便携式列车制动速度传感器检测装置研究
田鹏勇 李磊 杨芳
摘?要：列车速度传感器故障会导致擦轮现象，列车运行异响，造成乘客恐慌。本文介绍一种便携式列车制动速度传感器性能监测装置，包括装置的组成和工作原理，操作便捷灵活，提高列车检修人员的工作效率。
关键词：速度传感器;检测装置
列车制动防滑系统的核心部件为防滑阀、速度传感器和控制器，随着列车使用时间增加，防滑速度传感器会出现信号故障，在列车运行10年时间约有50%的速度传感器信号不达标，而目前防滑速度传感器现场故障的检测方法主要使用万用表测量其导通性能，进行简单测试判断，未能深入对传感器性能进行检测，故障诊断不够完善。
列车制动速度传感器安装于转向架的轴端，每根车轴配置一个进行角速度测量，传感器故障一般瞬时反生，现场难以排查，本文介绍一种便携式列车制动速度传感器检测装置，关键检测参数为传感器输出波形的高低电平值、上升沿时间、下降沿时间、占空比。
1 列车防滑控制原理
1.1 防滑系统用于车轮与钢轨黏着不良时，对制动力进行控制
它的作用是：
①防止轮子即将抱死。
②避免滑行。
③最佳地利用黏着，以获得最短的制動距离。
1.2 防滑控制主要通过两种方式实现
（1）检测减速度。减速度判据进行控制就是当减速度值大于计算值时，防滑阀排气降低制动管路气压，从而减小制动力，从而列车制动减速度值减小，恢复到计算值时，防滑阀处于保持位，制动管路压力恒定，制动力不变;当防滑阀过排气时，制动减速度数值小于计算值，防滑阀处于进气位，将使制动缸压力恢复。当车轮速度发生突变时，减速度值也相应增大。减速度的检测是相对独立的，大多制动数防滑控制系统都采用此方法作为判据。
（2）检测速度差。速度差判据是当一辆车轮对中的一条轮对速度低于其他轮对时，该轮对必然发生滑行，通过轮径修正计算，将该轴速度与各轴速度进行比较，计算某个车轴的速度与参考轴的速度之间的差值，当差值大于标准值时，系统判定为该轴滑行，该轴车的防滑阀排气，从而降低该轴制动缸压力，使得该轴的减速度减小;当比较差值达到预定值时，防滑阀处于保持位使制动缸保压，让车轴速度恢复正常。
2 列车制动传感器的结构原理
列车制动速度传感器是一根霍尔速度传感器，具有较好的抗干扰能力和较长使用寿命，传感器的一端连接器安装在车体支架上，通过连接器将信号连接至EBCU，传感器的另外一端安装在每个车轴轴箱侧面，每根车轴上配置一根速度传感器用于检测轮对的速度，制动速度传感器专门用于防滑同汽车ABS系统类似，与列车TIMS系统速度传感器相互独立。
列车制动速传感器的结构如图2所示。它是由磁铁、线圈、磁盘等组成。磁盘为齿轮结构，磁盘安装在列车的轴端，与转轴角速度一致。当列车运行时车轴旋转，测速齿轮将齿根与齿顶交替运动导致磁铁组成的磁路中磁通量发生变化，感应线圈产生一定幅度波动的电动势，通过施密特触发器波形处理后得到方波信号，其频率为：f=Z·n/60，Z为磁盘齿数;n为磁盘转速。
列车制动测速结构普遍采用霍尔式速度传感器和测速齿轮的结构组成，通过传感器输出的方波频率信号计算列车的运行速度及减速度等信息，判断列车是否处于滑行状态，保护轮对不被擦伤，基本工作原理如下图所示：
3 硬件设计
3.1 信号发生装置
信号发生装置主要包括齿轮、电机、电机驱动电路、供电电源组成。齿轮选择2模20齿直齿轮，材质为45钢，模孔直径与电机输出轴匹配。电机选择直流电机，使用支架与外壳固定牢固。电机驱动电路选择PWM电机调速芯片、散热片、滤波电容、调速电阻器等组成，根据输出占空比调整直流电机的速度，调速范围：0—100%。供电电源选择4节18650电池串联，供电电源连接调压模块，实现速度传感器的供电（供电调整范围12—24V）、电机驱动电路供电、信号检测电路供电，供电模块连接外接充电器插座，可进行外接充电，供电结构如下图所示：
3.2 信号检测电路
检测装置主要由示波器探头、信号运放电路、单片机、屏显电路、操作控制电路组成。示波器探头进行信号的输入采集，运放电路进行电压信号处理接入单片机的IO接口，通过单片机进行模数转换计算，然后将计算的波形以及重要参数在LCD显示屏进行显示。部分电路如下图所示：
3.3 传感器与齿轮间隙调整结构设计
在正常运行过程中，列车制动速度传感器与测速齿轮齿顶间隙一般为0.9±0.5mm，架大修速度传感器检测时测量间隙为1.4—2.8mm，要求更高，所以该结构应满足实现至少0—3mm的间隙调整结构，传统结构的调整方法是在速度传感器与测速齿轮结构出开孔，使用塞尺进行间隙测量，而间隙的调整一般采用在速度传感器与测量装置间增减调整垫片厚度实现，本设计采用调整螺栓，实现间隙的调整，满足测量要求。
4 软件设计
软件设计采用keil进行程序编写，下载至单片机，程序内容主要包括驱动程序、ADC转换程序、数据处理程序、屏幕通信与显示程序、按键操作程序组成，程序的主体与示波器相似，增加了后续的数据处理与判断。
5 结语
该便携式速度传感器监测装置，对速度传感器的性能进行检测，传感器无须拆解下车，可用于列车线上检测或实验室检测，也可以用于架、大修过程中速度传感器性能的测试。同时，该创新可应用轨道交通行业制动防滑速度传感器检测，也可应用于其他行业齿轮速度传感器的检测该检测装置体积较小携带方便，操作便捷，灵活可靠，通过测量得到的高低电平值、占空比等数据及波形显示，判定速度传感器是否存在故障，从而有效提升了速度传感器故障的排故能力，缩短现场的作业时间。
参考文献：
[1]韩利军.SFM04型车制动速度传感器故障分析和处理[J].机车电传动，2016（02）：92-94.
[2]张明伟，姚恩涛，曹吉康，乐珺.列车齿轮速度传感器性能及故障诊断检测技术[J].机械制造与自动化，2016，45（04）：192-195.
[3]牛刚，曹雪杰，秦肖肖.高速列车双通道速度传感器故障检测与隔离研究[J].仪器仪表学报，2019，40（01）：158-165.
[4]于德伟，岳刚，王芹凤.动车组速度传感器检测装置研制[J].农业装备与车辆工程，2014，52（10）：68-70.
作者简介：田鹏勇（1987—?），男，汉族，河北唐山人，硕士，中级职称。
