EA005431B1 - Электромеханический регулируемый привод выгребной цепи щебнеочистительной машины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам привода оборудования для разработки и транспортирования материалов, конкретно к электромеханическим приводам выгребных цепей щебнеочистительных машин. Привод предназначен для плавного регулирования скорости выгребной цепи. Электромеханический привод 1, включающий нерегулируемые электродвигатели 2, снабжен частотно регулируемым электродвигателем 3, а редуктор 4 имеет ряд встроенных планетарных передач (дифференциалов). Солнечные шестерни 12 планетарных рядов связаны через систему шестерен 7, 8, 9, 10 с регулируемым двигателем 3, каждый из эпициклов 13 ряда связан с одним из нерегулируемых двигателей 2, а водила 15 имеют жестко закрепленные на них шестерни 16, передающие и суммирующие через колесо 17 движение приводной звездочки 5 (через шестерню 18 и колесо 19). Частотное регулирование производится по сигналу датчиков для контроля мощности (тока), например, преобразователями частоты на IGBT-структурах для асинхронных двигателей, с передачей сигнала на датчик изменения скорости выгребной цепи. При полной нагрузке регулируемый двигатель развивает постоянный, независимый от частоты вращения момент, имеющий всегда одно и то же направление при любом направлении вращения двигателя. При «прямом» направлении вращения двигатель преодолевает номинальный момент, направленный встречно вращению. При противоположном направлении вращения двигатель преодолевает тормозной номинальный момент. Изобретение повышает надежность технологического процесса и сокращает число простоев ЩОМ.

Description

Область техники

Изобретение относится к средствам привода оборудования для разработки и транспортирования материалов, конкретно к электромеханическим приводам цепных исполнительных органов щебнеочистительных машин (ЩОМ), и предназначено для использования в конструкциях приводов выгребных цепей и системах управления работой ЩОМ в целом.

Уровень техники

Известны современные ЩОМ с однотипными цепными выгребными устройствами - КМ-80, КМ-76, СЧ-600, СЧ-601, СЧУ-800, АХМ-801.

Указанные ЩОМ предназначены для непрерывной вырезки щебёночного балласта из-под рельсошпальной решётки, его подачи на очистку с последующей дозированной укладкой чистого балласта обратно в путь.

Вырезку и подачу на очистку осуществляет цепной рабочий орган, приводимый в движение электромеханическим (СЧ) или гидромеханическим (КМ, АХМ) приводом.

При разработке балластной призмы наблюдаются значительные изменения внешних сопротивлений, вызываемые изменением прочности (разрушаемости) призмы, затуплением режущего инструмента и т. п.

Статистические данные, полученные в процессе эксплуатации и обследования ЩОМ, показывают, что в пределах объекта и зоны эксплуатации одной ЩОМ показатели разрушаемости загрязненного балласта могут отличаться в 1,5-2,0 раза, а средняя степень затупления рыхлителя - в 1,25-1,5 раза.

Это значит, что возникает необходимость в применении приводов с достаточно широким диапазоном плавного устойчивого регулирования скоростей резания (рыхления) цепи для сохранения в процессе работы постоянного сечения среза при заданной мощности привода, обеспечения оптимума производительности.

Отечественный и зарубежный опыт разработки и эксплуатации ЩОМ также подтверждает необходимость регулирования скорости движения выгребной цепи. Так, например, привод выгребной цепи КМ80 имеет четыре позиционные скорости: 1,8; 2,4; 2,7 и 3,4 м/с, а гидростатический привод машины АХМ801 обеспечивает плавное регулирование в диапазоне 1,8-3,2 м/с (Прототип. Железные дороги мира. 1998, № 9, с. 61-62).

Одним из недостатков обозначенных приводов является недостаточная глубина регулирования, отсутствие плавного регулирования.

Процесс разрушения балластной призмы наиболее эффективно происходит при большей толщине стружки, что возможно при меньших скоростях резания (рыхления). По условиям разгона цепи достаточна скорость выгребной цепи 1,1-1,5 м/с. Эту минимальную скорость можно использовать при работе на слабых призмах. При прочных призмах и при необходимости срочной разгрузки выгребного устройства целесообразно использовать максимальные скорости до 3,5 м/с.

Общая глубина регулирования скорости выгребной цепи на основании вышеизложенного должна составлять К_рег. = 2,5-3.

Другим недостатком имеющихся приводов выгребных цепей является отсутствие контроля и согласования скоростей передвижения ЩОМ и вращения цепи в зависимости от загрузки. Контроль загруженности выгребной цепи осуществляется машинистом визуально, что при субъективном изменении скоростей цепи и подачи приводит к неэффективности регулирования и поломкам оборудования. Для решения проблемы регулирования привод должен содержать датчики, регистрирующие изменение нагрузки (датчики мощности, тока) с передачей данных на компьютерные контрольно-измерительные системы, которые установлены практически на всех ЩОМ или на автоматические системы управления передвижением ЩОМ.

Известно использование на выгребных устройствах ЩОМ только гидромеханического непрерывно регулируемого привода (см. указанный выше прототип).

Непрерывно регулируемые электромеханические приводы выгребных цепей ЩОМ не известны.

Электромеханический привод для осуществления регулирования должен содержать частотно регулируемый электродвигатель и передающие понижающие дифференциальные передачи.

Известны частотно регулируемые трехфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с жесткими характеристиками, которые могут использоваться в приводе, например, 5А 225 М4УЗ.

Известно использование планетарных рядов (дифференциалов), суммирующих движение от электродвигателей и обеспечивающих процедуру плавного непрерывного реверсирования и изменения скоростей с высоким КПД (Прототип. Зубков В.М. Схемное проектирование трансмиссий транспортных машин. Волгоград, 1998). Передачи используются в основном в ходоуменьшителях.

Сочетание частотно регулируемого трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя небольшой мощности с основными нерегулируемыми асинхронными двигателями и рядом планетарных передач в редукторе при наличии ограничения и контроля загрузки двигателей (по допустимой мощности, току) позволяет создать новый электромеханический непрерывно регулируемый привод с необходимой глубиной регулирования для применения на выгребных устройствах новых и при модернизации существующих ЩОМ.

-1005431

Момент, приложенный к выходному валу регулируемого двигателя, должен быть постоянным и иметь всегда одно и то же направление при любом направлении вращения двигателя.

Следует подчеркнуть, что в таком приводе частотный (теристорный) преобразователь будет иметь значительно меньшую массу, габариты и электрические потери, по сравнению с преобразователями, рассчитываемыми на полную мощность привода.

Задача изобретения - обеспечение высоких регулировочных и маневренных возможностей электромеханического привода и с его помощью - оптимального контролируемого режима работы выгребного устройства щебнеочистительной машины с соблюдением требований по обеспечению минимальных массово-габаритных характеристик, электрических потерь мощности и стоимости теристорного преобразователя.

Сущность изобретения

В соответствии с изложенной задачей предметом изобретения является создание электромеханического регулируемого привода выгребной цепи щебнеочистительной машины, в котором установлен частотно регулируемый трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, работающий совместно с нерегулируемыми асинхронными приводными электродвигателями.

Для суммирования движения всех электродвигателей и обеспечения плавного непрерывного изменения скоростей выгребной цепи редуктор привода имеет ряд встроенных планетарных передач (дифференциалов).

Привод обеспечивает плавное изменение рабочих скоростей цепи в пределах регулирования К_рег. = 2,5-3 при прямом и «обратном» направлении вращения ротора частотно регулируемого двигателя. Эта глубина регулирования перекрывает весь диапазон необходимых при работе выгребной цепи скоростей.

Для обеспечения регулирующего воздействия и суммирования мощности электродвигателей солнечные шестерни планетарных рядов связаны через систему шестерен с регулируемым двигателем, каждый из эпициклов ряда связан с одним из нерегулируемых двигателей привода, а водила имеют жестко закрепленные на них суммирующие и передающие шестерни. Момент, приложенный к выходному валу регулируемого двигателя, является постоянным, независимым от частоты вращения и имеет всегда одно и то же направление при любом направлении вращения двигателя. При «прямом» направлении вращения двигатель преодолевает номинальный момент, направленный встречно вращению. При противоположном направлении вращения двигатель преодолевает тормозной номинальный момент.

Частотное регулирование производится, например, преобразователями частоты на ЮВТ-структурах для асинхронных двигателей по показаниям датчиков для контроля мощности (тока) и скорости, контролирующих загрузку выгребной цепи.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2, где фиг. 1 представляет электромеханический регулируемый привод выгребной цепи щебнеочистительной машины на виде сверху, фиг. 2 представляет кинематическую схему электромеханического привода.

Электромеханический привод 1 состоит из нерегулируемых электродвигателей 2, частотно регулируемого электродвигателя 3, редуктора 4, приводной звездочки 5, передающих муфт 11, датчиков контроля мощности (тока) и скорости выгребной цепи.

Электродвигатели 1, 2 и 3 асинхронные, трехфазные, короткозамкнутые. Тип электродвигателей вертикальный, фланцевый, влагопылезащищенного исполнения, с одним свободным концом.

Электродвигатель 3 - частотно регулируемый.

Редуктор 4 - четырехступенчатый, с цилиндрическими зубчатыми колесами и встроенными планетарными передачами (дифференциалами).

I ступень редуктора - регулирующая, которая имеет шестерню 7, паразитные шестерни 8, 10 и колеса приводные 9.

II ступень - дифференциалы, имеют солнечные шестерни 12, эпициклы 13, сателлиты 14, водила 15.

Ш ступень - передающая, суммирующая, имеет шестерни 16 и колесо 17.

IV ступень обеспечивает вращение звездочки 5 и имеет шестерню 18 и колесо 19.

Номинальная частота вращения ротора основных нерегулируемых электродвигателей 1480 об/мин, диапазон частот вращения ротора регулируемого двигателя (-1470...+1470) об/мин.

Так как регулируемый двигатель может нагружаться номинальным моментом даже при частоте вращения, близкой к нулю (середина диапазона регулирования), что может привести к перегреву обмоток, то класс изоляции двигателя должен быть «Р».

Номинальная мощность основных двигателей выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к выгребному устройству.

В данном изобретении описан электромеханический привод с двумя приводными электродвигателями и двойным планетарным рядом. Передаточное число редуктора подбирается, исходя из необходимой глубины регулирования (К_рег. = 2,5-3).

Электромеханический привод работает следующим образом.

Вращение от электродвигателя 3 передается через цилиндрические колеса I ступени с прямыми зубьями 7, 8, 9, 10 и муфты на солнечные шестерни 12 дифференциалов.

-2005431

Вращение от электродвигателей 2 передается на эпициклы 13 дифференциалов.

При вращении солнечных шестерен 12 и эпициклов 13 дифференциальный механизм суммирует движение от электродвигателей на шестернях 16 ступени III, которые жестко связаны с водилами 15 дифференциалов. Солнечная шестерня 12 и три сателлита 14 собраны в корпусе составного водила 15.

Шестерни 16 III ступени передают вращение на колесо III ступени 17 и далее через шестерню 18 и колесо IV ступени 19 - на цепную звездочку 5. Звездочка 5 приводит во вращение выгребную цепь 6.

Запуск регулируемого двигателя производится на холостом ходу, при этом нагрузка на валу двигателя минимальная. При работе на полной нагрузке регулируемый двигатель развивает номинальный момент, независимый от частоты вращения. Момент, приложенный к выходному валу двигателя, является постоянным и имеет всегда одно и то же направление при любом направлении вращении двигателя. Таким образом, при «прямом» направлении вращения двигатель преодолевает номинальный момент, направленный встречно вращению, при противоположном направлении вращения двигатель преодолевает тормозной номинальный момент.

В итоге на приводную звездочку 5 выгребной цепи передается через редуктор 4 суммарная мощность совместно работающих частотно регулируемого электродвигателя 3 и двух основных электродвигателей 2.

Скорость цепи корректируется по показателям датчиков контроля мощности (тока), фиксирующих загрузку выгребной цепи, с помощью, например, преобразователей частоты на ЮВТ-структурах для асинхронных двигателей и датчиков изменения скорости.

Промышленная применимость

Предложенное решение выполнимо обычными средствами, хорошо освоенными промышленностью, легко компонуется. Оно осуществлено и испытано на выгребной цепи в процессе эксплуатации ЩОМ СЧ-600. С помощью регулируемого привода предполагается значительно сократить число простоев ЩОМ в «окне» по причине нарушения технологического процесса и связанных с этим поломок.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ.

   1. Электромеханический регулируемый привод выгребной цепи щебнеочистительной машины, включающий приводные двигатели, редуктор, передающие механизмы, пусковую и блокировочную аппаратуру, контрольно-измерительную или автоматизированную систему управления исполнительными органами, отличающийся тем, что электромеханический привод снабжен частотнорегулируемым асинхронным электродвигателем, работающим совместно с нерегулируемыми приводными асинхронными электродвигателями, а редуктор имеет ряд встроенных планетарных передач (дифференциалов), суммирует движение от электродвигателей и обеспечивает плавное изменение скоростей выгребной цепи в пределах глубины регулирования К_рег. = (2,5-3), причем солнечные шестерни планетарных рядов связаны через систему шестерен с регулируемым двигателем, каждый из эпициклов ряда через шестерни - с одним из нерегулируемых двигателей, а водила имеют суммирующие и передающие жестко закрепленные на них шестерни, при этом частотное регулирование производится, например, преобразователями частоты на ЮВТ-структурах для асинхронных двигателей по показаниям датчиков для контроля мощности (тока), фиксирующих загрузку выгребной цепи, и скорости.
2. 2. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что при полной нагрузке регулируемый двигатель развивает постоянный, независимый от частоты вращения момент, имеющий всегда одно и то же направление при любом направлении вращения двигателя, при этом при «прямом» направлении вращения двигатель преодолевает номинальный момент, направленный встречно вращению, при противоположном направлении вращения двигатель преодолевает тормозной номинальный момент.