Устройство для обнаружения скольжения колесных пар подвижного состава

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Su„„1050925 А

Ц50 В 60 (. 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕЛ ЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 346СЭ47/24-11

, (22) 02.07.82 (46) 30. 10. 83. Вюл. Р 40 (72) В.С. Росланас и K.Н. Рюхин (71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им,акад. В.H. Образцова (53) 621.335.11(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,Р 180218, кл. В 60 4 3/10, 1964 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

СКОЛЬЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ IIAP ПОДВИЖНОГО

СОСТАВА, содержащее датчики частоты вращеиия колесных пар и блок сравнения,отличающееся тем, что, с целью повыаения быстродействия, оно снабжено квадраторами н сумматорами, а датчики частоты вращения колесных пар выполнены на генераторах однофазного переменного тока с двумя обмотками, сдвинутыми одна относительно другой на 90 эл. град., каждая из которых подключена к входам соответствующего квадратора, выходы квадраторов соединены с входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к входам блока сравнения.

1050925

I () 20

Изобретение относится к транспорту, в ча ст ности к у строй ст в ам для обнаружения скольжения колесных пар подвижного состава.

Известно устройство для обнаружения скольжения колесных пар подвиж- 5 ного состава, содержащее датчики частоты вращения колесных пар и блок сравнения 1 1.

Однако известное устройство характеризуется недостаточным быстродейст- 0 вием вследствие наличия сглаживающих фильтров на выходах датчиков частоты вращения колесных пар, представляющих собой генераторы переменного тока. Генератор вырабатывает синусоидальный сигнал, амплитудное значение которого прямо пропорционально мгновенной скорости вращения соответствующей колесной пары где U — амплитуда напряжения тахогенератора

К вЂ” коэффициент пропорциональности (крутизна характерис- 25 тики тахогенератора ); ю — угловая скорость колесной пары.

Если осевой тахогенератор выполнен многофазным, то мгновенное напря-3() жение .Отг. п-й, фазы определяется тг выражением

=U>z ><п(2))Н VÄ) Кщsfп(2Jif4Ф9 ), (2) где У вЂ” частота фаэного напряжения;

35 текущее значение времени;

9„ — угол сдвига между напряжениями п-й фазы и фазы, принятой эа начальную.

Чем выше требования в качеству 40 фильтрации, тем больше постоянная времени фильтра, а следовательно, больше вносимая им задержка. В ряде случаев такая задержка может превысить допустимое значение и привести 45 к возникновению разносного боксования или к заклиниванию колесной пары при торможении.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства для обнаружения5О скольжения колесных пар подвижного состава.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для обнаружения скольжения колесных пар подвижного состава, содержащее датчики частоты вращения колесных пар и блок сравнения, снабжено квадраторами и сумматорами,а датчики частоты вращения колесных пар выполнены на генераторах однофазного переменного тока с двумя обмот- 60 ками, сдвинутыми одна относительно другой на 90 эл. град., каждая из которых подключена к входам соответствующего квадратора, выходы квадраторов соединены с входами соответст- 65 вующих сумматоров, выходы которых подключены к входам блока сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— принципиальная электрическая схема блока сравнения, вариант исполнения; на фиг. 3 — принципиальная схема датчика частоты вращения с использованием многофазного t генератора переменного тока, вариант исполнения. Устройство (фиг. 1 ) содержит датчики 1 частоты вращения колесных пар, выходы каждого из которых подключены к входам соответствующих квадраторов

2. Выходы квадраторов подключены к входам соответствующих сумматоров 3, выходы которых подключены к входам блока 4 сравнения.

Блок 4 сравнения (фиг. 2) содержит диоды 5 — 12, соединенные попарно анодами и катодами, при этом указанные .гочки соединения являются входами блока 4. Аноды диодов 5 — 8 объединены и через резистор 13 подключены к положительной клемме 14 источника смещения, а через резистор 15 — к одному иэ входов операционного усилителя 16. Катоды диодов 9 — 12 объединены и подключены через резистор 17 к другому входу операционного усилителя 16. Входы операционного усилителя 16 соединены также с отрицательной клеммой 14 источника смещения через резисторы 18 и 19. Диоды 5 — 8 с резистором 13 образуют узел выбора минимального напряжения, а диоды 9—

12 — узел выбора максимального напряжения. Резисторы 13 15 17 — 19 с источником смещения и.операционным усилителем 16 образуют компаратор напряжений. Выход усилителя 16 является выходом блока сравнения и выходом всего устройства.

Датчик 1 частоты вращения (фиг. 3) колесных пар с использованием генератора многофазного синусоидального напряжения содержит резисторы 20 — 24, подключенные к обмотке 25, например трехфазной со сдвигом фаз 120О. Ре(зисторы 20 - 22, подключенные к выводам О, Ь, с. обмотки .25 образуют трехфазную симметричную нагрузку с общей нулевой точкой. Резисторы 23 и 24 образуют суммирующую цепь. На выходе .27 фаза сигнала сдвинута на 90 отноо сительно фазы сигнала с выхода 26.

Напряжение Uä,.Ut, и 0 на выходах а, в, с, генератора сдвинута по фазе на 120О, поэтому их мгновенные значения определяются выражениями

0 =LI„9 Sin gJ7f ;

О =0„9 5 п(2лЮ -)20 J; (3) () = Ощ < (2Tift-240 ), где Uqg- амплитуда фазового напряжения тахогенератора;

1050925 частота фазного напряжения тахогенератора; текущее значение времени.

Напряжение 0 на выходе 26 суммирующей цепи равно

2Ь - C„u +С2 И где С и С2 — коэффициенты суммирования.

Значения коэффициентов суммирования устанавливают следующими:

С = «"а », С2 =2С1

1, 2

Поскольку суммирующая цепь, состо-15 ящая из разисторов 23 и 24, является пассивной, то выбранные значения коэффициентов сумьырования обеспечи" ваются соотношением величин сопротивлений резисторов 23 и 24 и величиной коэффициента усиления квадратора 2, ® связанного с косинусоидальным выходом 26 датчика 1.

С учетом выбранных значений коэффициентов С и G2 íàïðÿæåíèÿ на .выходе 26 равйо

2Ь 1ГЪ ы 7 3 Ь 1 3 19

+ Э 0 з1и(2%11-120 )=0 з4п(2ИЕЬ-90 )= .

Э 19 )9 30

= О соз 2УЮФ . (5) Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 вырабатывает синусоидаль-35 ный сигнал, амплитуда U напряжения которого прямо пропорциональна угло" вой скорости ы соответствующей колесной пары

0„= К<и, 40 где К вЂ” коэффициент пропорциональности (крутизна характеристики датчика скорости ).

Сдвиг фаз между напряжениями на одном и другом выходах датчика 1 составляет.90, поэтому мгновенные значения напряжений на одном и другом выходах датчика 1 определяются выражениями

U =КшЫп 27i ft; 50 (7)

U = Кш в п(2Л Ф+90 J = Кшсоз 217t t

1 где () и L) 2- мгновенные значения на1а пряжений на выходах дат- 55 чика 1;

f — частота колебаний напряжения на каждом из выходов датчика 1.

Квадраторы 2 выполняют квадратичное преобразование сигналов дат— чика 1, поэтому напряжения 02на выходах квадраторов 2 определяются выражениями

0 =ы К2ш2уп22 у, 21

2 2 2 ш cos 2 Jilt. где ы — постоянный коэффициент (кру. тизна характеристики квадратора ).

Напряжение 0 на выходе сумматора 3 равно

0 =U +О =ыК ш (sin 2Tift+cos 2УИ)=

=ыК cv (9) Из формулы(9) следует, что в любой момент времени напряжение на выходе каждого сумматора 3 прямо пропорци-. онально квадрату угловой скорости соответствующей колесной пары. При этом указанное напряжение не содержит гармонических составляющих и, следовательно, не требует сглаживания с помощью фильтра.

Сигналы от всех сумматоров 3 поступают в блок 4 сравнения, который определяет наличие избыточного скольжения. Последнее имеет место, если выполняется неравенство алых rnin

ЪЕ, щ1n (10) где ш ыхи и,„„-„— максимальная и минип1ы х мальная угловые скорости колесных пар транспортного средства;

Š— заданное пороговое значение.

Неравенство (10) может быть преобразовано к виду

2 ах ),(+а) . («)

rni u или ()з >, О, ()+ ) . (1Э)

rnах Эп1) и

Поскольку согласно формуле (9)

3 х

2 2

max

Ъ п и

2 (М)

011 и то неравенство (13) эквивалентно неравенству (10). Если имеет место неравенство (13), то блок 4. сравнения вырабатывает сигнал скольжения.

Таким образом, для выявления избыточного скольжения необходимо осуществлять непрерывный контроль выполнения неравенства (11). Для этого блок

4 сравнения определяет максимальное входное напряжение Оg „, минимальное входное напряжением .„ и осуществляет непрерывный контро™ль соотношения ,0

Ill»* (gl g1 ()2)

О зmin

1050925

B том случае, если требуется производить индивидуальный контроль скольжения каждой колесной пары, условие наличия избыточного скольжения 1-й колесной пары выражается неравенством 5

w,-и (э ъ е („5) Ф з где м; — угловая скорость колесной пары; оэ- угловая скорость эталонной

-колесной пары.

При контроле положйтельного избы" точного скольжения, т.е. ббксования, При контроле отрицательного избыточного скольжения, т.е. юза, ы =и

Неравенство (15) может быть преобразовано к виду

Ъ(1+И . (16)

Ь

Для осуществления непрерывного контроля соотношения:(16 ) блок 4 сравнения определяет эталонное напряжение U, причем ОЭ = 03 при контроле боксования, 03 =Зэ

th при контроле юза, и осуществляет dgoЗэ верку выполнения неравенства

U ц 1 Ъ (148)2 (17) 30

"ээ

25 или

3 3 (э

Поскольку согласно формуле (9 )

U =aK ш2

3; 1., (10)

0 -e K w2

I

Э

40 то неравенства (18) и (15) эквива-, лентны.

Если выполняется неравенство (18), то блок 4 сравнения вырабатывает сигнал избыточного скольжения i-й колесной пары.

Использование квадраторов в предлагаемом обнаружителе позволяет повысить его быстродействие, так как исключает необходимость использования сглаживающих фильтров, вносящих большую задержку.

Так, сглаживающий LC — фильтр, применяемый в устройстве-прототипе, вносит задержку, длительность которой равна а

"А (2 ) где 7- постоянная времени сглаживающего фильтра.

Величина определяется емкостью

С и индуктивностью L сглаживающего фильтра, которые, в свою очередь, зависят от требуемых частотных свойств фильтра.

Для фильтра нижних частот которым является фильтр устройства-прототипа)65 указанные зависимости выражаются известными формулами

i= VL,Ñ (21)

2 мс "- д- - (22) где иср — частота среза фильтра.

Фильтр нижних частот пропускает частоты меньшие, чем частота среза, включая постоянный ток, и задерживает более высокие. Поскольку фильтр устройства-прототипа предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения тахогенератора, то исходным требованием к синтезу этого фильтра является его частота среза, т.е. минимальная частота сглаживае- мых пульсаций. В идеальном для транспортного средства случае эта частота равна нулю, однако практически этого достигнуть невозможно, поэтому уста навливается конечное значение часто ты Ы среза, соответствующее определенйой скорости Ч„,„„ движения транспортного средства. При скорос" тях движения меньших, чем Ч,„;„, обнаружитель скольжения отключается, так.как его работоспособность при этом нарушена, в частности, из-за больших пульсаций выпрямленных сигналов тахогенераторов.

Значение Ч„„,„ целесообразно устанавливать в йределах 5 — 10 км/ч, Рассчитаем задержку, вносимую сглаживающим фильтром противобоксовочного устройства тепловоза. Минимальная скорость „„п движения, при которой устройство работоспособно, равна 8 км/ч, диаметр 5 колес тепловоза равен 1 м, тахогенераторы и выпрямители выполнены по трехфазной схеме.

Угловая скорость Lu вращения колеса, соответствующая линейной скорости 9„„;„, составляет

V., . 3

my en 8. Ю ы = - — —: — .„-=2,32 1/с

К

Частота со„пульсаций выпрямленного трехфазйого напряжения тахогенератора, соответствующая скорости. вращения колеса, равна

Lu„ - "6шщ „- 6 2,32 =13,9 1(с

Эта частота пульсаций должна быть равна частоте среза сглаживающего фильтра м,з (ц = 1Я 1/

Из формулы (22 } находим постоянную времени сглаживающего фильтра =2/ш р «- 2/1Э, 9= О, Ю+ с .

Задержка, вносимая фильтром согласно формуле (20), составляет

Ф =3 = 3 0,154=0,462 с.

1050925

Поскольку можно считать, что остальные узлы устройства-прототипа не вносят задержки (т.е. безынерционны ), то общее быстродействие устройства определяется задержкой, вносимой сглаживающим фильтром. 5

Базовый объект, за который принято противоюзное устройство DAKO-РЕ, содержит преобразователь частоты в напряжение, также имеющий в своем составе сглаживающий фильтр. Посколь- 1О ,ку условия работы данного устройства и предъявляемые к нему требования можно считать такими же, как у устройства-прототипа, то вносимая сглаживающим фильтром задержка имеет примерно ту же величину.

Предлагаемый обнаружитель в..отличие от прототипа и базового объекта не содержит сглаживающий фильтр, но имеет новые узлы — сумматоры и квадраторы. Эти узлы, выполненные по известным схемам, имеют задержку сигнала, на один-два порядка меньшую, чем задержка, вносимая сглаживающим фильтром. Исходя из этого и основываясь на приведенном расчете задержки фильтра, можно считать,что предлагаемое устройство позволяет обнаружить избыточное скольжение колесных пар на 0,4 — 0,5 с быстрее, чем yñòðîéñòâî-прототип и базовый объект.

Предлагаемый обнаружитель скольжения с повышенным быстродействием может быть использован при создании эффективных систем защиты подвижного состава от юза и боксования.

Составитель Н. Лысяков

Редактор A. Orap Техред С.Мигунова Ко ректор М,Шароши р

Заказ 8575/18 Тираж 675 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектна