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致擦輪現象，列車運行異響，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。

關鍵詞：速度傳感器;檢測裝置

列車制動防滑系統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信號故障，在列車運行10年時間約有50%的速度傳感器信號不達標，而目前防滑速度傳感器現場故障的檢測方法主要使用萬用表測量其導通性能，進行簡單測試判斷，未能深入對傳感器性能進行檢測，故障診斷不夠完善。

列車制動速度傳感器安裝于轉向架的軸端，每根車軸配置一個進行角速度測量，傳感器故障一般瞬時反生，現場難以排查，本文介紹一種便攜式列車制動速度傳感器檢測裝置，關鍵檢測參數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 防滑系統用于車輪與鋼軌黏著不良時，對制動力進行控制

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現

（1）檢測減速度。減速度判據進行控制就是當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;當防滑閥過排氣時，制動減速度數值小于計算值，防滑閥處于進氣位，將使制動缸壓力恢復。當車輪速度發生突變時，減速度值也相應增大。減速度的檢測是相對獨立的，大多制動數防滑控制系統都采用此方法作為判據。

（2）檢測速度差。速度差判據是當一輛車輪對中的一條輪對速度低于其他輪對時，該輪對必然發生滑行，通過輪徑修正計算，將該軸速度與各軸速度進行比較，計算某個車軸的速度與參考軸的速度之間的差值，當差值大于標準值時，系統判定為該軸滑行，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;當比較差值達到預定值時，防滑閥處于保持位使制動缸保壓，讓車軸速度恢復正常。

2 列車制動傳感器的結構原理

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系統類似，與列車TIMS系統速度傳感器相互獨立。

列車制動速傳感器的結構如圖2所示。它是由磁鐵、線圈、磁盤等組成。磁盤為齒輪結構，磁盤安裝在列車的軸端，與轉軸角速度一致。當列車運行時車軸旋轉，測速齒輪將齒根與齒頂交替運動導致磁鐵組成的磁路中磁通量發生變化，感應線圈產生一定幅度波動的電動勢，通過施密特觸發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;n為磁盤轉速。

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

3 硬件設計

3.1 信號發生裝置

信號發生裝置主要包括齒輪、電機、電機驅動電路、供電電源組成。齒輪選擇2模20齒直齒輪，材質為45鋼，模孔直徑與電機輸出軸匹配。電機選擇直流電機，使用支架與外殼固定牢固。電機驅動電路選擇PWM電機調速芯片、散熱片、濾波電容、調速電阻器等組成，根據輸出占空比調整直流電機的速度，調速范圍：0—100%。供電電源選擇4節18650電池串聯，供電電源連接調壓模塊，實現速度傳感器的供電（供電調整范圍12—24V）、電機驅動電路供電、信號檢測電路供電，供電模塊連接外接充電器插座，可進行外接充電，供電結構如下圖所示：

3.2 信號檢測電路

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

3.3 傳感器與齒輪間隙調整結構設計

在正常運行過程中，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，所以該結構應滿足實現至少0—3mm的間隙調整結構，傳統結構的調整方法是在速度傳感器與測速齒輪結構出開孔，使用塞尺進行間隙測量，而間隙的調整一般采用在速度傳感器與測量裝置間增減調整墊片厚度實現，本設計采用調整螺栓，實現間隙的調整，滿足測量要求。

4 軟件設計

軟件設計采用keil進行程序編寫，下載至單片機，程序內容主要包括驅動程序、ADC轉換程序、數據處理程序、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，增加了后續的數據處理與判斷。

5 結語

該便攜式速度傳感器監測裝置，對速度傳感器的性能進行檢測，傳感器無須拆解下車，可用于列車線上檢測或實驗室檢測，也可以用于架、大修過程中速度傳感器性能的測試。同時，該創新可應用軌道交通行業制動防滑速度傳感器檢測，也可應用于其他行業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、占空比等數據及波形顯示，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，縮短現場的作業時間。

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作者簡介：田鵬勇（1987—?），男，漢族，河北唐山人，碩士，中級職稱。