車鉤高度自動檢測裝置的設(shè)計

韓銘君 劉杭周 張文 李純

摘 要：車鉤是列車中用于實現(xiàn)車輛連掛的重要部件，在運行過程中傳遞牽引力和制動力，文章基于紅外線的高精準性和非接觸性，設(shè)計了一種車鉤高度自動檢測裝置，以此代替現(xiàn)階段的人工檢測，提高車鉤高度在檢測時的精確性。

關(guān)鍵詞：紅外探測；車鉤高度；自動檢測

中圖分類號：U270 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）20-0094-02

Abstract： The hook is an important part of the train to realize the connecting and hanging of the vehicle， which transmits traction and braking force in the course of operation. In this paper， based on the high precision and non-contact of infrared ray， an automatic detection device for the height of the hook is designed， in order to replace the current manual detection and improve the accuracy of the hook height in the detection.

Keywords： infrared detection； hook height； automatic detection

1 概述

我國鐵路相關(guān)技術(shù)規(guī)程對車鉤高度有著明確的規(guī)定，貨車車鉤高度一般保持在880±10mm，客車車鉤高度一般880mm。車輛運行過程中，不可避免地存在磨耗與損傷，例如車體底架梁的彎曲、鉤身的彎曲與磨耗、鉤頭的磨耗等，導(dǎo)致車鉤高度下降，若車鉤高度不符合要求，極易造成運行中的車輛脫鉤，因此車鉤中心高度調(diào)整成為了檢修工作中必不可少的內(nèi)容。當下我國的鐵道車輛部門多數(shù)利用的自制車鉤高度標尺來進行人工檢測，很少涉及車鉤高度的自動化檢測。

2 車鉤高度自動檢測裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

車鉤高度自動檢測裝置需要檢測車鉤中心線，因此在車鉤中心線處（圖1中所示）橫向貼以亮片，用于高度目標檢測。

檢測裝置基于紅外線探測技術(shù)設(shè)計，紅外探測技術(shù)應(yīng)用于距離檢測已經(jīng)十分成熟，其具有原理簡單、測量準確等特點。通過紅外探測器檢測目標高度，并通過數(shù)碼管顯示，從而達到自動檢測的目的，由于各車鉤高度不同，故將檢測裝置設(shè)計成可上下移動的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

紅外探測器安裝于傳動帶上，傳動帶可根據(jù)電機正反轉(zhuǎn)調(diào)整紅外探測器的位置。根據(jù)鐵道車輛車鉤的尺寸，以及防止紅外傳感器誤報數(shù)據(jù)，將紅外傳感器的安裝最低點設(shè)為810mm（距軌面高度），工作時，紅外傳感器會隨著傳送帶從最低點向上移動。

3 車鉤高度自動檢測裝置電路設(shè)計

自動檢測裝置的電路原理如圖3所示：

3.1 紅外探測電路

應(yīng)選用測量精度高，勘測能力強，具有定向目標測量不受其他因素影響的紅外線探測儀，且此傳感器檢測目標與顏色無關(guān)，可用于可靠檢測閃亮的表面。紅外探測電路可檢測車鉤鉤舌中心處橫向貼的亮片，用于檢測目標高度。

（1）發(fā)射端：電源控制信號啟動LED脈沖驅(qū)動電路，驅(qū)動LED發(fā)射二極管發(fā)出紅外信號，調(diào)制電路模塊用于將噪音信號分離，反饋到信號處理模塊，以提高檢測靈敏度。

（2）接收端：光敏二極管用于接收反射信號，前置放大電路可以將光敏二極管接收到的反射信號放大，送入信號處理模塊，以提高測量準確度。

（3）信號處理：當未檢測閃亮表面時，由于光敏二極管接收不到信號，信號處理電路輸出低電平信號給單片機；當光敏二極管接收到反射信號，信號輸出高電平信號給單片機。

3.2 電機

電機選用兩相四線步進電機，其電路不需要反饋，控制簡單，電機與微機的連接、速度控制（啟動、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動電路的設(shè)計比較簡單；沒有角累積誤差。

3.3 單片機

單片機用于信號控制與處理，可選用常用單片機類型，單片機接收紅外探測電路的低電平信號，通過驅(qū)動模塊驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)，當單片機接收高電平信號，通過驅(qū)動模塊停止電機轉(zhuǎn)動，單片機內(nèi)設(shè)計時器程序，當高電平持續(xù)5S后電機反轉(zhuǎn)。

3.4 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路用于驅(qū)動步進電機，可選用集成的電機驅(qū)動模塊，例如L298N。

3.5 數(shù)碼管

數(shù)碼管可以采用動態(tài)驅(qū)動或者靜態(tài)驅(qū)動方式，由4個數(shù)碼管組成，與單片機相連，顯示范圍為0-999.9，即讀取結(jié)果精確到小數(shù)點后1位。

數(shù)碼管顯示的是此時紅外探測器的高度，單片機讀取步進電機的脈沖數(shù)，通過公式1計算。

4 應(yīng)用與結(jié)論

經(jīng)過仿真驗證，該裝置有如下工作特點：

（1）接通電源，測量開始，紅外探測電路發(fā)光二極管發(fā)出紅外信號，未檢測閃亮表面時，光敏二極管接收不到信號，信號輸出低電平信號給單片機。

（2）單片機接收低電平信號，通過驅(qū)動電路控制步進電機正轉(zhuǎn)，電動機軸帶動傳動帶向上運動，即紅外探測器跟隨傳動帶向上移動。

（3）當紅外傳感器檢測到閃亮表面，光敏二極管接收反射信號，紅外探測電路輸出高電平信號給單片機。

（4）單片機接收高電平信號，通過驅(qū)動電路控制步進電機停止，即紅外探測器跟隨傳動帶停止。

（5）紅外傳感器此時的位置即為車鉤中心高度，單片機記錄步進電機脈沖數(shù)，計算得出此時車鉤高度，通過控制4個數(shù)碼顯示管顯示。

（6）計時器計時，單片機接收高電平信號持續(xù)5S后，通過驅(qū)動電路控制電機反轉(zhuǎn)，使紅外傳感器回到初始最低點。

該自動檢測裝置替代了人工檢測，使用方便，測量精度高，可減輕工作人員的工作強度，是車輛檢修制度現(xiàn)代化智能化的典型體現(xiàn)。

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