Введение к работе
Актуальность проблемы. С 80-х годов на сети дорог находят применение релейно-контактные устройства с жидкометаллическими контактами (ЖМК). Особенностью таких устройств является смачивание зоны контактирования (ЗК) электропроводной жидкостью (как правило, ртутью или ее амальгамами). Поэтому устройства с ЖМК обладают рядом преимуществ: низкой величиной и высокой стабильностью переходного сопротивления, отсутствием электрического дребезга при коммутации цепей, высоким ресурсом и не требуют регулировки в процессе эксплуатации.
В настоящее время в системах железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) эксплуатируются десятки тысяч импульсных путевых приемников с язычковыми КМК (реле ИВГ.ИВГ-М). На ряде дорог также применяются экспериментальные образцы трансмиттерных герко-новых коммутаторов (реле ТГ). Опыт эксплуатации перечисленных устройств в путевых условиях СЖАТ подтверждает известное положение о высоком ресурсе и стабильности электрических параметров язычковых ЖМК. Это создает предпосылки для многократного увеличения срока службы без замены и регулировки путевых устройств на базе ЖМК и соответствующего снижения затрат на содержание СЖАТ.
Однако, наряду с положительными свойствами, наблюдается значительное число отказов, что вызывает задержки поездов.
Наличие жидкости, способной перемещаться внутри корпуса ЖМК, способствует возникновению нетрадиционных для СЖАТ отказов. К тагам отказам относятся: увеличение длительности мостовог-е-переключения (Jfffl), т.е. времени, в течение которого существует электрическая цепь между нормально-разомкнутым (HP) и нормаль но-замкнутым (НЗ) выводами при переключении геркона; постоянное перемыкание ісонтактов. Эксплуатируемые на сети дорог дешифраторы кодов недостаточно защищены от таких отказов, поэтому в ряде случаев могут возникать опасные для движения поездов состояния.
Также снижают безопасность отказы устройств с ЖМК, заключающиеся в дроблении кодов при сверхнормативном увеличении уровня управляющего сигнала.
Для сокращения задержек и повышения безопасности движения поездов необходимы исследования причин возникновения и разработка путей устранения данных отказов.
В последние годы отечественной промышленностью разработаны новые виды ЖМК: язычковый МКДР-45281 и плунжерный МКАР-38201 (в дальнейшем, МКДР и МКАР), которые обладают рядом преимуществ (по сравнению с серийно выпускаемыми и эксплуатируемыми в СЖАТ контактами МКСР-45181, в дальнейшем, МКСР): более высокой коммутируемой мопщостью, несвариваемостью и размыканием под действием силы тяжести. Достоинства таких ЖМК предопределяют возможность создания путевых приемников и коммутаторов с улучшенными характеристиками, применение которых повысит надежность и безопасность СЖАТ.
Требования по исключению опасных отказов и особенности СЖАТ, особенности и отсутствие опыта эксплуатации новых ЖМК вызывают необходимость исследований по определению совместимости их параметров с действующими устройствами и целесообразности применения. Также требуется разработка новых, более аффективных схем искрога-шения для устройств с ЖМК.
Разработка новых путевых приемников с ЖМК сдерживается отсутствием приемлемых для СЖАТ методов реализации полярной и фазовой избирательности геркона.- Внедрение таких путевых приемников позволит улучшить работу рельсовых цепей (РЦ).
Цель работы - исследование особенностей ЖМК и разработка методов построения путеЕЫХ устройств СЖАТ на базе ЖМК.
Задачами диссертации являются:
1. Определение причин отказов импульсных путевых приемников с ЖМК, связанных с: а) увеличением ДМП; б) постоянным перемыкали-
ем контактов, в) выключением при сверхнормативном напряжении, и разработка рекомендаций по их устранению;
-
Разработка аналитической методики оценки ДМИ язычкового КМК с капиллярной подпиткой;
-
Разработка схемных решений по стабилизации временных параметров кодов и по искрогашению на контактах устройств с ЛМК;
-
Определение причин отказов коммутаторов с ЖМК и разработка рекомендаций по их устранению;
-
Разработка методов построения приемников с полярной и фазовой избирательностью на базе ЖМК;
-
Исследование возможности применения JMK новых типов в СЖАТ.
Методы исследования осноеэны на применении: теории дифференциального исчисления; методов численного интегрирования; математического моделирования и натурных экспериментов процессов движения жидкости в ЖМК и процессов в электрических и магнитных цепях.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель процесса движения жидкости в язычковом ЖК с капиллярной подпиткой; предложена гидро-капиллярная методика оценки ДМП;
разработана математическая модель для расчета перераспределения сил в ЗК импульсного путевого приемника с ЖМК при сверхнормативном увеличении уровня управляющего сигнала;
разработаны метод построения входной цепи импульсного путевого приемника, повышающей безопасность и стабильность временных параметров кодов; метод построения выходной цепи, обеспечивающей искрогашение на HP и НЗ контактах;
предложен метод расчета параметров герконовых реле, включаемых на выпрямленное напряжение, обеспечивающий устойчивое замыкание контактов; метод расчета параметров герконового коммута-
~ 4 ~
тора с синхронным отключением РЦ,-уменьшающий эрозию контактов;
- предложены метод построения герконового путевого приемника, обеспечивающий фазовую избирательность и метод построения герконового путевого приемника, обеспечивающий полярную избирательность .
Достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждена их экспериментальной проверкой и практической реализацией на заводе-изготовителе КМК, Петербургском электротехническом заводе МПС, дистанциях сигнализации и связи.
Практическая ценность работы состоит в создании инженерной методики, позволяющей оценить ДМП язычкового ЖМК с капиллярной подпиткой для различных конструктивных факторов и прогнозировать ее изменение в процессе эксплуатации; в определении причин возникновения отказов импульсных путевых приемников, связанных с увеличением ДМП, постоянным перемыканием контактов, изменением числовых признаков кодового сигнала, отказов коммутаторов ТГ, связанных с интенсивной эрозией контактов. Результаты исследований позволили разработать методы устранения отказов и совершенствования существующих ЯМК и устройств на их основе, а таїсже позволяют создавать новые устройства с улучшенными характеристиками.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа направлена на выполнение Программы развития и совершенствования средств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте на 1984-1985 г.г. и на период до 1990 года, утвержденной приказом министра путей сообщения N 2355 от 31.10.83, и Программы разработки и внедрения средств СЦБ, связи и вычислительной техники на железных дорогах России на период до 2000 г., утвержденной указом министра путей сообщения N 152-у от 01.07.93.
Рекомендации и результаты работы используются: заводом-изготовителем JMK для совершенствования их конструкции, технологии
производства, выходного контроля; Петербургским электротехническим заводом МПС для совершенствования входного контроля ЖМК, конструкции, технологии производства, выходного контроля устройств С ЖМК.
Результаты работы использованы ПТУ ПС при проведении научных исследований по темам: "Тралсмиттерное и импульсное реле с использованием герконов нового поколения МКДР, МКС-(Р), МКА, "Биплан"" (К г.р. 01860044328) и "Разработка и исследование коммутационных приборов и устройств электрической централизации и автоблокировки" (N г.р. 01860050134).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференции "Ускорению научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте - энергию и творчество молодежи" (Москва, 1986 г.); XXXVII научно-технической 'конференции, посвященной 30-летию УЭМИИТа (Свердловск, 1986); XXXXVII Студенческой научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов "Неделя науки - 87" (Ленинград, 1987); Региональной научно-технической конференции "Достижения радиоэлектроники и автоматики - прогрессу производства и научных исследований" (Свердловск, 1987); XV, XVIII, XX научно-технических конференциях сотрудников ИрйИТа и специалистов эксплуатации и строительства железных дорог (Иркутск, 1990, 93, 95 г.).
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 20-ти печатных работах (включая 5 изобретений).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 14S страницах машинописного текста, иллюстрируется ри-сунками на 45 страницах, содержит 21 приложение на 33 страницах. Библиография включает 119 наименований.