便攜式列車制動速度傳感器檢測裝置研究

田鵬勇 李磊 楊芳

摘?要：列車速度傳感器故障會導(dǎo)致擦輪現(xiàn)象，列車運(yùn)行異響，造成乘客恐慌。本文介紹一種便攜式列車制動速度傳感器性能監(jiān)測裝置，包括裝置的組成和工作原理，操作便捷靈活，提高列車檢修人員的工作效率。

關(guān)鍵詞：速度傳感器;檢測裝置

列車制動防滑系統(tǒng)的核心部件為防滑閥、速度傳感器和控制器，隨著列車使用時間增加，防滑速度傳感器會出現(xiàn)信號故障，在列車運(yùn)行10年時間約有50%的速度傳感器信號不達(dá)標(biāo)，而目前防滑速度傳感器現(xiàn)場故障的檢測方法主要使用萬用表測量其導(dǎo)通性能，進(jìn)行簡單測試判斷，未能深入對傳感器性能進(jìn)行檢測，故障診斷不夠完善。

列車制動速度傳感器安裝于轉(zhuǎn)向架的軸端，每根車軸配置一個進(jìn)行角速度測量，傳感器故障一般瞬時反生，現(xiàn)場難以排查，本文介紹一種便攜式列車制動速度傳感器檢測裝置，關(guān)鍵檢測參數(shù)為傳感器輸出波形的高低電平值、上升沿時間、下降沿時間、占空比。

1 列車防滑控制原理

1.1 防滑系統(tǒng)用于車輪與鋼軌黏著不良時，對制動力進(jìn)行控制

它的作用是：

①防止輪子即將抱死。

②避免滑行。

③最佳地利用黏著，以獲得最短的制動距離。

1.2 防滑控制主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)

（1）檢測減速度。減速度判據(jù)進(jìn)行控制就是當(dāng)減速度值大于計算值時，防滑閥排氣降低制動管路氣壓，從而減小制動力，從而列車制動減速度值減小，恢復(fù)到計算值時，防滑閥處于保持位，制動管路壓力恒定，制動力不變;當(dāng)防滑閥過排氣時，制動減速度數(shù)值小于計算值，防滑閥處于進(jìn)氣位，將使制動缸壓力恢復(fù)。當(dāng)車輪速度發(fā)生突變時，減速度值也相應(yīng)增大。減速度的檢測是相對獨(dú)立的，大多制動數(shù)防滑控制系統(tǒng)都采用此方法作為判據(jù)。

（2）檢測速度差。速度差判據(jù)是當(dāng)一輛車輪對中的一條輪對速度低于其他輪對時，該輪對必然發(fā)生滑行，通過輪徑修正計算，將該軸速度與各軸速度進(jìn)行比較，計算某個車軸的速度與參考軸的速度之間的差值，當(dāng)差值大于標(biāo)準(zhǔn)值時，系統(tǒng)判定為該軸滑行，該軸車的防滑閥排氣，從而降低該軸制動缸壓力，使得該軸的減速度減小;當(dāng)比較差值達(dá)到預(yù)定值時，防滑閥處于保持位使制動缸保壓，讓車軸速度恢復(fù)正常。

2 列車制動傳感器的結(jié)構(gòu)原理

列車制動速度傳感器是一根霍爾速度傳感器，具有較好的抗干擾能力和較長使用壽命，傳感器的一端連接器安裝在車體支架上，通過連接器將信號連接至EBCU，傳感器的另外一端安裝在每個車軸軸箱側(cè)面，每根車軸上配置一根速度傳感器用于檢測輪對的速度，制動速度傳感器專門用于防滑同汽車ABS系統(tǒng)類似，與列車TIMS系統(tǒng)速度傳感器相互獨(dú)立。

列車制動速傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它是由磁鐵、線圈、磁盤等組成。磁盤為齒輪結(jié)構(gòu)，磁盤安裝在列車的軸端，與轉(zhuǎn)軸角速度一致。當(dāng)列車運(yùn)行時車軸旋轉(zhuǎn)，測速齒輪將齒根與齒頂交替運(yùn)動導(dǎo)致磁鐵組成的磁路中磁通量發(fā)生變化，感應(yīng)線圈產(chǎn)生一定幅度波動的電動勢，通過施密特觸發(fā)器波形處理后得到方波信號，其頻率為：f=Z·n/60，Z為磁盤齒數(shù);n為磁盤轉(zhuǎn)速。

列車制動測速結(jié)構(gòu)普遍采用霍爾式速度傳感器和測速齒輪的結(jié)構(gòu)組成，通過傳感器輸出的方波頻率信號計算列車的運(yùn)行速度及減速度等信息，判斷列車是否處于滑行狀態(tài)，保護(hù)輪對不被擦傷，基本工作原理如下圖所示：

3 硬件設(shè)計

3.1 信號發(fā)生裝置

信號發(fā)生裝置主要包括齒輪、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動電路、供電電源組成。齒輪選擇2模20齒直齒輪，材質(zhì)為45鋼，?？字睆脚c電機(jī)輸出軸匹配。電機(jī)選擇直流電機(jī)，使用支架與外殼固定牢固。電機(jī)驅(qū)動電路選擇PWM電機(jī)調(diào)速芯片、散熱片、濾波電容、調(diào)速電阻器等組成，根據(jù)輸出占空比調(diào)整直流電機(jī)的速度，調(diào)速范圍：0—100%。供電電源選擇4節(jié)18650電池串聯(lián)，供電電源連接調(diào)壓模塊，實(shí)現(xiàn)速度傳感器的供電（供電調(diào)整范圍12—24V）、電機(jī)驅(qū)動電路供電、信號檢測電路供電，供電模塊連接外接充電器插座，可進(jìn)行外接充電，供電結(jié)構(gòu)如下圖所示：

3.2 信號檢測電路

檢測裝置主要由示波器探頭、信號運(yùn)放電路、單片機(jī)、屏顯電路、操作控制電路組成。示波器探頭進(jìn)行信號的輸入采集，運(yùn)放電路進(jìn)行電壓信號處理接入單片機(jī)的IO接口，通過單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換計算，然后將計算的波形以及重要參數(shù)在LCD顯示屏進(jìn)行顯示。部分電路如下圖所示：

3.3 傳感器與齒輪間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計

在正常運(yùn)行過程中，列車制動速度傳感器與測速齒輪齒頂間隙一般為0.9±0.5mm，架大修速度傳感器檢測時測量間隙為1.4—2.8mm，要求更高，所以該結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足實(shí)現(xiàn)至少0—3mm的間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整方法是在速度傳感器與測速齒輪結(jié)構(gòu)出開孔，使用塞尺進(jìn)行間隙測量，而間隙的調(diào)整一般采用在速度傳感器與測量裝置間增減調(diào)整墊片厚度實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計采用調(diào)整螺栓，實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整，滿足測量要求。

4 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計采用keil進(jìn)行程序編寫，下載至單片機(jī)，程序內(nèi)容主要包括驅(qū)動程序、ADC轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)處理程序、屏幕通信與顯示程序、按鍵操作程序組成，程序的主體與示波器相似，增加了后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與判斷。

5 結(jié)語

該便攜式速度傳感器監(jiān)測裝置，對速度傳感器的性能進(jìn)行檢測，傳感器無須拆解下車，可用于列車線上檢測或?qū)嶒?yàn)室檢測，也可以用于架、大修過程中速度傳感器性能的測試。同時，該創(chuàng)新可應(yīng)用軌道交通行業(yè)制動防滑速度傳感器檢測，也可應(yīng)用于其他行業(yè)齒輪速度傳感器的檢測該檢測裝置體積較小攜帶方便，操作便捷，靈活可靠，通過測量得到的高低電平值、占空比等數(shù)據(jù)及波形顯示，判定速度傳感器是否存在故障，從而有效提升了速度傳感器故障的排故能力，縮短現(xiàn)場的作業(yè)時間。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓利軍.SFM04型車制動速度傳感器故障分析和處理[J].機(jī)車電傳動，2016（02）：92-94.

[2]張明偉，姚恩濤，曹吉康，樂珺.列車齒輪速度傳感器性能及故障診斷檢測技術(shù)[J].機(jī)械制造與自動化，2016，45（04）：192-195.

[3]牛剛，曹雪杰，秦肖肖.高速列車雙通道速度傳感器故障檢測與隔離研究[J].儀器儀表學(xué)報，2019，40（01）：158-165.

[4]于德偉，岳剛，王芹鳳.動車組速度傳感器檢測裝置研制[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2014，52（10）：68-70.

作者簡介：田鵬勇（1987—?），男，漢族，河北唐山人，碩士，中級職稱。