Диагностирование электрооборудования вагонов

8. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВАГОНОВ

8.1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВАГОНОВ

Электрическое оборудование пассажирских и рефрижера­торных вагонов является важнейшей подсистемой этого подвиж­ного состава, так как обеспечивает функционирование большин­ства других подсистем. Современные системы электроснабже­ния вагонов выполнены с использованием полупроводниковой техники, что, с одной стороны, позволило повысить надежность функционирования системы в штатных и аварийных ситуациях, улучшить качество вырабатываемой электроэнергии, а с дру­гой - привело к увеличению капитальных вложений, затрат на эксплуатацию и ремонт, потребовало значительного повышения квалификации обслуживающего и ремонтного персонала.

На все виды плановых ремонтов и устранение текущих не­исправностей электрооборудования затрачивается свыше 30 % стоимости деповского ремонта всех систем пассажирского ва­гона.

Анализ различных конструкций электрооборудования ваго­нов показал, что все они включают следующие блоки: источни­ки электроэнергии, потребители, пускорегулирующие, защитные и распределительные устройства, приборы автоматики и ди­станционного управления, электрические магистрали и линии.

Электроснабжение вагонов обеспечивается в основном тре­мя способами: генераторной установкой, которая приводится в действие от оси колесной пары; отбором энергии от высоко­вольтной контактной сети электроснабжения электровозов; дизельно-генераторной установкой. В соответствии с этим разли­чают автономное и централизованное распределение электри­ческой энергии между вагонами. К потребителям электроэнер­гии относятся приборы освещения, электродвигатели, калориферы, нагреватели и др. В качестве пускорегулирующих, защитных и распределительных устройств используют различные автоматические выключатели, магнитные пускатели, переклю­чатели, реостаты, предохранители, тепловые реле, распредели­тельные щиты, силовые шины и т. д.

К приборам автоматики и дистанционного управления от­носятся реле, магнитные вентили, датчики, аппаратура для намерения и записи температуры, давления, сил, ускорений и др.

Электрооборудование вагонов можно представить в виде схем, первая из которых состоит из следующих блоков {рис. 8.1, а): приводной колесной пары 1, редуктора 2, пере­дачи 3, генератора 4, связей с кузовом или тележкой 5, управ­ляющего электрощита 6, потребителей электроэнергии 7 и ак­кумуляторной батареи 8. Вторая блок-схема (рис. 8.1, б) отли­чается от первой тем, что генератор 3 работает от дизеля 9, например, в рефрижераторном вагоне или в вагоне-электро­станции при централизованном электроснабжении вагонов по­езда. Разновидностью этой схемы является вариант электро­снабжения вагонов от контактной сети. В этом случае вагон снабжается электроэнергией от токоприемника через транс­форматор и т. д.

Анализ структурных схем оборудования показывает, что при разработке методов диагностирования надо учитывать разно­характерность оборудования, включающего механические эле­менты (редукторы, валы, подшипники), электромеханические (генераторы, реле, клапаны и т. д.) и электрические (рези­сторы, транзисторы, катушки к т. д.).

Наиболее полное функциональное диагностирование трооборудования вагонов проводится на вагоностроительных заводах.

	*

Рис. 8.1. Структурная схема электрооборудования вагонов

Рис. 8.2. Схема стенда для диагно­стирования электрооборудования ва­гонов

Для этого ваши с испытываемым электрооборудованием оснащается необходимыми измерительными приборами, прицепляется к опытному поезду и обкатывается на различных скоростях движения и в разных климатических зонах. В этих испытаниях решается комплекс вопросов по совершенствованию существующих систем электрооборудования, имитируются раз­личные аварийные ситуации, отрабатываются методы и средства диагностирования, технического обслуживания и ремонта ва­гонов.

В условиях депо и вагоноремонтных заводов проводится квазифункциональное диагностирование на стенде (воспроиз­водятся на стенде воздействия на электрооборудование вагона, близкие к условиям функционирования этой системы в эксплу­атации).

Стенд (рис. 8.2) состоит из подъемников 1, которые обес­печивают подъем приводной колесной пары 2 над рельсами. С помощью электродвигателя 3 и вращателя колесная пара 2 приводится во вращение, имитируя заданную скорость движе­ния вагона. Приводная колесная пара 2 передает вращение приводу 5 подвагонного генератора 4.

Таким образом, на стенде испытывается все электрооборудо­вание вагона, начиная от элементов соединения привода гене­ратора с осью колесной пары и кончая проверкой работы сиг­нальных фонарей.

Обычно предусматривается проведение проверок работоспо­собности и исправности электрооборудования и автоматики в полуавтоматическом режиме путем измерения и допусковой оценки значений диагностичесхих параметров, а поиск места отказа осуществляется на основе логической оценки реакции контролируемого объекта на тестовые воздействия, формируе­мые диагностической аппаратурой. Результаты измерений и оценки параметров регистрируются цифропечатающим устрой­ством.

Для оперативной стыковки с контрольной аппаратурой на вагонах устанавливаются штепсельные разъемы, контакты ко­торых соединяются с определенными точками рабочих цепей электрооборудования и автоматики вагонов (контрольными точками). При подготовке к проверкам с этими разъемами стыкуются разъемы кабелей аппаратуры средств технического диагностирования.

В состав этих средств обычно входит тактовый генератор, вырабатывающий в требуемой последовательности управляю­щие команды на блоки аппаратуры, и микроЭВМ, в памяти которой хранится вся необходимая для диагностирования информация. Состав источников измерительных воздействий и требования к ним зависят от диагностических параметров и принятых методов их измерения.

8.2 ПРИВОДЫ ГЕНЕРАТОРОВ

На вагонах применяют следующие типы приводов генера­торов: ременный и редукторно-карданный от средней части оси; клиноременный и редукторно-карданнын от шейки оси. Опыт эксплуатации показал, что приводы генераторов являются наи­более повреждаемым элементом электрооборудования. Это объ­ясняется тем, что приводы работают в очень тяжелых усло­виях при воздействии больших динамических нагрузок, атмосферных осадков, температуры, запыленности и т. д. Поэтому диагностированию этого важ­ного блока уделяется большое внимание. Наиболее полное диагностирование

Рис. 8.3. Схема стенда для диагно­стирования приводов генераторов

выполняется на катковом ударном стенде (рис. 8.3). Стенд состоит из вращателя 1, имитирующего проход колеса 2 через стыко­вое соединение рельсов. Макет тележки 3 нагружается дом­кратом 4 и закрепляется на несущей конструкции 5. Испы­тываемый привод с гене­ратором 6 устанавливается на штатное крепление на тележке (в зависимости от типа привода) и соединяется с об­разцовым электрооборудованием вагона. Электрооборудование вагона позволяет имитировать различное потребление энергии, вырабатываемой генератором, а также нештатные ситуации. Стенд снабжен электродвигателем 7 с плавным регулированием частоты вращения, что обеспечивает моделирование различных ситуаций, включая заклинивание колесной пары.

На диагностируемый привод монтируются датчики средств технического диагностирования. Методика диагностирования предусматривает контроль и сравнение с нормой основных па­раметров функционирования подсистемы колесная пара - при­вод - генератор.

8.3. КОМПЛЕКСЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

Современные пассажирские вагоны оборудуют комплексами электрооборудования типа ЭВ. Структурная схема системы элек­трооборудования типа ЭВ 10.02.26 для серийного пассажирского вагона без кондиционирования воздуха приведена на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Структурная схема комплекса ЭВ 10.02.26

Анализ схемы показывает, что вагон имеет два источника электрической энергии (генератор и аккумуляторную батарею) и два входа для подключения внешних источников--низко­вольтного 50 В и высоковольтного 3000 В. Генератор G приводится в действие от оси колесной пары с помощью клиноременного привода. Электроотопление получает энергию через высоковольтную однопроводную поездную магистраль и спе­циальную контакторную аппаратуру ВК. Полупроводниковый преобразователь напряжения ППН питается от аккумулятор­ной батареи АБ. Схема также включает регулятор напряже­ния РНГ, блок защиты БЗ, силовой выпрямитель В, зарядное устройство ЗУ, переключатели ПУ. Исходя из требований по обеспечению бесперебойного электроснабжения и повышения надежности системы все потребители электроэнергии объеди­няются в автономные группы с отдельными входами. Отдель­ную группу потребителей образуют высоковольтные электро­нагреватели котла системы отопления и др.

Рис. 8.5. Структурная схема комплекса ЭВ44.01

Аналогичную схему имеет и комплекс ЭВ44.01 (рис. 8.5). Он включает высоковольтный контактор и аппаратуру управления отоплением ВК, аккумуляторную батарею АБ, редукторно-карданны привод РКП генератора G, выключа­тель автоматический ВА 1, управляющий блок УБ комплекса электрооборудования пассажирского вагона, группы потреби­телей.

Управляющий блок УБ комплекса электрооборудования ва­гонов обеспечивает: стабилизацию напряжения постоянного тока в цепях управления и потребителей; автоматическое из­менение режима зарядки аккумуляторных батарей в зависимо­сти от скорости движения вагона и времени года; автоматиче­ское ограничение разряда батарей; автоматическое и ручное управление работой потребителей электроэнергии; защиту электрооборудования от коротких замыканий, токовых перегрузок, повышения напряжения, обрыва фаз генератора и всех видов кратковременных (импульсных) перенапряжений.

Стратегия диагностирования таких систем состоит в следу­ющем. На первом этапе к системе ЭВ подключается стабили­зированный с плавной регулировкой параметров источник энергии, имитирующий различные режимы работы генератора. Производится общая оценка функционирования системы. Обна­руживаются возможные сбои и неправильное функционирова­ние отдельных подсистем. Принимается решение об углублен­ном диагностировании отдельных подсистем. На втором этапе выполняются поиск и замена неисправного блока системы ис­правным и вновь проводится контроль функционирования всей системы.

На третьем этапе проводится детальное диагностирование неисправного блока, определяется отказавший элемент и за­меняется исправным. Отремонтированный блок подвергается регулировке и приемочному контролю. Кратко перечислим ме­тоды диагностирования отдельных элементов блоков.

Диагностирование напряжений и токов срабатывания и отпускания реле, контакторов и электропневматических вентилей проводится следующим образом. Обмотка аппарата запитывается от источника линейно или ступенчато изменяющегося
напряжения. При контроле напряжений отпускания источник работает в режиме понижения напряжения, начиная с номинального рабочего. Изменение напряжения прекращается по сигналу о переключении (замыкании или размыкании) одного
из рабочих контактов аппаратов. Этот же сигнал является командой на начало контроля напряжения на выходе источника. Контроль токов срабатывания и отпускания ведется аналогично, но измеряется падение напряжения на включенном после­довательно с обмоткой калиброванном резисторе.

При контроле электропневматических вентилей на выходе источника изменяющегося напряжения последовательно с ка­тушкой вентиля включается резистор с эталонным сопротивле­нием. Падение напряжения на резисторе является входным сигналом для дифференцирующей цепи. При движении якоря вентиля изменяется знак производной по времени тока в ка­тушке. Соответственно изменяется полярность выходного сиг­нала дифференцирующей цепи, что обнаруживается пороговым устройством. Выгодным сигналом порогового устройства формируется команда на прекращение изменения напряжения источника питания. При переходе от контроля параметров срабатывания к контролю параметров отпускания вход порого­вого устройства должен реверсироваться, так как при этом из­меняется полярность полезного сигнала. Контроль отсутствия короткозамкнутых витков обмоток аппаратов емкости конденса­торов и индуктивность проводят путем пропуска через обмотку импульсов напряжения прямоугольной формы амплитудой, на­пример, 25 ± 2,5 В, длительностьюмкс в зависимости от объекта диагностирования и периодом следования 20 мс. Длительность фронта и спада импульсов должна быть не более 2 мкс. Импульсное напряжение на выходе обычно преобразует­ся в постоянное напряжение и направляется на измеритель.

Диагностирование блокировочных контактов аппаратов ча­сто проводится по четырехпроводной схеме измерения методом амперметра и вольтметра. Через контакт пропускается стаби­лизированный ток и оценивается падение напряжения на кон­такте.

Включение контактов аппаратов неизбежно сопровождается их вибрацией. Разработаны приборы, позволяющие оценить продолжительность и число отскоков контактов аппарата при включении. Изменение числа и продолжительности отскоков является интегральным признаком, который указывает на воз­можные неисправности аппарата. К таким неисправностям от­носятся неправильная затяжка или потеря жесткости прижи­мающей пружины, ослабление крепления контактов, заедание подвижной системы и т. п.

При диагностировании дребезжания аппаратов измеряют число отскоков подвижных контактов после первого замыкания, длительность которых не менее 20 мкс, и суммарную длитель­ность отскоков. В электрооборудовании вагонов большую роль играют преобразователи различных типов. В настоящее время в преобразователях предусматриваются устройства контроля контуров искусственной коммутации пробоя последовательно соединенных диодов и тиристоров. Датчики контроля коммута­ции фиксируют сбои в работе коммутирующих контуров и вы­полняются на базе цифровых схем измерения времени. Регистрацию сбоев проводит с ис­пользованием устройства, выполненного по схеме, приведенной на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Структурная схема устройств

контроля коммутации

Задающий генератор им­пульсов 1 и датчик контроля коммутации 2 соединены со счетчиками 3 - 5, а выход стар­шего разряда счетчика - с кипп-реле 6. Контроль осуществляется следующим образом. Датчик 2 генерирует импульс при каждой нормальной комму­тации, а при срыве коммутации или сверхнормативном снижении схемного времени восстановления генерации им­пульса, не происходит. Счетный вход счетчика соединен с задающим генератором импульсов, выходная частота ко­торого равна рабочей частоте преобразователя. Кипп-реле срабатывает при срыве коммутации несколько раз подряд, а при отдельных сбоях в работу не включается. Срабатывание киип-реле обнаруживают в депо при техническом обслужива­нии подвижного состава и определяют объем необходимого ремонта.

Тестовая диагностика при помощи стационарной аппарату­ры используется для контроля силовых блоков, в которых обычно размещены силовые и коммутирующие тиристоры и диоды вместе с дифференцирующими цепочками, конденсаторы и дроссели.

Для реализации тестовой диагностики на силовом блоке предусматриваются специальные разъемные электрические со­единения для подключения диагностического стенда.