利用OTC236設(shè)計的機(jī)車制動故障感測單元

1 關(guān)于機(jī)車制動故障

機(jī)車制動過程中可能存在著以下兩個方面的故障[1]。

(1)無操作制動時，發(fā)生了制動。機(jī)車車輪制動結(jié)構(gòu)如圖1所示，車輪是由輪轂和輪箍組成。當(dāng)出現(xiàn)無制動死閘現(xiàn)象時，高強(qiáng)度的摩擦作用在輪箍與閘瓦間，摩擦導(dǎo)致大量發(fā)熱，溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致輪箍與輪轂發(fā)生相對位移，即弛緩發(fā)生。

(2)有操作制動時，制動作用失效。剎車片材質(zhì)不均，致使其局部在相同制動力下磨損程度不同；傳動裝置的磨耗、卡死等機(jī)械故障以及氣壓回路故障等引起制動失效情況。以致引起諸如冒進(jìn)信號、沖突、追尾、放揚(yáng)等機(jī)車運(yùn)行事故。

2 確定測量方法

引發(fā)制動故障的原因是多方面的。選用哪項指標(biāo)作為判斷故障的依據(jù)就顯得十分重要。

機(jī)車實(shí)際運(yùn)行時，機(jī)車不定期處于慣性(惰性)運(yùn)行狀態(tài)，此時機(jī)車電動機(jī)無驅(qū)動電流，現(xiàn)場情況表明測量電流的方法不能用于表征機(jī)車制動故障發(fā)生與否。當(dāng)機(jī)車載荷量大時、慣性就會很大，即使出現(xiàn)個別輪對抱閘現(xiàn)象，對機(jī)車輪對的轉(zhuǎn)動速度幾乎不影響?，F(xiàn)場情況表明測量速度的方案也不能用于表征機(jī)車制動故障發(fā)生與否。測量間隙和測量閘缸壓力的想法也因為現(xiàn)場情況的不許可，而不能實(shí)行，對檢測裝置的基本要求就是在不影響機(jī)車自身的安全運(yùn)行的前提下在合理、安全的位置上安裝。

最終確定測量溫度的方法來判斷是否發(fā)生機(jī)車制動故障。當(dāng)機(jī)車發(fā)生制動故障時，閘瓦與輪對之間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量并向外界散發(fā)。在輪對外緣踏面形成相對于周圍環(huán)境的高溫?zé)嵩?。因此可以采用非接觸式溫度傳感器來檢測輪對外緣踏面溫度來判定機(jī)車是否發(fā)生制動故障。

3 檢測裝置的實(shí)現(xiàn)

3．1 傳感器測量單元外觀

出于機(jī)車安全運(yùn)行的需要和現(xiàn)場安裝位置與尺寸的限制，通過模擬試驗和實(shí)地情況勘查，設(shè)計了如圖2所示含有otc236紅外溫度傳感器的測量單元，安裝在閘瓦氣動機(jī)構(gòu)的外部傾斜面上，紅外感受窗正對輪對外緣踏面。經(jīng)過現(xiàn)場試驗，證明該檢測點(diǎn)能準(zhǔn)確感受輪箍表面的溫度變化。現(xiàn)場實(shí)驗如圖3所示。

3．2 傳感器測量單元電路

傳感器測量電路如圖4所示，以oct236為核心構(gòu)成檢測運(yùn)算單元[1]，輸出為電壓信號，后續(xù)電橋電路會平衡如此12個同樣的測量單元的輸出信號，為a／d轉(zhuǎn)換提供輸入信號。

3．3 系統(tǒng)硬件

利用otc236溫度傳感器測量單元來判斷機(jī)車是否發(fā)生了制動故障．借助微處理器系統(tǒng)，構(gòu)成如圖5所示的以51系列處理器為核心的檢測系統(tǒng)[3]。在這一款檢測系統(tǒng)中，對機(jī)車輪對的溫度檢測經(jīng)過電橋轉(zhuǎn)換和數(shù)／模轉(zhuǎn)換后，得到與被測量踏面溫度相對應(yīng)的數(shù)字信號[4]。經(jīng)過軟件對被測溫度、溫度變化、溫度設(shè)定閾值的綜合分析[5]，就可以判斷出故障所在的位置，并及時顯示并提供語音報警[6]。

3．4 抗干擾措施

機(jī)車野外運(yùn)行氣象、氣候條件復(fù)雜多變，長期出于動態(tài)運(yùn)行過程中，諸如載荷變化、隧道和路橋、升弓降弓引起的強(qiáng)烈拉弧等情況直接影響系統(tǒng)能否正常工作。電力機(jī)車在行進(jìn)過程中自身會產(chǎn)生大量的強(qiáng)電磁干擾。因此，系統(tǒng)必須采取有力的抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的正常工作[7]：

(1)傳感器檢測單元使用2 mm鋼板制作，外層防銹漆噴涂。

(2)傳感器檢測單元使用環(huán)氧樹脂作為填充料，防水、絕緣、隔絕空氣。

(3)電纜使用svt雙重絕緣帶銅網(wǎng)屏蔽的戶外專用電纜，連接處使用防水橡膠塞。

(4)主控制器機(jī)箱采用5 mm鋼板制作，連接端子一律專用航空插頭。

(5)在軟件上選用濾波、指令冗余、看門狗等措施[8]。

有一種情況需要特別提醒，這就是1 khz以下的磁場波。這種磁場波一般由大電流輻射射源產(chǎn)生，機(jī)車在啟動和停機(jī)時都會產(chǎn)生這類干擾。對于這種頻率很低的磁場，可以采用高導(dǎo)磁率的材料進(jìn)行屏蔽，例如含鎳80％左右的坡莫合金。

4 結(jié) 語

該機(jī)車制動故障報警裝置在勉西機(jī)務(wù)段的ss3型機(jī)車上安裝并試運(yùn)行近半年時間，表明該裝置具有測量故障輪對號準(zhǔn)確、安裝、使用方便等特點(diǎn)。