Способ приведения в действие механизма подъема заградительной детали (бруса шлагбаума, барьерной крышки) на железнодорожных переездах

Изобретение относится к области обеспечения безопасности движения в местах пересечения железнодорожного, автомобильного и т.п. движения и предназначено для использования при приведении в действие поворотных механизмов, работающих в режиме циклического перевода вращающихся деталей из одного крайнего положения в другое. На единой основе размещают двигатель и возвратно-поворачивающуюся заградительную деталь. Подают электрическое напряжение на исполнительный элемент двигателя и возникающий крутящий момент передают непосредственно на ось вращения заградительной детали, фиксируя ее в верхнем положении при помощи механизма фиксации. Для опускания заградительной детали подают кратковременно электрическое напряжение на исполнительный элемент механизма фиксации, обеспечивая свободный поворот детали в горизонтальное положение. Исполнительные элементы выполняют из металла с эффектом памяти формы. Техническим результатом является безотказная работа привода, особенно в условиях низких температур, при полном отсутствии экологического воздействия на окружающую среду. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам безопасности движения в местах пересечения железнодорожного, автомобильного и других путей сообщения и может быть использовано в системе устройств ограждения железнодорожных переездов на станциях, перегонах, подъездных путях железных дорог общего пользования и промышленного железнодорожного транспорта.

Сухопутный транспорт России имеет главенствующее значение из-за большой удаленности значительной части страны от морских коммуникаций. Большая протяженность автомобильных и железных дорог предполагает большое число их взаимных пересечений, где требуется технический контроль на железнодорожных переездах.

Известен способ приведения в действие механизма подъема (опускания) бруса шлагбаума и барьерной крышки (далее - заградительной детали), по которому размещают на единой основе электродвигатель, редуктор и возвратно-поворачивающуюся в вертикальной плоскости заградительную деталь, последовательно передают крутящий момент от электродвигателя к редуктору и от редуктора к заградительной детали, используя при этом электромагнитную муфту для удержания заградительной детали в поднятом положении. Для подъема заградительной детали на электромагнитную муфту и электродвигатель подают электрическое напряжение и, вращаясь, электродвигатель поднимает заградительную деталь, которая занимает вертикальное положение, при этом электромагнитная муфта находится под напряжением и удерживает заградительную деталь в вертикальном положении, а электродвигатель обесточивают. Для опускания заградительной детали отключают питание электромагнитной муфты, главный вал оттормаживается, и под действием несбалансированности заградительной детали вал поворачивается, а заградительная деталь занимает горизонтальное положение. (Шлагбаум автоматический (ША). Технология обслуживания, ремонта и проверки шлагбаума в условиях дистанций сигнализации и связи. Департамент сигнализации, централизации и блокировки Министерства путей сообщения Российской Федерации. - М., ″Трансиздат″, 2002 г.).

Основным недостатком способа является большая металлоемкость привода, его конструкционная сложность и ненадежность из-за значительного числа передаточных звеньев, а также низкая экологическая безопасность, связанная с применением нефтепродуктов в ходе эксплуатации привода.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание привода, имеющего малую металлоемкость, высокую надежность и простую конструкцию без передаточных звеньев, высокую степень экологической безопасности и надежности.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, является безотказная работа привода (особенно в условиях низких температур) при полном отсутствии экологического воздействия на окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известном способе приведения в действие механизма подъема заградительной детали на железнодорожных переездах, по которому подают электрическое напряжение на двигатель, размещенный на единой основе с возвратно-поворачивающейся в вертикальной плоскости заградительной деталью, передают крутящий момент от двигателя к заградительной детали, которую удерживают в вертикальном положении при помощи механизма фиксации, затем напряжение с двигателя снимают, а для опускания заградительной детали до горизонтального положения ей предварительно обеспечивают свободный поворот в вертикальной плоскости.

В отличие от прототипа, в предлагаемом способе совмещают оси вращения заградительной детали и двигателя, а исполнительный элемент двигателя выполнен в виде торсиона из металла с эффектом памяти формы, при этом электрическое напряжение на двигатель подают (снимают) циклически, вызывая, тем самым, в двигателе торсионные обратимые деформации, а возникший крутящий момент передают непосредственно на ось вращения заградительной детали, при этом для свободного поворота заградительной детали в горизонтальное положение подают кратковременно электрическое напряжение на исполнительный элемент механизма фиксации, выполненный из металла с эффектом памяти формы.

При необходимости сокращения времени между циклами, в том числе для экстренных переводов заградительной детали в то или иное крайнее положение, рабочие элементы могут быть включены в схему, работающую в ждущем режиме, когда несколько однотипных рабочих элементов дублируют друг друга будучи связанными с помощью кривошипно-шатунных или храповых механизмов. В этом случае время между циклами обратно пропорционально числу дублирующих элементов. Указанное время может быть также сокращено путем уменьшения толщины рабочего элемента при сохранении необходимого значения его поперечного сечения, обеспечивающего достаточный уровень развиваемых усилий. В этом случае рабочий элемент будет иметь вид ленты или набора тонкомерных элементов, а кинематическая схема механизма поворота будет обеспечивать его работу в режиме растяжения-сжатия.

При одновременной работе заградительного бруса шлагбаума и барьерной крышки последовательность действий должна учитывать, что, когда заградительный брус шлагбаума занимает горизонтальное положение, барьерная крышка должна занять вертикальное положение. После проследования поезда за пределы переезда заградительный брус поднимается, а барьерная крышка опускается.

Достижение технического результата основано на свойствах сплава с эффектом памяти формы, из которого изготовлены двигатель и исполнительный элемент фиксатора, а также на эффекте нагрева металлических тел при прохождении через них электрического тока. При пропускании-отключении электрического тока через металл с эффектом памяти формы происходит знакопеременное изменение температуры металла относительно ее заданного критического значения, в результате чего в кристаллической решетке металла протекает обратимое полиморфное превращение, которое при определенных условиях приводит к знакопеременному изменению формы изделия из этого металла. Изменение формы сопровождается значительными генерируемыми при этом усилиями, которые могут быть использованы для получения полезной работы, в том числе для перевода сигнально-заградительных деталей в механизмах регулирования транспортного движения из положения ″путь открыт″ в положение ″путь закрыт″ и обратно.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит рабочий элемент 1, спиральную пружину 2, сигнально-заградительную деталь 3 с осью вращения и исполнительный элемент 4, выполненный из металла с эффектом памяти формы. К концам обоих элементов подведены тоководы 5, соединенные с общей электрической сетью.

Устройство работает следующим образом. В диапазоне температур (например, в районе +100°С), превышающем верхний предел температуры эксплуатации по ТУ (составляющий около +60°С), в рабочем элементе 1 происходит обратимое мартенситное превращение (аллотропное превращение первого рода). При этом мартенситные кристаллы под воздействием приложенной внешней силы (пружина 2) растут ориентированно в преимущественном направлении, что приводит к макроскопической деформации рабочего элемента, выражающейся во вращении его свободного конца в направлении, определяемом изменением температуры в сторону ее увеличения или уменьшения относительно критической точки (около +100°С). Вращающий момент передается заградительной детали 3, совершающей возвратные вращательные движения между положением ″путь открыт″ и ″путь закрыт″.

Направлением изменения температуры управляют включением и выключением тока, идущего через рабочий элемент 1. При подаче электрического напряжения на рабочий элемент 1 его температура повышается и его свободный конец, преодолевая сопротивление пружины 2, поворачивается, приводя во вращение деталь 3 в направлении положения ″путь открыт″. При достижении этого положения срабатывает фиксатор 4, удерживающий заградительную деталь 3 в положении ″путь открыт″. В момент срабатывания фиксатора 4 электрическое напряжение с рабочего элемента снимают, в результате чего он начинает остывать из-за перепада температур между критической точкой (˜100°С) и температурой окружающей среды (<60°С). Перед прохождением транспортного средства (железнодорожного состава) на рабочий элемент фиксатора 4 подают электрическое напряжение, происходит его нагрев и изменение геометрической формы вследствие эффекта памяти формы, в результате чего снимают заградительную деталь 3 со стопора и обеспечивают ее свободное вращение. При этом крутящий момент создаваемый пружиной 2 передается рабочему элементу 1, вещество которого к этому времени, вследствие охлаждения, состоит из подвижных мартенситных кристаллов. Под действием внешней силы (пружины 2) происходит переориентация отдельных кристаллов, ведущая к макроскопической деформации элемента 1 в направлении действия пружины, в результате чего его подвижный конец поворачивается совместно с заградительной деталью 3 в направлении положения ″путь закрыт″. Цикличность описанной работы обеспечивает выполнение функций шлагбаума и барьерной крышки.

Рабочие элементы поворотного механизма и фиксатора могут быть изготовлены из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал мартенситных превращений в диапазоне от +80°С до +120°С, способный совершать циклы свыше 10⁶ раз. Работоспособность элементов не зависит от рода электропитания - постоянного или переменного. Кроме того, они обладают высокой демпфирующей способностью, поэтому работа предлагаемого устройства не требует введения в кинематическую схему гидрогасителей и других амортизационных узлов, обеспечивающих плавное движение заградительных деталей.

Преимущество изобретения состоит в значительном сокращении металлоемкости привода, увеличении его надежности, обеспечении полной экологической безопасности.

Силовой привод предназначен для приведения в действие поворотных механизмов, работающих в режиме циклического перевода вращающихся деталей из одного крайнего положения в другое.

1. Способ приведения в действие механизма подъема (опускания) заградительной детали на железнодорожных переездах, по которому подают электрическое напряжение на двигатель, размещенный на единой основе с возвратно-поворачивающейся в вертикальной плоскости заградительной деталью, передают возникший крутящий момент от двигателя к заградительной детали, которую удерживают в вертикальном положении при помощи механизма фиксации, затем напряжение с двигателя снимают, а для опускания заградительной детали ей предварительно обеспечивают свободный поворот в горизонтальное положение, отличающийся тем, что оси вращения двигателя и заградительной детали совмещают, на двигатель, выполненный в виде торсиона, подают электрическое напряжение, вызывая в нем обратимую торсионную деформацию, возникший при этом крутящий момент передают на ось вращения заградительной детали для ее подъема, для опускания заградительной детали подают кратковременно электрическое напряжение на исполнительный механизм фиксации, при этом исполнительные элементы двигателя и механизма фиксации выполнены из металла с эффектом памяти формы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения номинальной частоты подъема (опускания) заградительной детали несколько исполнительных элементов включают в схему, работающую в ждущем режиме, при этом время между циклами подачи напряжения обратно пропорционально числу дублирующих элементов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения номинальной частоты подъема (опускания) заградительной детали уменьшают толщину отдельного исполнительного элемента двигателя при сохранении необходимого значения суммарного поперечного сечения, обеспечивающего достаточный уровень развиваемых усилий при работе в режиме растяжение-сжатие.