關(guān)于韶山型電力機(jī)車(chē)因速度傳感器不匹配引起的空轉(zhuǎn)分析及選配方法

劉忠財(cái)

太原暢通致遠(yuǎn)鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛電子有限公司 山西 太原030000

速度傳感器發(fā)出的信號(hào)是機(jī)車(chē)防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的基本信號(hào)源,當(dāng)機(jī)車(chē)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí),無(wú)法有效的判斷是機(jī)車(chē)發(fā)生了真空轉(zhuǎn),還是因?yàn)樗俣葌鞲衅鞴收匣騻鞲衅髦g不匹配,導(dǎo)致防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)動(dòng)作。若為真空轉(zhuǎn)時(shí),可能引起機(jī)車(chē)故障和機(jī)破事故嚴(yán)重危及到行車(chē)安全。若為速度傳感器故障時(shí)在機(jī)車(chē)會(huì)段進(jìn)行小動(dòng)車(chē)試驗(yàn)時(shí)基本能夠發(fā)現(xiàn)其故障,處理較為簡(jiǎn)單;若為因速度傳感器不匹配導(dǎo)致的故障,工程師在處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)經(jīng)常一頭霧水、無(wú)從下手;因?yàn)樵谠囼?yàn)時(shí),故障現(xiàn)象無(wú)法出現(xiàn)(因此故障大部分在低速時(shí)不會(huì)出現(xiàn),在高速時(shí)也為偶爾出現(xiàn),且不知道出現(xiàn)故障時(shí)的具體速度值),且單個(gè)測(cè)試速度傳感器時(shí),測(cè)試結(jié)果全合格。

速度傳感器是一種將非電量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓脑?現(xiàn)韶山型電力機(jī)車(chē)上使用的旋轉(zhuǎn)式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)。國(guó)內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、電力機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)組廣泛使用光電式速度傳感器,傳感器將機(jī)車(chē)運(yùn)行的速度量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為光電脈沖,并提供給機(jī)車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置。如在坡道較多的地方出現(xiàn)假空轉(zhuǎn)可能引起坡道停車(chē)。因此,速度傳感器的性能指標(biāo)直接影響機(jī)車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置的工作,是整個(gè)機(jī)車(chē)速度監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。

韶山系列SS4機(jī)車(chē)在空轉(zhuǎn)性能判斷控制是通過(guò)將所測(cè)的四路速度傳感器速度信號(hào)在單片機(jī)中通過(guò)計(jì)算處理出△V 、dv/dt、d2v/dt2等信號(hào),并按各自的閥值分架控制,若速度傳感器不匹配可能導(dǎo)致其中有兩個(gè)軸的速度差為4km/h,此時(shí)電子柜(微機(jī)柜)輸出空轉(zhuǎn)、撒砂信號(hào);并伴隨著電流下降。但是機(jī)車(chē)并沒(méi)有發(fā)生真正的空轉(zhuǎn),回段后試驗(yàn)后一切正常。下圖為通過(guò)采集系統(tǒng)采集到的因機(jī)車(chē)速度傳感器不匹配導(dǎo)致空轉(zhuǎn)時(shí)的四個(gè)速度傳感器的輸出。

圖1 速度傳感器輸出脈沖波動(dòng)

通過(guò)在處理此類(lèi)故障中的積累導(dǎo)致速度傳感器不匹配的原因主要有:(1)轉(zhuǎn)軸與車(chē)軸軸頭方孔之間屬于機(jī)械式連接,由于長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)磨耗,造成運(yùn)行中全車(chē)速度傳感器之間反饋的速度頻率信號(hào)出現(xiàn)不同步故障。(2)非接觸式傳感器在制造過(guò)程中的安裝誤差。(3)各速度傳感器電子電路部分的誤差。

圖2 二軸速度突變

如下以光電式速度傳感器為例進(jìn)行分析。

光電式速度傳感器利用一個(gè)光電耦合器件經(jīng)隨機(jī)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵片變?yōu)閿嗬m(xù)的光,使光電耦合器中的光敏接收管輸出通斷的脈沖信號(hào),經(jīng)電路放大整形后,輸出與轉(zhuǎn)速成比例的方波脈沖序列,經(jīng)處理后變?yōu)楸O(jiān)控所需的機(jī)車(chē)運(yùn)行速度信號(hào)。工作直流電源:15 V,

功耗電流小于50 mA,輸出脈沖幅值(負(fù)載電阻RL=3KΩ)高電平9V,低電平-2 V,相位差:900士50%,轉(zhuǎn)速范圍:0～1500 r/min,每圈的脈沖數(shù):200,輸出方波波形占空比:(50士20)%。

SS4機(jī)車(chē)100k m/h對(duì)應(yīng)的速度傳感器輸出的脈沖頻率為1.414Khz。對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析當(dāng)速度較小時(shí),因光柵孔被油污遮擋和因機(jī)械活動(dòng)量導(dǎo)致的缺脈沖數(shù),轉(zhuǎn)化成速度后幾乎沒(méi)有影響;當(dāng)速度越大時(shí)影響越大。故出現(xiàn)在機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)車(chē)空轉(zhuǎn),回段或回廠后試驗(yàn)一切正常,單個(gè)測(cè)試速度傳感器是數(shù)據(jù)一切正常。致使工程人員一頭霧水,無(wú)從下手。只能一次又有一次的針對(duì)性更換,有時(shí)可能把沒(méi)有丟脈沖的傳感器進(jìn)行了更換。此類(lèi)問(wèn)題導(dǎo)致了處理空轉(zhuǎn)現(xiàn)象不及時(shí),有可能導(dǎo)致比較嚴(yán)重的后果;同時(shí)浪費(fèi)了較多的原材料。

現(xiàn)只需按如下原理制作一臺(tái)設(shè)備及投入一定的人力,便可以提前預(yù)防因速度傳感器不匹配導(dǎo)致的故障,且投入成本較低,可以在個(gè)機(jī)車(chē)廠、機(jī)務(wù)段進(jìn)行推廣使用。

使用一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),在大齒輪上傳功n個(gè)同樣規(guī)格的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),小齒輪分別帶動(dòng)一個(gè)速度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng);對(duì)速度傳感器送出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并在指示界面對(duì)采集到的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示判斷,若采集到的脈沖數(shù)與其它不同進(jìn)行突變時(shí)記錄此速度傳感器突變時(shí)的數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行更換重新進(jìn)行選配。

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)部分

步進(jìn)電機(jī)、4-6個(gè)(根據(jù)要求確定)速度傳感器固定孔、顯示界面、控制器、各傳動(dòng)齒輪、顯示界面、適當(dāng)配重。

二、電氣控制部分

(1)根據(jù)傳感器供電要求及步進(jìn)電機(jī)要求制作或購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的電源。(2)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)速。(3)對(duì)脈沖型號(hào)進(jìn)行采集、判斷、顯示。

使用上述裝置可以對(duì)同一臺(tái)車(chē)的傳感器進(jìn)行同時(shí)試驗(yàn),每個(gè)傳感器在轉(zhuǎn)速高和低的情況下計(jì)下的脈沖數(shù)應(yīng)該完全相同,若出現(xiàn)不相同的傳感器換下后與其他的進(jìn)行匹配,也可以做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器作為基準(zhǔn),讓其它傳感器與其進(jìn)行匹配,這樣避免了一臺(tái)車(chē)因傳感器匹配不合適導(dǎo)致的故障,在處理機(jī)車(chē)高速空轉(zhuǎn)時(shí)也可以在地面模擬實(shí)驗(yàn),可以提高工作效率也可以避免的原材料的浪費(fèi)。