Обнаружитель скольжения колесных пар подвижного состава

 

ОБНАРУЖИТЕЛЬ СКОЛЬЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, содержащий на каждуюконтролируемую колесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе сглаживающий фильтр и компаратор, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, он снабжен на каждую «контролируемую колесную пару дополнительными выпрямителем и компаратором , интеграторами, элементами ЗАПРЕТ и триггером и общим для всех колесН1 1х пар элементом ИЛИ, подключенным своими входами к выходам дополнительных «компараторов. а выходом - к одним из входов элементов ЗАПРЕТ и к одним из входов ОД них из интеграторов, другой вход каждого из которых соединен с выходом выпрямителя, а выход - с одними из входов дополнительного и основного компараторов« выход последнего из которых соединен с другими входами элементов ЗАПРЕТ, соединенных своими выходами с входами триггера , при этом выход каждого синхронного тахогенератора подключен с к входу другого интегратора, выход которого через дополнительный выпря- -митель соединен с входом сглаживаю- f/ щего фильтра, соединенного выходом с другими входами основного и дополнительного компараторов.

„„Su„„ 50923 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

M5„ а 6о ь 3/1O

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,К

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3451444/24-11 (22) 11.06.82 (46) 30.10.83.. Бюл. Р 40 (72) В.С.Росланас и К.Н.Рюхий (71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им. акад.В.Н.Образцова (53) 625.032.37(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 135911, кл. В 60 Ь 3/10, 1959 (прототип), (54)(57) ОБНАРУЖИТЕЛЬ СКОЛЬЖЕНИЯ

КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, содержащий на каждую контролируемую колесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе, сглаживающий фильтр и компаратор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен на каждую .контролируемую колесную пару дополнительными выпрямителем и компа. ратором, интеграторами, элементами ЗАПРЕТ и триггером и общим для всех колесных пар элементом ИЛИ, подключенным своими входами к выходам дополнительных 1компараторов. а выходом — к одним из входов элементов ЗАПРЕТ и к одним из входов одних из интеграторов, другой вход каждого из которых соединен с выходом выпрямителя, а выход - с одними из входов дополнительного и основного компараторов выход последнего из которых соединен с другими входами элементов ЗАПРЕТ, соединенных своими выходами с входами триггера, при этом выход каждого синхронного тахогенератора подключен к входу другого интегратора, выход 3 которого через дополнительный выпрямитель соединен с входом сглаживающего фильтра, соединенного выходом с другими входами основного и допол нительного компараторов.

1050923

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам для обнаружения скольжения колесных пар транспортных средств, и может быть применено в устройствах защиты от юза и боксования подвижного состава.

Известен обнаружитель скольжения колесных пар подвижного состава, содержащий на каждую контролируемую колесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе, сгла- 10 живающий фильтр и компаратор (1 1.

Недостатком указанного обнаружителя является большая погрешность в определении проскальзывания. Это обусловлено тем, что осевой тахогенератор вырабатывает синусоидальное напряжение, амплитудное значение которого прямо пропорционально скоpccòII вращения колесной пары

Vòã Kтг " > (1) . 2О где V — амплитудное значение перетг менного напряжения тахогенератора;

К вЂ” коэффициент пропорциональтг ности — кру изна характеристики тахогенератора; ( угловая скорость колесной пары.

Крутизна К характеристики не является строго постоянной величиной, что вызывается рядом причин: старением магнитов, зависимостью свойств магнитных материалов и сопротивления.обмоток от температуры, нелинейностью характеристик из-за насыщения магнитопроводов, разбросом характеристик от.образца к образцу, и т.д, Нестабильность крутизны ха)рактеристики тахогенератора (т.е.

Отклонение реальной амплитудной характеристики от идеальной ) приво- 40 дит к погрешности определения проскальзывания колесных пар.

Цель изобретения — повышение точности обнаружителя скольжения путем нейтрализации погрешности, Вызван- 45 ной отклонениями амплитудных характеристик тахогенераторов.

Поставленная цель достигается ,тем, что обнаружитель скольжения колесных пар подвижнОГО сОстаВа, содержащий на каждую контролируемую колесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе,сглаживающий фильтр и комнаратор, снабжен на каждую контролируемую колесную пару дополнительными выпрямителем и компаратором, интеграторами, элементами ЗАПРЕТ и триггером и общим для всех колесных пар элементом ИЛИ, подключенным своими входами к выходам дополнительных компара- 6О торов, а выходом — q одним из входов элементов ЗАПРЕТ и к одним из входов одних из интеграторов, дру-. гой вход каждого.из которых соединен с выходом выпрямителя, а вы- $5 ход - с одним из входов дополнитель» ного и основного компараторов, выход последнего из которых соединен с другими входами элементов ЗАПРЕТ, соединенных своими выходами с входом триггера, при этом выход каж- дого синхронного тахогенератора подключен к входу другого интегратора, выход которого через допол,нительный выпрямитель соединен с входом сглаживающего фильтра, сое диненного выходом с другими входами основного и дополнительного компараторов.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого обнаружителя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг. 1) содержит синхронные тахогенераторы 1 и 2 двух контролируемых кОлесных пар,.выпрямители 3 и 4, подключенные к выходам тахогенераторов 1 и 2, сглаживающие фильтры 5 и б с выходами 7, 8 и

9, 10, отличающиеся масштабами выходных сигналов, и подключенные к выходам 7 и 8 сглаживающих фильтров,5 и б компараторы 11 и 12. Дополнительные выпрямители 13 и 14 ,подключены к входам фильтров 5 и б.

Интеграторы 15 и 16 подключены к выходам выпрямителей 3 и 4 и соединены своими выходами с другими входами основных компараторов 11 и 12, Другие интеграторы 1? и 18 подключены к тахогенераторам 1 и 2 и соединены своими выходами с входами дополнительных выпрямителей 13 и 14. Дополнительные компараторы 19 и 20 подключены к выходам 9 и 10 сглаживающих фильтров 5 и б и к выходам интеграторов 15 и 16. Выходы компараторов 11 и 12 подключены к входам элементов ЗАПРЕТ 21,22 и 23,24, которые подключены к триггерам 25 и 26 через их входы 27, 28 и 29, 30. Общий для всех колесных пар эле- ) мент ИЛИ 31 покдючен к выходам до полнительных компараторов 19 и 20 и соединен своим выходом с другими входами элементов ЗАПРЕТ 21,22 и 23, 24 и другими входами интеграторов 15 и 16.

Кривые м и 6 (фиг. 2) представляют собой угловые скорости соответ-. ственно первой и второй контролируемых колесных пар транспортного средства, а кривые в,г,д,e,æ,ç, è,ê, л,м,н,п,р — напряжения на выходах соответственно элементов 15,16, 11, 12„19,20,31,21,22,23,24,25,26, Обнаружитель работает следующим образом.

Синхронный тахогенератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал, амплитуда V„ частота f которого про1050923

К1

«Т

15 или

Т

Eз) тогда

15 1, (5) 60 порциональны угловой скорости с» соответствующей колесной пары

U =V яи 2Tjf t =К си з4пти> t, (2)

1 1 1 1 1 1 где U1 .- текущее значение напряже- 5 ния тахогенератора 1 )

К„,m — коэффициенты пропорциональности)

t - текущее значение времени.

Величина коэффициента m полностью определяется конструктйвным выполнением тахогенератора (числом полюсов магнитной системы/ и для определенного типа тахогенераторов является постоянной ° Величина коэффициента К„(крутизны характеристики тахогенератора) может иметь различные отклонения.

Сигнал с выхода тахогенератора 1 подается на выпрямитель 3, выполненный по двухполупериодной схеме. Напряжение U на выходе выпрямителя 3 равно абсолютному значению напряжения тахогенератора 1

= j0„j- jk„cv„j-jsintn tj=O и =K )+() (3) где U и 0 — постоянная и переменная

3, 3 составляющие выходного напряжения выпрямите-. ля 3 ;; 30 р. — коэффициент пропорциональности.

Выходное напряжение выпрямителя 3 поступает на информационный вход интегратора 15. Параметры интегратора 15 выбирают такими, что он наряду с интегрированием выполняет роль сглаживающего фильтра, подавляющего переменную составляющую 0 выходного напряжения выпрямителя 3.

Поэтому напряжение 0„5 на выходе первого интегратора 15 равно

6 t

1 ().5сН= К„м р,сИ = — К сс(и, (.).)

4S где Т вЂ” постоянная времени интегра15 тора 15;

t - текущее значение времени, отсчитываемое от Начала цикла интегрирования (т.е, от момента окончания сброса интегратора в ноль).

Сигнал с выхода интегратора 15 поступает на один из входов компаратора 11, на другой вход которого 55 поступает сигнал с выхода 7 сглаживающего фильтра 5. Компаратор 11 срабатывает при условии где 01- напряжение на выходе 7 фильтра 5.

Сигнал тахогенератора 1 поступает на вход другого интегратора 17

j выходное напряжение U„1 котоРого Равно

U = — и и= — к s М=

11 Т 1 Т 1

11 11

К1 — CoS raus t (6)

11

1 где Т - постоянная времени интегра11 тора 17.

Сигнал с выхода интегратора 17 последовательно проходит через дополнительный выпрямитель 13 и сглаживающий фильтр 5, обладаь;ий большой постоянной времени, поэтому можно считать, что напряжение 01,на выходе 7 фильтра 5 равно амплитудному значению напряжения Ц

К1

ыТ „

11 .С учетом выводов (4) и (7) условие (5) срабатывания компаратора 11 будет иметь вид

Под срабатыванием компаратора в данном случае понимается скачкообразное изменение выходного напряжения компаратора с единичного уровня до нулевого или обратно. В соответствии с этим длительность t» выход"11 ного импульса компаратора 11 (т.е. отрезок времени между двумя последовательными срабатываниями компаратора) может быть получена из формулы (9) при.условии с =сц (10) 15

15 и„„т„

Из формулы (11) следует, что длительность Выходного импульса первого компаратора 11 обратно пропорциональна угловой скорости первой колесной пары и не зависит от крутизны К характеристики тахогенерато1 ра 1 °

Аналогично длительность t выход.Ю ного импульса первого компаратора 12 обратно пропорциональна угловой скорости ь,.второй колесной пары и не зависит от крутизны К характерис» тики тахогенератора 2 °

Т(6 ш (1 2

012 Т1З п1 2 р

Где T 16 и T18 постоянные времени интеграторов 16 и 18.

1050923 где у — коэффициент пропорциональности ()" < 1) или, в соответствии с формулой (7), U = (r+)

mTr

Условие срабатывания компаратора 19

9 15 или, с учетом формул (4) 40 (15) и (14) (т1

1t

О, Длительность выходного импульса компаратора 19 может быть определена из формулы (16) при условии

С (17)

Ц19

50 тогда

Т

0 т11 ()((., 55

19

Сравнение формул (18) и .(11) показывает, что выходной импульс компаратора 19 в )(раз короче выходного (импульса компаратора 11. 60

Аналогично длительность выходного импульса компаратора 20 определяется формулой т (= 1 †(— — (19)

rs (Таким образом, в канале каждой колесной пары осуществляется преобразование угловой скорости Ш в обрат- но пропорциональную ей длительность. с„ има льса, причем на точность преобразования не оказывает влияние . крутизна характеристики техогенератора. Обнаружение избыточного скблькения какой-либо колесной пары производится посредством сравнения длительности импульса, сформированно-10

ro в канале данной колесной пары, с длительностью эталонного импульса, соответствующей скорости эталонной (не скользящей ) колесной пары. Для формирования эталонного импульса 15 .и последующего сравнения импульсов служит схема, состоящая . из дополнительных компараторов 19 и 20, элемента ИЛИ 31,элементов ЗАПРЕТ 21-24 и триггеров 25 и 26.

На один из вход(в компаратора 19 поступает сигнал с выхода интегратора 15, напряжение ()1 которого определяется форму"ой (4j. На друг:ой вход компаратора 19 поступает сигнал с выхода 9 сглаживающего фильтра 5. Напряжение 09 этого сигнала составляет некоторую долю напряжения 01 на первом выходе 7 (в том случае, когда устройство является обнаружителем боксования). 30 () « . 0 (13) С помощью элемента ИЛИ 31 осуществляется логическое суммирование выходных импульсов компараторов 19 и 20. Поскольку передние фронты этих импульсов совпадают (это обеспечивается одновременной подачей сигналов сброса на интеграторы 15 и 16), длительностьс(импульса на выходе

Ъ1 элемента ИЛИ 31 определяется формулой

- " оц((С0, < 1 . (2О)

Э1 19 20/ (24) <С

19 (20 т;е.

Тогда неравенство (23) записывается в виде

Т16

Ю () т ) тm+ ш„

> (25) Параметры схемы устанавливаются такими, что Т = Х и Т = Т . Тог1% 16 11 18 да неравенство (25) имеет вид

3 1

Ю (О (26)

2 1

Импульс на выходе элемента HJIH 31 является эталонным: его длитель- ность tV обратно пропорциональна угловой скорости наиболее медленно

31 вращающейся (т.е. не боксующей в данный момент ) колесной пары. Задний фронт этого импульса является сигналом сброса интеграторов 15 и 16.

На элементах ЗАПРЕТ .21-24 производится сравнение длительности

1 ( эталонного импульса с длительно тью С (С(, ) импульса контролируе1(12 мой колесной пары. Если имеют место соотношение

3„-с t V (21) то появляется импульс на выходе элемента ЗАПРЕТ 23, который по нулевому входу 29 устанавливает триггер 25 в нулевое состояние, соответствующее отсутствию скольжения пер вой колесной пары. Если имеет место соотношение u3 (22) то появляется импульс на выходе элемента ЗАПРЕТ 21, который устанавливает триггер 25 в единичное состояние, соответствующее наличию у первой колесной пары избыточного скольжения. Аналогичным образом выполняется скольжение 2-й колесной пары.

Неравенство (22) с учетом формул (11 ) и (20) имеет вид

> (23)

9 " о

° Если, например, первая колесная

Пара начала боксовать, то ter ы2, и в соответствии с формулами (18) и (19) 1050923 8 или

> ) ). (27) г У

40

Неравенство (271 является усло-. вием срабатывания обнаружителя 5 скольжения (в данном случае обнаружителя боксования). При этом выражение; стоящее в левой части неравенства (21), характеризует величину относительного скольжения первой колесной пары. Правая часть этого неравенства характеризует порог чувствительности обнаружения скольжения. Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет контроль 15 относительной разности скоростей вращения колесных пар (т.е. контроль относительного скольжения).Заданный порог чувствительности обеспечивается установкой коэффициента ъ. деления выходного сигнала сглаживающего фильтра 5(6), Устройство работоспособно при любом количестве колесных пар транспортного средства; с помощью элемента ИЛИ 31 осуществляется выбор эталонной (не скользящей) колесной пары для последующего сравнения ее скорости со скоростью каждой контролируемой колесной пары. Незначительные измене ния в схеме устройства позволяют использовать его для обнаружения юэа коленсых пар.

На фиг. 2 показана диаграмма работы обнаружения скольжения при пробоксовке первой колесной пары, Э5 причем крутизна характеристики тахагенератора 1 этой колесной пары меньше, чем крутизна характеристики тахогенератора 2 второй колесной пары (не боксующей,)

Для пояснения работы обнаружителя скольжения приняты следующие допущения: процессы изменения скорости о колесных пар и процессы изменения напряжения на выходах узлов 45 .обнаружителя скольжения имеют разный масштаб времени, длительность переходных процессов во всех узлах схемы, кроме интеграторов, равна нулю, Различие в крутизне характеристики техогенераторов завышено по сравнению с реально существующиМи значениями.

Как видно из диаграммы, работа обнаружителя скольжения происходит циклически. В начале каждого цикла интеграторы 15 и 16 сбрасываются в нулевое состояние, затем начинают интегрировать напряжения, поступающие с выпрямителей 3 и 4. На выходах сглаживающих фильтров 5 и 6 имеются 60 напряжения, определяемые формулами (7 1 и (14 ). Эти напряжения прямс пропорциональны крутизне характеристики соответствующего тахогенератора, но не зависят от скорости вращения 65 колесных пар. В момент времени, когда Напряжение О„ достигает уровня () (соответственно, когда О достигает уровня О„ ) происходит срабатывание компаратора 19(20).При отсутствии скольжения (т.е. при равенстве скоростей колесных пар ) достижение укаэанными напряжениями соответствующих уровней происходит одновременно. Это объясняется тем, что при изменении крутизны характеристики

1 тахогенераторами в одинаковой степени изменяется наклон проинтегрированной линии напряжения уровень, которого достигает выходное напряжение интегратора 15(16 ) в конце цикла. Таким образом, крутизна характеристики тахогенератора не влияет на длительность цикла работы устройства.

При движении колесной пары без скольжения периодически сраба=ывает компаратор 19(20), в то время как компаратор 11(12) постоянно находится в единичном состоянии, На выходе элемента ЗАПРЕТ 23(24).имеется последовательность коротких импульсов (определяемых длительностью переходного процесса сброса интеграторов ). Эти импульсы поступают на нулевой вход 29 (30) триггера 25(26) и удерживают его в нулевом состоянии, соответствующем отсутствию скольжения данной колесной пары.

Если какая-либо колесная пара на.чинает боксовать (первая колесная пара на диаграмме), увеличивается величина напряжения на выходах тахогенератора 1 и выпрямителя З,,Соответственно, увеличивается крутизна наклона линии напряжения U на выходе первого интегратора 15 и сокращается длительность положительного импульса на выходе второго интегратора 19. При достижении боксующей колесной парой определенной .угловой скорости напряжение достигает уровня 0, что приводит к срабатыванию первого компаратора 11. При этом со1 ,отношение скоростей боксующей (первой) и.не боксующей (второй) колесных пар, т.е . величина относитель ного скольжения, определяется формулой (27). Срабатывание компаратора 11 приводит к появлению положительного импульса на выходе элемента ЗАПРЕТ 21 и триггер 25 устанавливается в единичное состояние, соответствующее наличию избыточного скольжения первой колесной пары. В этом состоянии триггер 25 удерживается до тех пор, пока не появятся импульсы на выходе элемента ЗАПРЕТ 21, т.е. пока не выполнится условие (22 ), а следовательно, и условие (27), Предлагаемое устройство позволяет обнаружить избыточное скольжение каждой колесной пары в отдельности, 1050923

10 в то время как в устройстве-прототипе такая воэможность отсутствует, Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом, за которыЯ принят прототип, 5 заключается также в отсутствии погрешности из за раэбоса амплитудных характеристик тахогенераторов, Более высокая точность позволяет использовать предлагаемый обнаружитель скольжения для создания противобоксовочных и противоюэных систем подвижного состава, 1050923 фиг2

Составитель Н.Лысяков

Техред С.?4игунова Корректор О Билак

Редактор A.Îãàð .Заказ 8574/17 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4