架車機脈沖反饋裝置的對比研究

鄧文平

（廣州市地下鐵道總公司，511430，廣州∥助理工程師）

架車機脈沖反饋裝置的對比研究

鄧文平

（廣州市地下鐵道總公司，511430，廣州∥助理工程師）

結(jié)合廣州地鐵現(xiàn)有架車機，通過總結(jié)兩種不同脈沖反饋裝置的原理特點，對比分析了兩者的優(yōu)劣，認為采用接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪這種方式進行同步控制的架車機，不僅能保證架車機的同步控制精度要求，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于維護。建議在架車機設(shè)計中采用這種方式作為脈沖反饋裝置。為國內(nèi)架車機脈沖反饋裝置的選擇提供參考。

架車機；脈沖反饋；接近開關(guān)；編碼器

Author'saddressGuangzhou Metro Corporation，511430，Guangzhou，China

廣州地鐵開通至今建成的各條線路車輛段內(nèi)均設(shè)有固定式架車機或者移動式架車機，主要用于將車輛抬升，對車輛的轉(zhuǎn)向架進行檢修作業(yè)，并對車底的某些部件進行檢查和維修工作。為了保證列車的架車安全，架車機在架車過程中的同步升降尤為重要。脈沖反饋裝置作為架車機同步控制中的重要一環(huán)，很大程度上決定著架車作業(yè)是否安全可靠。

1 脈沖反饋裝置在架車機中的應(yīng)用

無論架車機采用何種脈沖反饋裝置，其同步控制流程大致都如圖1所示。

圖1 架車機同步控制流程

國內(nèi)外的架車機所采用的脈沖反饋裝置主要有旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)兩種。兩者主要是采集各架車機絲桿轉(zhuǎn)動反饋的脈沖數(shù)，用以尋找同步控制流程（見圖1）中的最高或最低位置機組，以便超過同步升降誤差時進行同步調(diào)整。

研究兩種脈沖反饋裝置對架車機同步控制的安全性，對于列車的架車安全都有著重要的實際意義。廣州地鐵3號線車輛段所配備的移動式架車機和固定式架車機便分別采用這兩種脈沖反饋裝置。筆者以這兩套設(shè)備為載體，從兩者的工作原理、機械安裝結(jié)構(gòu)、精度等多方面進行對比，分析各自的優(yōu)劣，為國內(nèi)架車機行業(yè)提供脈沖反饋方式的設(shè)計提供參考。

2 兩種脈沖反饋裝置的結(jié)構(gòu)原理

2.1 旋轉(zhuǎn)編碼器

本文所舉的移動式架車機采用的旋轉(zhuǎn)編碼器為增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，其主要結(jié)構(gòu)和工作電路如圖2所示。

圖2 增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理

旋轉(zhuǎn)編碼器有一個按一定編碼規(guī)則組成的由擋板和碼盤組合的編碼盤，其兩側(cè)分別由發(fā)光源以及光檢測器、電路板組成。碼盤隨著被測目標軸的旋轉(zhuǎn)使得透過碼盤的光束形成間斷，通過光檢測器和電路板中進行信號處理，即可得出所計脈沖數(shù)。

架車機中使用的旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)使用情況的不同，其編碼盤旋轉(zhuǎn)一周可發(fā)出數(shù)百甚至數(shù)千個高頻脈沖，精度較高；但由于其結(jié)構(gòu)相對復雜，不利于日常維護。

2.2 接近開關(guān)

在架車機的應(yīng)用中，接近開關(guān)必須與直接安裝在絲桿上的脈沖發(fā)生輪一并使用。其中脈沖發(fā)生輪上設(shè)有若干個孔徑相同的孔槽，用作接近開關(guān)產(chǎn)生脈沖的發(fā)生裝置。其孔槽越多，該脈沖反饋裝置的精度也越高。

接近開關(guān)按照原理的不同可分為電感式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)和霍爾開關(guān)。本文所舉例的固定式架車機采用的是電感式接近開關(guān)。其工作原理如圖3所示。

圖3 電感式接近開關(guān)工作原理

電感式接近開關(guān)主要由LC高頻振蕩器、檢波、放大輸出電路等組成。LC高頻振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，利用金屬物體在接近檢測面時使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使得接近開關(guān)的振蕩衰減直至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出，由此識別出有無金屬物體接近，進而得出計數(shù)脈沖。

對比分析旋轉(zhuǎn)編碼器與接近開關(guān)的工作原理特點可知，兩者最大的差異是接觸式和非接觸式。由于旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理決定其編碼盤必然需要與被測目標直接接觸，隨之運動的同時，自身發(fā)出的高頻脈沖也容易受到被測目標運動的影響。而接近開

關(guān)脈沖反饋裝置只需要將脈沖發(fā)生輪安裝在絲桿上，其接近開關(guān)則固定安裝在機架上，無需直接接觸被測目標，這為保證接近開關(guān)的工作精度提供了可靠的保證。

3 兩種脈沖反饋裝置的安裝結(jié)構(gòu)

部分架車機的旋轉(zhuǎn)編碼器在設(shè)計過程中采用了圖4的安裝結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)編碼器通過聯(lián)軸器與電機輸出軸連接，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。由于旋轉(zhuǎn)編碼器測速的目標為電機輸出軸轉(zhuǎn)速，在程序設(shè)計時需對脈沖計數(shù)進行減速箱、絲桿導程等一系列較為繁瑣的轉(zhuǎn)換以便用于同步控制中。在實際應(yīng)用中，由于長期使用，電機轉(zhuǎn)速過大造成連接旋轉(zhuǎn)編碼器和電機轉(zhuǎn)軸間的聯(lián)軸器出現(xiàn)斷裂，從而引起測速不準，最終因反復進行同步調(diào)整致使各移動式架車機托頭受力不均導致托頭發(fā)生塑性變形的事故。

圖4 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝結(jié)構(gòu)

因絲桿轉(zhuǎn)速較電機轉(zhuǎn)速要慢得多，故如采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為脈沖反饋裝置時，其安裝方式宜設(shè)計安裝在絲桿頂部（見圖5），與絲桿同步轉(zhuǎn)動，以防止類似事故的發(fā)生。

圖5 旋轉(zhuǎn)編碼器宜安裝在絲桿頂部

相比之下，脈沖發(fā)生輪與絲桿之間的銷連接則顯得要可靠得多（見圖6）。根據(jù)設(shè)備參數(shù)，該固定式架車機的轉(zhuǎn)向架起升架的提升速度為432 mm/min，絲桿的導程設(shè)計為8 mm。由此推知脈沖發(fā)生輪隨著絲桿的轉(zhuǎn)速僅為54 r/min。此外，因脈沖發(fā)生輪直接安裝在絲桿上，直接檢測絲桿本身的轉(zhuǎn)速更為直觀，在程序中也更加清晰地反映出來，且具有易安裝、易維護的特點。

圖6 接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪安裝示意圖

4 脈沖反饋裝置的精度

無論是固定式架車機還是移動式架車機，基于安全使用規(guī)定，要求其同步升降誤差不得超過一定范圍。脈沖反饋裝置的精度對于整臺架車機的同步升降誤差有著決定性的影響。下面以這兩臺架車機所采用的旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪的具體參數(shù)為例，分析兩者的同步控制精度如表1所示。

表1 兩種脈沖反饋裝置精度

由表1得知，采用旋轉(zhuǎn)編碼器的同步控制方式，其精度要遠高于接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪的方式。其高精度的同步控制得益于它所發(fā)出的高頻脈沖信號。然而這種高頻脈沖信號也容易受到其他信號干擾的風險。在生產(chǎn)實際中，曾檢測到脈沖數(shù)出現(xiàn)大幅跳變的情況。相比之下，雖然接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪的同步控制方式精度只有0.8 mm，但是根據(jù)同步誤差要求，當檢測到的累計脈沖數(shù)超過4個脈沖時開始進行同步調(diào)整，其精度已經(jīng)完全滿足實際

生產(chǎn)需求，且使用過程中穩(wěn)定可靠。因此我們有理由認為，接近開關(guān)穩(wěn)定的脈沖信號以及合理的同步控制精度更加適合在架車機中應(yīng)用。

5 結(jié)語

由本文論述中可以看出，采用接近開關(guān)-脈沖發(fā)生輪這種方式進行同步控制的架車機，不僅能保證架車機的同步控制精度要求，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于維護。建議在架車機設(shè)計中采用這種方式作為脈沖反饋裝置。

［1］ 廣州鐵道車輛廠.廣州地鐵三號線移動式架車機使用和維護說明書［G］.廣州：廣州鐵道車輛廠，2006.

［2］ NEUERO公司.Operating And Maintenance Instructions For Underfloor Lifting System［G］.廣州：廣州市地下鐵道總公司，2006.

［3］ 王國君.電氣制圖與讀圖手冊［M］.北京：科學普及出版社，1995.

［4］ 聞邦椿.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

Comparative Research on Pulse Feedback Devicein Car Lifting Jack

Deng Wenping

Combined with the presently used car lifting jack in Guangzhou metro，and through comparative research of the advantages and disadvantages of 2 diffetent pulse feedback devices，the lifting jack that adopts proximity switch—pulse generating wheel mode for synchronous controlis recommended，which has a stable structure and is easy for maintenance，therefore should be taken as a reference for the selection of the feedback device in car lifting jack for rail transit in China.

car lifting jack；pulse feedback；proximity switch；encoder

U 279.3+2

2012-12-06）