Патент 64366

Устройство для автоматического управления паровозом

 

CCCP

Класс 2lc, 4б®

20i, 45 о 64366

ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛСТВУ 3арегистрировпно в Б:оро изоаре:пе

И. Д. Кузьмин и С. Д. Клементьев

Устройство для автоматического управления паровозом

Заявлено 4 шаля 1937 года в 1-1. ПС за -"11 606 (33246 ) Опубликовано 28 февраля 1946 года

Изобретением ставится цель экономии топлива на паровозах путем рационального расходования пара, Для этого предлагаемое устройство автоматического управления п аровозом выполняется так, что оно обеспечивает:

1) автоматическое регулирование скорости движения поезда по заранее заданному графику в зависимости от уклона пути, его состояния и прочих факторов;

2) автоматическое торможение состава на заранее заданных участках пути;

3) автоматическое управление гудком, с целью подачи. акустических сигналов на заранее установленных участках пути;

4) автоматическую сигнализацию о необходимости форсирования топки паровоза.

Предлагаемое устройство состоит в основном из фотоэлектрического программного регулятора, перед фотоэлементами которого перемещается лента с нанесенным на ней графиком скорости.

Сущность изобретения заключается в особом конструктивном выполнении этого регулятора,,а именно в следующем: На подвижной каретке регулятора установлены в отдель11ых камерах четыре фотоэлемента, из которых два служат для регистрации положения светового пятна, получаемого от ленты с графиком, и для включения на правый или левый ход электродвигателя каретки, с целью перестановки последней в положение, задаваемое графиком, а другие два — для регистрации светового пятна, отбрасываемого указателем скорости паровоза, и для включения на правый или левый ход электродвигателя регулятора подачи пара, с той целью, чтобы последний приводил скорость паровоза в соответствие с заданной графиком.

В таком устройстве регулятор подачи пара может быть снабжен конечными контактами, включенными в цепь управления электродвигателя, служащего для привода рычага тормоза. Далее, в цепи возбуждения указанных выше двигателей каретки и рычага тормоза расположен фотоэлектрический регулятор, автоматически изменяющий силу тока в цепи возбуждения соответственно уклону пути. № 64366

8 фотоэлектрическом програм- В связи с изменением положения мном регуляторе также может быть горизонтальной панели экрана, установлен в отд льной камере второе световое пятно от источфотоэлемент, возбуждаемый пода. ника света За, вмонтированного в ваемыми от графика световыми указатель 6 скорости паровоза, такимпульсами и служащий для уп- же окажется выше или ниже праравления гудком, с целью автома- вого торца горизонтальной панели тической подачи акустических сиг- экрана, что приведет к работе налов на заранее установленных вторую систему фотоэлементов ФЭ, участках пути. или ФЭ,, Фототок этих фотоэлеВ устройстве может быть приме- ментов усиливается фотоэлектроннен фотоэлектрический индикатор ным усилителем 4, который воздавления пара, управляющий элек- буждает соответственно реле 7 или тродвигателем, служащим для при- реле 8. вода регулятора тяги. Контактные органы этих реле

Изложенная сущность изобре- соответственно или включают электения поясняется чертежом, на ко- тродвигатель М, или дают ему тором изображена схема предла- реверс. Этот электродвигатель чегаемого устройства. Ради ясности, рез червячную передачу 9 связан описание дается отдельно по ос- с рычагом управления количеством новным узлам. пара, поступающим в цилиндры паровой ма нины.

1. ABTQ мат ическая регули- Измепение в подаче пара приверовка скорости движения дет к изменению скорости пароУстройство для автоматического воза, и, соответственно этому, к изуправления паровозом по заранее менению положения светового заданному графику состоит из фо- пятна от нсточника света, вмонтитоэлектрического программного ре- рованного в указатель скорости, гулятора, перед фо оэлементами до тех пор, пока это световое которого перемещается темная пятно не попадет в правый торец лента 1 с нанесенным на ней гра- горизонтальной панели экрана фофиком скорости в виде прозрачной тоэлектрического программного кривой линии. регулятора, т. е. в положение, заНа подвижной каретке регуля- даваемое графиком скорости. тора установлены в отдельных ка- Регулятор подачи пара снабжен мерах четыре фотоэлемента ФЭ,, конечными контактами, включенФЭ4, ФЭ7 и ФЭ,, Фотоэлементы ными в цепь управления электроФЭ, и ФЭ4 служат для фиксации двигателя М„служащего для прип ложения светового пятна, полу- вода рычага тормоза. чаемого от осветителя 3, световые Рычаг управления паром имеет лучи которого проникают через два крайних положения: левое и прозрачную кривую на темной лен- правое. В крайнем левом положете и воздействуют на тот или иной нии, соответствующем полному фотоэлемент, в зависимости от за- прекращению подачи пара, нордаваемой паровозу скорости. мально замкнутые контакты 1О, Фотоэлементы ФЭ, и ФЭ, через включенные в цепь питания обмотпосредство фотоэлектронного уси- ки реле 8, размыкаются и вращелителя 4 и реверсивного магнит- ние электродвигателя М, прекраного пускателя 5 управляют элек- щается. Одновременно с этим затродвигателем М,, перемещающим мыкаются контакты 11, включаюэкран каретки вверх или вниз до щие цепь питания двигателя М» тех пор, пока световое пятно ис- через контактные органы реле 12, точника света не будет попадать управляющего этим двигателем, в торец горизонтальной панели эк- Крайнее левое положение рычарана, т. е. до тех пор, пока фото- га управления паром, соответстэлементы ФЭ, и ФЭ., не будут за- вующее полному прекращению по.темнены. дачи пара, может быть или перед

3—

¹ 64365. окончательным затормаживанием при подходе поезда к станции, или при спуске с уклона. Размыкание контактов 10 происходит только через некоторое время с момента уменьшения количества пара, что дает возможность при движении поезда по уклону итти частично за счет накопленной им живой силы без подачи пара в цилиндры.

Если окажется, что и в этом случае будет иметь место ускоренное движение против заданного графиком, то двигатель регулирования количеством пара будет про должать вращаться, что и приведет к размыканию конечного контакта 10 и к замыканию контакта

11 и тем самым к подаче импульса для начала работы рычага тормоза. Если в процессе торможения скорость поезда будет снижена до меньшего значения, чем это задано графиком, то двигатель управления тормозом соответственно реверсируется и интенсивность торможения уменьшается настолько, чтобы обеспечить требуемую скорость.

Если окажется, что при полном расторможении скорость поезда будет ниже заданной графиком, то контакт 13 (конечный выключатель) замыкается, подготовляя питание двигателя М, по следующей цепи: минус батареи, конечный выключатель 13 †конта 15 — якорь двигателя М, — контакт 14 — плюс батареи.

Крайне правое положение рычага регулятора пара соответствует полному открытию пара и размыканию конечного выключателя 16 и, тем самым, выключению двигателя М,.

Ц. Автоматическое торможение на заранее заданных участках пути

Как было сказано выше, регулятор тормоза электрически связан с регулятором пара.

Когда поезд идет по ровному профилю с определенной скоростью, а затем начинается спуск, для поддержания той же скорости необходимо снять некоторое количество пара. Если в результате съема пара скорость все же окажется повышенной против заданной графиком, автоматически вк.,ючает<я система управления т рможением, пока не становигся заданная графлком скорость. Если в связи с изменением уклона пути окажется, что торможение чер зчур понижаег скорость, происходит автоматическое растормаживание.

При дальнейшим изменении профиля нуги может оказать,я, чтО необходимо переключиться на работу регулятора пара. С >ответственно этому будем иметь следующую работу электрической схемы.

При движении во ровному профилю реле 7, 8 и 12 не возбуждены, так как световое пятно. перехо,ящее через прозрачную шкалу указателя скорости, попадает на торец экрана, а следовательно, соответствующие верхние и нижние фотоэлементы ФЭ, и ФЗ не срабатывают. В случае движения поезда по спуску окажется, то подаваемое количество пара B цилиндр излишне, что приведет и перемещению светового пятна выше торца экрана. От этого срабатывает реле 8, замыкая свои контакты, что приведет к работе двигателя М, и к передвижению рукоятки ре улятора ближе к нулевому положению.

При этом получается следующая замкнутая цепь: п|юс батареи— контакт 17 — якорь двигателя М,— контакт 18 — конечный выключатель 13 - минус батареи. В результате работы двигателя М, рукоятка регулятора приходит в нулевое положение, замыкая контакты 11 и подготавливая этим работу двигателя М, Если скорость окажется все же выше заданной, то это приведет к срабатыванию реле 8, а также к возбуждению реле 12 по цепи: плюс батареи — контакт 19 — обмотка реле 12 †мин батареи.

Реле 12. возбуждаясь, переключает свои контакты. В результате будем иметь следующие замкнутые электрические цепи: плюс бата№ 64366 реи — контакт 20 — конечный выключатель 11 †конта 21 — конечный выключатель 22 — якорь двигателя М4 †конта 23 — минус батареи. Двигатель М, начинает вращаться и рукоятка регулятора тормоза передвигается влево с нулевого положения, вследствие чего происходит затормаживание.

В случае подъема поезда вверх по уклону, что приводит к понижению скорости паровоза против заданной по программе, срабатывает фотоэлемент, находящийся ниже экрана, и соответственно срабатывает реле 7. Вследствие этого рукоятка- регулятора чара передвигается с нулевого положения вправо до тех пор, пока не будет обеспечена подача требуемого количества пара.

Двигатель тормоза при этом реверсируется. В зависимости от профиля пути работа двигателей привода регуляторов тормоза и пара проходит с различной скоростью, что достигается при помощи специального корректирующего аппарата.

Ш. Корр е к тир ова ни е чи сла оборотов двигателей приводаа регуляторов пара и тормоза

В зависимости от, профиля пути бывает. необходимо давать ту или иную скорость рычагу регулятора пара или тормоза. Это обеспечивается следующим образом: луч от электрической лампочки 24 падает на зеркальце 25, прикрепленное к креномеру, и, отражаясь, проходит через треугольную щель 26 и попадает на фотоэлемент ФЭ„. В 1.онечном результате, в зависимости от падающего на фотоэлементы света, будем иметь то или иное возбуждение двигателей, а, следовательно, и различные их скорости.

При этом изменение возбуждения двигателей М, и М, производится от одного фотоэлемента ФЭ„, что можно допустить так как двигатели М, и М, сблокированы таким образом, что работа регулятора тормоза вбзможна только при установке регулятора пара в нулевое положение, и наоборот.

IV. Автом атическая подача гудка в заранее определенных участках пути.

Автоматическая подача гудка достигается срабатыванием реле замедленного действия 27, приводимого в действие фотоэлементом ФЭ„ через усилитель. Фотоэлемент во-;бу>кдается, когда на него попадает свет от лампы через прозрачнь:е коды гудка на непрозрачной ленте.

Коды записыва|отся заранее.

V. Л вто ма т и ч ес к а я си г н ал изация форсирования топки

Сигнализация о форсировании подачи топлива осушествляется электрическим звонком, который включается при нахождении рукоятки регулятора тяги в крайнем левом положении, чему должно соответствовать замыкание нормально открытых контактов 28.

VI. Авт о матич еское регулирование давления

Автоматическое регулирование давления будет осуществляться с помощью следуюших приборов:

a) манометра 29, предназнаеяного для измерения давления.

У этого манометра стрелка заменена легким непрозрачным слюдяным диском с нанесенной прозрачной кривой. Кроме того манометр имеет и неподвижный непрозрачный диск с вырезанной вертикальной щелью, Сзади подвижного экрана по ч е щается лампочка. Изменение давления приведет к тому, что подвижный диск по отношению к неподвижному займет вполне определенное положение. Результатом будет перемещение светового луча на вполне определенное положение, соответствующее данной ступени давления; б) экрана ЗО, поворачивающегося на некоторый (вполне определенный для принятого давления) угол по отношению к вертикальной щели манометра; в) фотоэлемента ФЭ„расположенного выше экрана, и фотоэлемен та ФЭ„расположенного ниже экрана.

Автоматическое регулирование давлени происходит следующим образом.

¹ 64366

Как только изменится почемулибо давление в сторону уменьшения или увеличения, так сейчас же световое пятно, проходящее через подвижный и неподвижный диски и попадавшее раньше в торец экрана 30, упадет на фотоэлементы

ФЭ, или ФЭ . Фототоки указанных фотоэлементов усилятся усилителями 4 и воздействуют на реле 31 или 32.

В конечном результате сработает двигатель М, привода регулятора тяги таким образом, что рукоятка регулятора тяги передвинется, изменяя величину давления до тех пор, пока световое пятно вновь не упадет на торец экрана 30.

VII. Корректирующее устройство

Для корректирования возможного сдвига ленты программного регулятора относительно пройденного пути предусмотрено специальное корректирующее устройство.

Сдвиг ленты относительно пройденного пути может произойти но причине: буксования колес, износа колес и пр. Корректирующее устройство состоит из реле 33, 34, 35 и 39, диференциала 36 и реверсивного электродвигателя М„.-, Одна из шестерен диференциала приводится во вращение гибким валом

or колес паровоза. Противоположная ей шестерня при отсутствии корректировок сдвига ленты неподвижна и, таким образом, вторая пара шестерен вращается по первой шестерне со скорость|о, определяемой передаточным числом, и скоростью вращения шестерни, связанной с колесами паровоза. .Вторая пара шестерен диференциала приводит в движение лентопротяжный механизм фотоэлектронного программного регулятора.

Скорость движения ленты будет являться функцией скоростей вращения правой и левой шестерен диференциала, у которого левая шестерня связана через червячную передачу с двигателем М„ включаемым или выключаемым системой реле 33, 34, 35 и 39 в случаях несоответствия между скоростью движения ленты регулятора и фактической скоростью паровоза. На определенных участках полотна железной дороги устанавливаются подковообразные железные нли чугунные штыри 37, на паровозе же укрепляется подковообразный электромагнит 38, одна из обмоток которого постоянно включена на батарею, а другая электрически связана с обмоткой реле 39. При каждом прохождении элоктромагнита над штырями, установленными на полотне железной дороги, в обл отке электрол1агнита 38 индуктируется электродвижущая сила, возбуждающая обмотку реле 39.

На ленте программного регулятора нанесены кодовые знаки, псложение которых перед фотоэлементами ФЭ„, при отсутствии сдвига ленты в сторону опережения или отставания, должны соответствовать во времени импульсам, поступаемым в реле 39 от электромагнита 38. В случае рассогласования между положением кодовых знаков ленты и пройденным путем гпабат.!вают ре.че 33, 34 и 35, включающие двигатель М„-, ускоряющий или замедляющий движение лентопротяжного механизма.

Рассмотрим работу электрической схемы управления лентопротяжным механизмом. Возможны трп случая: а) положение ленты соответствует фактически пройденному пути (нет ни опережения, ни отставания), б) движение ленты опережает фактически пройденный путь, в) движение ленты отстает от фактически пройденного пути.

В первом случае положение ленты соответствует фактически пройденному пути (нет ни опоздания, ни отставания) и происходит одновременное возбуждение реле 39 и 34. Двигатель М-, при этом будет оставаться неподвижным, так как реле 39 и 34 взаимно деблокируют друг друга и в двигатель ток не поступает.

Если движение ленты опережает фактически пройденный путь, реле 34 сработает раньше, чем реле 39; при этом образуется следующая

¹ 6436б электрическая цепь: плюс батареи †конта 40 †яко двигателя

М„, †конта 41 †мин батареи и параллельная цепь: плюс батареи— контакт 40 †конта 42 †обмот возбуждения двигателя — контакт

43 — минус батареи. Реле 35 и 33, так же как и реле 39, при этом.обесточены. Двигатель М,. вращается в таком направлении, что лентопротяжный механизм будет иметь пониженную скорость относи гельно развиваемой паровозом, что в конечном результате приводит к ликвидации сдвига ленты.

Если движение ленты отстает от фактически пройденного пути, реле 39 возбуждается раньше, чем реле 34, механически блокируя свой якорь. Контактные органы 44 реле

39 подают, как это легко видеть из схемы, плюс батареи на якорь двигателя М„,-, обмотка возбуждения которого получает ток через неподвижные контакты реле 34 в обратном направлении. Двигатель при этом реверсируется, диференциал лентопротяжного механизма увеличивает скорость движения ленты относительно скорости, развиваемой паровозом, что в конечном итоге приводит к ликвидации сдвига ленты. При этом ликвидация сдвига происходит за все время с момента подачи импульса в реле 39 до начала работы реле 34, которое своими контак ами 45 включает реле 35, переключающее контакты 41, 46,47, 48. Контакты 48 реле 35 включают деблокирующее реле 33. В результате двигатель останавливается.

Запись кривой наивыгоднейшей скорости движения паровоза и нанесение кодов сигналов и корректировки могут быть практически осуществлены следующим образом.

Паровоз ведет машинист-стахановец с заданием выполнить график движения на данном участке пути с соблюдением наивыгоднейших режимов работы паровой машины с минимальным расходом топлива.

Отправляясь со станции, машинист производит различные манипуляции с рычагами управления паровозом.

Все движения машиниста-стахановца автоматически фиксируются на светочувствительной ленте, в результате чего на последней образуются кривые: 1) скорости движения паровоза, соответствующей наивыгоднейшим режимам работы паровой машины, 2) коды акустического сигнала †гуд, 3) коды корректировки.

Запись на светочувствительной ленте после ее обработки становится прозрачной(для пропускания лучей света от осветительных устройств программного регулятора), а остальная лента получается непрозрачной, темной. За все время движения поезда скорость перемещения ленты, приводимой в движение лентопротяжным механизмом, будет пропорциональна (но не равна) скорости паровоза за соответствующие промежутки времени. Длина смотанной ленты в некотором масштабе равна пройденному пути.

При нанесении кодов корректировки электрическая схема работает таким образом, что в момент прохода поездом над магнитными штырями 37 вспыхивает электрическая лампочка, которая засвечивает на светочувствительной ленте прозрачную линию кода.

Запись кода сигналов производится вручную, но при помощи специального автоматического устройства, таким образом, что роль машиниста сводится к нажатию кнопок..

В момент подхода поезда к какой-либо станции также нажимается кнопка, включающая лампу, которая засвечивает определенный участок светочувствительной движущейся ленты. По окончании записи на засвеченные места ленты наносится название станции.

Предлагаемое устройство для автоматического управления паровозом дает:

1. Экономический эффект, способствуя поддержанию графика движения и нормальной эксплоатации тягового хозяйства при рациональном и экономном расходовании топлива.

2. Увеличивает безопасность движения путем автоматического возМ 64366 действия на тормоз при красном сигнале системы СЦБ или уменьшения скорости паровоза при желтом сигнале, Эти действия аппарат выполняет посредством секционированного соленоида 49, обмотки которого питаются от аппарата кодовой сигнализации. Сердечник соленоида 49 перемещает линзу 50, задавая паровозу ту или иную скорость или торможение, независимо от кривой, нанесенной на ленте. Это еще больше повышает безопасность движения, так как в случае, если машинист не заметит красного сигнала, аппарат сработает автоматически и остановит поезд.

Конструктивное оформление аппарата для автоматического управления паровозом должно быть таково, чтобы он не стеснял движения паровозной бригады. Кроме того должна быть предусмотрена возможность вмешательства машиниста и перехода на ручное управление в случае порчи устройства.

Предмет изобретения

1. Устройство для автоматического управления паровозом по заданному графику при помощи фотоэлектрического программного регулятора, перед фотоэлементами которого перемещается лента с нанесенным на ней графиком скорости, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что на подвижной каретке регулятора установлены в отдельных камерах четыре фотоэлемента ФЭ, изкоторых два служат для регистрации положения светового пятна, получаемого от ленты с графиком, и для включения на правый или левый ход электродвигателя М, каретки для перестановки последней в положение, задаваемое графиком, а другие два — для регистрации светового пятна, отбрасываемого указателем скорости паровоза и для включения на правый или левый ход электродвигателя М, регулятора подачи пара, с той целью, чтобы последний приводил скорость паровоза в соответствие с заданной графиком.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор подачи пара снабжен конечными контактами, включенными в цепь управления электродвигателя М„служащего для привода рычага тормоза.

3. Форма выполнения устройства по пи. 1, 2, отли чающа яся тем, что в цепи возбуждения двигателей М, и М, расположен фотоэлектрический регулятор, автоматически изменяющий силу тока в цепи возбуждения соответственно уклону пути.

4. Форма выполнения устройства по п.п. 1, 3, отли чающая ся тем, что в фотоэлектрическом программном регуляторе установлен в отдельной камере фотоэлемент, возбуждаемый подаваемыми от графика световыми импульсами и служащий для управления гудком, с целью автоматической подачи акустических сигналов на заранее установленных участках пути.

5. Форма выполнения устройства поп.п. 1,3, отличающаяся применением фотоэлектрического индикатора давления пара, управляющего электродвигателем М„-, служащим для привода регулятора тяги.

6. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что лентопротяжный механизм приводится во вращение через посредства диференциала, одна из ведущих шестерен которого связана механически с колесом паровоза, а другая — с реверсивным электродвигателем N,-, автоматически включаемым периодически через определенные участки пути при помощи установленной на паровозе индукционной катушки или т. п. и блокируется вспомогательным фотоэлементом фотоэлектрического программного регулятора, реагирующим на кодовые знаки, нанесенные на ленте графика, с целью корректирования хода ленты и предотвращения ее сдвига относительно пути.

7. В устройстве по п. 1 применение прибора для записи показаний указателя скорости.