机车速度传感器的电器分析与改进

机车速度传感器的电器分析与改进

张兴濡

乌鲁木齐铁路局新疆机务段

摘要：机车速度故障转换装置采用了PIC24H系列高性能16位单片机，从而实现了对机车四路速度传感器信号的实时显示、监测、信号异常的报警及转换、信号异常时的具体时间、持续时间的存储及下载，通过本装置乘务员可以实时的了解速度传感器的使用状况，及时的更换故障的速度传感器。

关键字：机车；速度传感器故障转换装置；速度传感器；故障转换。

1.引言

机车速度传感器是通过测量机车的主轮轴转速来实现机车控制功能的基础设备之一，其性能指标直接影响机车运行监控装置的正常功能，是整个控制系统的关键。但由于其工作环境复杂、恶劣，在机车控制系统中，测速传感器较薄弱，是机车车载设备故障的主要根源。目前，人工检测和定期维修校准是诊断测速传感器故障的最基本的方法，但其工作效率低、工作强度大、实时性差，已不能满足现代铁路系统的发展要求。近年来，为了提高对典型的复杂、多目标、大滞后、非线性系统的故障判断能力，同时提高故障判断效率及解决机车速度传感器故障后的安全隐患，采用现代故障判断、转换技术已成为目前故障研究领域的研究热点。机车速度故障转换装置采用了PIC24H系列高性能16位单片机，从而实现了对机车四路速度传感器信号的实时显示、监测、信号异常的判断及转换、单轴或多轴速度传感器信号异常时的具体时间、持续时间、故障轴数的显示、存储及下载，通过本装置乘务员可以实时的了解速度传感器的使用状况，机车的行驶状况，针对复杂的行车环境，乘务员可以及时的根据速度传感器转换装置的显示及预警情况做出合理的操作，从而有效地避免机车速度传感器故障而引起的机破事故的发生，以适应新形势下的机车运行需要，为铁路运输提供优质、安全、正点的机力。

2速度传感器常见故障分析

国内的内燃机车、电力机车广泛使用光电式速度传感器，传感器将机车运行的速度量对应转换为光电脉冲，并提供给机车运行监控装置。因而，速度传感器的性能指标直接影响机车运行监控装置的工作，是整个机车速度监控系统的关键。在行车过程中速度传感器的故障主要表现在以下几个方面:

⑴光电耦合器件损坏。主要是光电器件底座的固定角与器件的封装体断裂导致光电耦合器件与光栅片的相对位置发生变化，产生的主要原因：光电耦合器件封装材质本身较脆，安装时由于螺丝拧的松、紧度不同，使光电耦合器件固定脚材质形变，经过一段时间的使用固定角与器件的封装体发生断裂。

⑵停车有速度，机车在停车状态下，监控显示有5Km/h以下的速度，此类现象多为传感器引出电缆线屏蔽不良，抗干扰差造成。

⑶占空比超标在日常的检修过程中，经常出现占空比超标、或处于临界值而造成监控速度不准，主要原因是光电耦合器件封装上的问题，经过一段时间的运用，参数发生变化。

⑷传动轴折断，造成这一现象的主要原因：速度传感器安装座即机车轴箱外盖安装开孔尺寸及车轮轴端方孔套尺寸不合适或使用的速度传感器轴长尺寸不对，机车在运行时传感器传动轴滑出方孔套而无法归位、或传感器传动方轴与机车轴端面顶死造成传动轴折断现象。

⑸两通道间的相位差超标，光电耦合模块沿光栅圆周方向及径向的安装位置发生微小的变化

⑹丢脉冲，运用一段时间后出现丢脉冲现象，一是光电耦合器件本身的材质问题，主要是光接收电路的材料感光度降低，造成电路转换过程中丢脉冲。

各段针对上述机车速度传感器问题，制定了相应的防范措施：

⑴安装速度传感器时使用可调整扭力的扭矩安装工具以保证固定螺丝安装时的松紧适度，减少光电耦合器件损坏。

⑵日常检修时加强速度传感器接线屏蔽、可靠接地。

⑶小辅修、中修加强速度传感器的检测，定期对相应通道的光电耦合模块进行更换。

⑷更换安装速度传感器时要确认好安装尺寸和正确选择使用长短轴传感器。

⑸日常检查时当出现相位超标时要仔细检查光电模块安装螺丝是否松动，同时也要检查光栅片是否发生形变，防止光栅片发生形变后使光电耦合器件收、发位置发生变化。

机车速度传感器是用于检测机车转速的光电式转速传感器，为机车电气控制系统提供电脉冲信号，是机车安全、可靠、正常工作的重要部件。机车运行监控设备采用周期计划修和状态修相结合的修程制。随着机车运行监控装置技术的不断进步和发展，必须不断提高速度传感器的管理和监控水平，使速度传感器处在良好的运用状态，使其真正发挥出应有的作用，为铁路的跨越式发展提供坚实的保障。尽管各局各段针对速度传感器故障问题都做出了相应措施，但收效甚微。为了彻底的解决上述问题的发生，我们开发研制了速度传感器故障转换，该装置可以彻底的从根本上解决速度传感器问题，提高机车的运用安全。

三、机车速度传感器故障转换装置的介绍

为了满足机车的运用、检修的实际需要；机车速度故障转换装置尽量采用先进、成熟的技术，以保证产品实用性、可靠性；强化整机结构一体化设计，装置小型化设计，使用方便、直观，便于检修、更换。

㈠主要功能：

①四路速度传感器信号采集输入并在4.3寸串口彩色屏上显示第一轴、第二轴、第三轴、第四轴四路速度传感器的实时状态。

②四路速度传感器器信号的判断、选择输出。当第一轴、第二轴、第三轴、第四轴四路速度传感器的状态正常时显示状态为绿色，故障时显示状态为红色，转换后显示黄色，当四路输入传感器信号任意一组出现故障时，设备发出声（语音报警）、光报警。

③当设备报警时，设备可以实现对报警时的具体时间、报警时长，以及报警时的故障传感器路数的存储、下载及现场可查询实时与告警数据，可保存一定的历史数据，并且连接PC后可将其打印出来。

④USB接口为2.0HOST，最大存储、查看条目为200条，采用循环记

⑤速度传感器信号经本装置常闭接点输出，信号正常时速度传感器故障转换装置对输入信号不做任何加工处理；速度传感器故障转换装置采集速度传感器信号进行分析，当某一路异常时，本装置发出声、光报警提醒乘务员，如果需要转换按下本装置转换按钮可将正常路速度传感器信号接入故障路，并实时对故障路进行监测，当故障路恢复正常后自动转换至原速度传感器信号。

⑥装置上电后进行自检，并语音提示乘务员。

㈡技术指标

①速度传感器频率信号的监测范围0--9KHz,50%占空比方波；

②4.3寸串口屏的分辨率不小于480*320,16位色彩深度；

③工作电压：DC88-DC110V，功耗≤10W；

④实时监测各路速度传感器，行车中对故障路速度传感器进行实时分析、切换及信号正常后的恢复并实时反应到UI显示界面上。

四、取得成效

（1）机车速度传感器故障转换装置的投入使用使电力机车、内燃机车具备了速度传感器监测、转换功能，从根本上解决了电力机车无速度传感器监测的缺陷，完善了机车的控制保护功能。实际运用证明效果很好，整体设计改造完善，具有较好的实用性，对确保机车运用安全有着十分重要的意义。

（2）机车速度传感器故障转换装置的安装降低了乘务员、检修工人劳动强度，使得以前单纯依靠乘务员操纵、检修工人检修来防止机车速度传感器故障而引起的机车空转异常等故障转变为利用机车速度传感器故障转换装置的功能对机车进行实时监控、转换，提高了行车的安全性。

（3）机车速度传感器故障转换装置的安装杜绝了因速度传感器故障而引起的机车事故，避免因发生事故后高额费用的支出，同时避免了事故发生后检修人员高强度的劳动。

（4）机车速度传感器故障转换装置适用与安装有光电速度传感器的交-直传动的电力机车及各种型号交-直传动的内燃机车上，其应用前景广阔。

五、结束语

机车速度传感器故障转换装置在不改变机车原有结构的基础上，完善机车功能，从技术上杜绝了因速度传感器故障而引起的机车事故的发生，保证了机车的运用安全，具有一定的经济效益和社会效益。机车速度传感器故障转换装置的安装可以适应新形势下的列车运行需要，对铁路运输具有重要的现实意义。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道行业标准TB/T1333-1996《机车电器基本技术条件》

[2]中华人民共和国铁道行业标准TB/T1507-1996《机车电器设备布线规则》

[3]电气工程师手册机械工业出版社，2005.9印