ztrátou informace o homí koncové poloze. Na základě této informace dojde k obnovení povelu pro zvednutí, když je břevno závory motorem 10 dotaženo, a k okamžitému přerušení testu. Negativní výsledek testuje nahlášen obsluze.

V případě, že je třeba břevno závory sklopit, na základě bezpečného povelu od přejezdového zabezpečovacího zařízení dojde k přerušení obvodů brzd 7, 8. Tím je zahájeno gravitační sklápění. Ve stejném okamžiku na základě tohoto povelu a na základě informace o poloze břevna závory od úhlových snímačů 2, 3, řídicí jednotka 6 vydá povel motoru 10 k opačnému, reverzačnímu pohybu a tím je zahájeno nucené motorické sklápění. Pohyb hřídele motoru 10 se popsaným způsobem přenese na hlavní hřídel i. Současně oba snímače 2, 3 vyhodnocují pohyb hlavní hřídele 1. Otáčky motoru 10 jsou elektronicky regulované tak, aby ke sklopení břevna závory došlo v nastavitelném intervalu 5 -10 s.

Z pohledu regulace je sklápění rozděleno do více volitelných regulačních oblastí. Po dosažení předem nastaveného volitelného úhlu břevna závory, je napájení obvodu kotvy motoru 10 vypnuto a obvod kotvy je přemostěn dynamicky se měnící zátěží, která umožní plynulé dosažení dolní koncové polohy. Informace o dolní koncové poloze břevna závory je přejezdovému zabezpečovacímu zařízení poskytnuta pouze v případě, že tuto polohu vyhodnotily oba úhlové snímače 2, 3 ve stejném časovém okamžiku.

Pohon závory je vybaven diagnostikou s archivací zaznamenávaných diagnostických dat. Jakmile dojde k poruše v jakékoliv fázi pohybu břevna závory, například k přerušení proudu, řídicí jednotka 6 nedostane shodný signál od obou snímačů 2, 3, je vyslán varovný signál obsluze zařízení.

Průmyslová využitelnost

Toto technické řešení je vhodné pro ovládání mechanické výstrahy na železničních přejezdech.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro ovládání a kontrolu pohonu břevna závory, vyznačující se tím, že zahrnuje řídicí jednotku (6), ke které je elektronicky připojen obousměrný hnací motor (10), hlavní hnací hřídel (1) a snímače (2, 3) polohy břevna závory, přičemž toto zařízení je kombinací

   5 zařízení pro nucené sklápění břevna závory elektromotorem a zařízení pro pasivní sklápění vlastní hmotností břevna.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že hnací prvky pohonu břevna závory jsou seskupeny do samostatné větve, nezávislé na zapevňovacích prvcích.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že zapevňovacími v homí koncové ío poloze břevna jsou dva funkčně nezávislé okruhy brzd (7, 8) s testováním jejich funkce a vyhodnocením funkčnosti brzdového okruhu.
4. 4. Zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že hřídel sériového derivačního motoru (10) je přes třecí spojku (11) a převody (12, 13) připojena na hlavní hnací hřídel (1), přičemž druhý převod (13) je současně přes dvě volnoběžky (9, 9') připojen na brzdicí hřídel

   15 (16), na které jsou upevněny dvě nezávislé elektricky řazené třecí brzdy (7, 8), a že k hlavní hnací hřídeli (1) je pomocí třetího převodu (14) připojena měřicí hřídel (15), na které jsou upevněny dva úhlové snímače (2, 3), připojené elektronicky k řídicí jednotce (6), která ovládá obousměrný hnací motor (10) a zpracovává informace o úhlu natočení hlav hřídele (1) ze snímačů (2, 3).

   20 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že třetí převod (14) je tvořen ozubenými koly s přímým ozubením a snímače (2, 3) jsou rotační úhlové snímače.