關于韶山型電力機車因速度傳感器不匹配引起的空轉分析及選配方法

劉忠財

太原暢通致遠鐵路機車車輛電子有限公司 山西 太原030000

速度傳感器發出的信號是機車防空轉控制系統的基本信號源,當機車出現空轉現象時,無法有效的判斷是機車發生了真空轉,還是因為速度傳感器故障或傳感器之間不匹配,導致防空轉控制系統動作。若為真空轉時,可能引起機車故障和機破事故嚴重危及到行車安全。若為速度傳感器故障時在機車會段進行小動車試驗時基本能夠發現其故障,處理較為簡單;若為因速度傳感器不匹配導致的故障,工程師在處理此類問題時經常一頭霧水、無從下手;因為在試驗時,故障現象無法出現(因此故障大部分在低速時不會出現,在高速時也為偶爾出現,且不知道出現故障時的具體速度值),且單個測試速度傳感器時,測試結果全合格。

速度傳感器是一種將非電量的變化轉變為電量變化的元件,現韶山型電力機車上使用的旋轉式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。國內的內燃機車、電力機車和動車組廣泛使用光電式速度傳感器,傳感器將機車運行的速度量對應轉換為光電脈沖,并提供給機車運行監控裝置。如在坡道較多的地方出現假空轉可能引起坡道停車。因此,速度傳感器的性能指標直接影響機車運行監控裝置的工作,是整個機車速度監控系統的關鍵。

韶山系列SS4機車在空轉性能判斷控制是通過將所測的四路速度傳感器速度信號在單片機中通過計算處理出△V 、dv/dt、d2v/dt2等信號,并按各自的閥值分架控制,若速度傳感器不匹配可能導致其中有兩個軸的速度差為4km/h,此時電子柜(微機柜)輸出空轉、撒砂信號;并伴隨著電流下降。但是機車并沒有發生真正的空轉,回段后試驗后一切正常。下圖為通過采集系統采集到的因機車速度傳感器不匹配導致空轉時的四個速度傳感器的輸出。

圖1 速度傳感器輸出脈沖波動

通過在處理此類故障中的積累導致速度傳感器不匹配的原因主要有:(1)轉軸與車軸軸頭方孔之間屬于機械式連接,由于長期轉動磨耗,造成運行中全車速度傳感器之間反饋的速度頻率信號出現不同步故障。(2)非接觸式傳感器在制造過程中的安裝誤差。(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行分析。

光電式速度傳感器利用一個光電耦合器件經隨機車輪轉動的光柵片變為斷續的光,使光電耦合器中的光敏接收管輸出通斷的脈沖信號,經電路放大整形后,輸出與轉速成比例的方波脈沖序列,經處理后變為監控所需的機車運行速度信號。工作直流電源:15 V,

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

SS4機車100k m/h對應的速度傳感器輸出的脈沖頻率為1.414Khz。對其進行計算分析當速度較小時,因光柵孔被油污遮擋和因機械活動量導致的缺脈沖數,轉化成速度后幾乎沒有影響;當速度越大時影響越大。故出現在機車運行過程中發現機車空轉,回段或回廠后試驗一切正常,單個測試速度傳感器是數據一切正常。致使工程人員一頭霧水,無從下手。只能一次又有一次的針對性更換,有時可能把沒有丟脈沖的傳感器進行了更換。此類問題導致了處理空轉現象不及時,有可能導致比較嚴重的后果;同時浪費了較多的原材料。

現只需按如下原理制作一臺設備及投入一定的人力,便可以提前預防因速度傳感器不匹配導致的故障,且投入成本較低,可以在個機車廠、機務段進行推廣使用。

使用一步進電機帶動一大齒輪轉動,在大齒輪上傳功n個同樣規格的小齒輪轉動,小齒輪分別帶動一個速度傳感器進行轉動;對速度傳感器送出的信號進行檢測并在指示界面對采集到的脈沖數進行計數顯示判斷,若采集到的脈沖數與其它不同進行突變時記錄此速度傳感器突變時的數據,對其進行更換重新進行選配。

一、機械結構部分

步進電機、4-6個(根據要求確定)速度傳感器固定孔、顯示界面、控制器、各傳動齒輪、顯示界面、適當配重。

二、電氣控制部分

(1)根據傳感器供電要求及步進電機要求制作或購買相應的電源。(2)控制步進電機轉速并根據實際情況進行調速。(3)對脈沖型號進行采集、判斷、顯示。

使用上述裝置可以對同一臺車的傳感器進行同時試驗,每個傳感器在轉速高和低的情況下計下的脈沖數應該完全相同,若出現不相同的傳感器換下后與其他的進行匹配,也可以做一個標準的傳感器作為基準,讓其它傳感器與其進行匹配,這樣避免了一臺車因傳感器匹配不合適導致的故障,在處理機車高速空轉時也可以在地面模擬實驗,可以提高工作效率也可以避免的原材料的浪費。