Обнаружитель скольжения колесных пар подвижного состава

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 50923 д 35 В В 60 Ь ЗУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 9АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский ордена Ленинаинститут инженеров железнодорожноготранспорта им. акад,В.Н.Образцова(53) 625.032.37(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 135911, кл, В 60 Ь 3/10, 1959(54)(57) ОБНАРУЖИТЕЛЬ СКОЛЬЖЕНИЯКОЛЕСНЬХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, содержащий на каждую контролируемуюколесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе сглаживающий фильтр и компаратор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, он снабжен накаждую .контролируемую колесную парудополнительными выпрямителем и компа.ратором, интеграторами, элементами ЗАПРЕТ и триггером и общим для всех колесных пар элементом ИЛИ, подключенным своими входами к выходам дополнительных 1 компараторов. 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 Ж которого через дополнительный выпрямитель соединен с входом сглаживаю" щего Фильтра, соединенного выходом с другими входами основного и дополнительного компараторов.Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам дляобнаружения скольжения колесных партранспортных средств, и может бытьприменено в устройствах защиты отюза и боксования подвижного состава.Известен обнаружитель скольженияколесных пар подвижного состава,содержащий на каждую контролируемуюколесную пару синхронный тахогенератор с выпрямителем на выходе, сглаживающий фильтр и компаратор 1 .Недостатком указанного обнаружителя является большая погрешностьв определении проскальзывания. Этообусловлено тем, что осевой тахогенератор вырабатывает синусоидальноенапряжение, амплитудное значениекоторого прямо пропорционально скорости вращения колесной пары20где Ч - амплитудное значение перетгменного напряжения тахогенератора;К - коэффициент пропорциональтгности - крутизна характеристики тахогенератора;м- угловая скорость колеснойпары.Крутизна К характеристики неявляется строго постоянной величиной,что вызывается рядом причин: старением магнитов, зависимостью свойствмагнитных материалов и сопротивления обмоток от температуры, нелинейностью характеристик из-за насыщения магнитопроводов,разбросомхарактеристик от.образца к образцу,и т,д, Нестабильность крутизны характеристики тахогенератора (т.е.отклонение реальной амплитуднойхарактеристики от идеальной ) приводит к погрешности определения проскальзывания колесных пар.Цель изобретения - повышение точности обнаружителя скольжения путемнейтрализации погрешности, вызванной отклонениями амплитудных характеристик тахогенераторов,Поставленная цель достигается,тем, что обнаружитель скольжениякоесы пар подвижного состава,держащий на каждую контролируемуюколесную 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 компараторов, а выходом - К одним из входов элементов ЗАПРЕТ и к одним извходов одних из интеграторов, дру-.гой вход каждого.из которых соединен с выходом выпрямителя, а вы ход - с одним из входов дополнительного и основного компараторов, выход последнего из которых соединенс другими входами элементов ЗАПРЕТ,соединенных своими выходами с входом триггера, при этом выход каж-дого синхронного тахогенератораподключен к входу другого интегратора, выход которого через допол,нительный выпрямитель соединен свходом сглаживающего фильтра, соединенного выходом с другими входами основного и дополнительного компараторов.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого обнаружителя; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Устройство (фиг. 1) содержитсинхронные тахогенераторы 1 и 2 двухконтролируемых кслесных пар,.выпрямители 3 и 4, подключенные к выходамтахогенераторов 1 и 2, сглаживающиефильтры 5 и б с выходами 7, 8 и9, 10, отличающиеся масштабами выходных сигналов, и подключенные квыходам 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 соединенысвоими выходами с другими входамиосновных компараторов 11 и 12, Другие интеграторы 1 и 18 подключенык тахогенераторам 1 и 2 и соединенысвоими 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 входамэлементов ЗАПРЕТ 21,22 и 23,24, которые подключены к триггерам 25 и 26через их входы 27, 28 и 29, 30. Общий для всех колесных пар эле- )мент ИЛИ 31 покдючен к выходам дополнительных компараторов 19 и 20и соединен своим выходом с другимивходами элементов ЗАПРЕТ 21,22 и 23,24 и другими входами интеграторов 15 и 16.Кривые ц и 6 (фиг. 2) представляют собой угловые скорости.соответ-,ственно первой и второй контролируемых колесных пар транспортногосредства, а кривые в,г,д,е,ж,з,и,к,л,м,н,п,р - напряжения на выходахсоответственно элементов 15,16, 11,1219,20,31,21 у 22,23,24,25,26,Обнаружитель работает следующим образом.Синхронный тахогенератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал, амплитуда 7 частота Г которого про1050923 7 =" - Т 15 17 или еТ Р с"1 =йТ тогда 15 7(5) 60 порциональны угловой скорости ы соответствующей колесной пары О =Ч япгту Е=К ы зпеи Е, (а 2 1 1 где Б 1 .- текущее значение напряжения тахогенератора 12К,щ - коэффициенты пропорциональности;с - текущее значение времени.Величина коэффициента в полностью определяется конструктйвнымвыполнением тахогенератора (числом полюсов магнитной системы 2 идля определенного типа тахогенераторов является постояннойВеличинакоэффициента К(крутизны характеристики тахогенератора) может иметьразличные отклонения.Сигнал с выхода тахогенератора 1подается на выпрямитель 3, выполненный по двухполупериодной схеме. Напряжение ПЗ на выходе выпрямителя 3равно абсолютному значению напряжения тахогенератора 1.составляющие выходногонапряжения выпрямите-.ля 3; 30ц - коэффициент пропорциональности,Выходное напряжение выпрямителя 3поступает на информационный входинтегратора 15, Параметры интегра- З 5тора 15 выбирают такими, что оннаряду с интегрированием выполняетроль сглаживающего фильтра, подавляющего переменную составляющую 0выходного напряжения выпрямителя 3.Поэтому напряжение 01 на выходе первого интегратора 15 равноО: 0 с 2 Е= Км р,с)Е= - К ссц, й)45где Т - постоянная времени интеграЮтора 15;Е - текущее значение времени,отсчитываемое от Началацикла интегрирования (т.е,от момента окончания сброса интегратора в ноль ),Сигнал с выхода интегратора 15поступает на один из входов компаратора 11, на другой вход которого 55поступает сигнал с выхода 7 сглаживающего фильтра 5. Компаратор 11 срабатывает при условии где О 1- напряжениена выходе 7Фильтра 5.Сигнал тахогенератора 1 поступает на вход другого интегратора 17,выходное напряжение О 11 которого равноО = - О,Н: - Кзынм а:11 Т 1 ТП 12 К 1- сОз вц 2 1, (621 Чгде Т - постоянная времени интегра 11тора 17.Сигнал с выхода интегратора 17 последовательно проходит через дополнительный выпрямитель 13 и сглаживающий фильтр 5, обладааьий большой постоянной времени, поэтому можно считать, что напряжение 01,на выходе 7 фильтра 5 равно амплитудному значению напряжения О 1О ф -Ч щТ11.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 С выходи ного импульса компаратора 11 (т,е. отрезок времени между двумя последовательными срабатываниями компаратора) может быть получена из формулы (92 при. условииС =ЕО (10) 1 (,. )О 1 Т т ы,ц,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 тахогенератора 1Аналогично длительность е выхода ного импульса первого компаратора 12 обратно пропорциональна угловой скорости ивторой колесной пары и не зависит от крутизны Кхарактерис тики тахогенератора 216з (1 й 2 О 12 Т 1 ВЩ 26. где Т 1 и Т - постоянные времениинтеграторов 16 и 18.35 Условие срабатывания компаратора 199 15или, с учетом формул (4) 40(15)и (14) т 1 15СО,Длительность выходного импульса компаратора 19 может быть определена из Формулы (16) при условииС (17)019/ 45 50 тогда ТОТ 1,ед ., 55 19Сравнение формул (18) и .(11) показывает, что выходной импульс компаратора 19 в 2 раз короче выходногоимпульса компаратора 11 . 60Аналогично длительность выходного импульса компаратора 20 определяется формулой Тд г --- , (19)18 "ф г Таким образом, в канале каждой колесной пары осуществляется преобразование угловой скорости Ш в обрат-но пропорциональную ей длительность. с имйльса, причем на точность преобразования не оказывает влияние . 5 крутизна характеристики техогенератора. Обнаружение избыточного скбльжения какой-либо колесной пары производится посредством сравнения длительности импульса, сформированного 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 26.20На один из входв компаратора 19 поступает сигнал с выхода интегратора 15, напряжение О, которого определяется Формулой (4), На другой 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). 30О: у О (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 0 импульса на выходеЬ 1элемента ИЛИ 31 определяется формулойС( ф еф" фо и(го)Э 1 19 20(т;е. Тогда неравенство (23) записываетсяв видеТ 1 Ь ТТТ 18 щсг Т. пр,м 1" (г 5) Параметры схемы устанавливаются такими, что Т = Х и Т = Т . Тог 1% 1 Ь 13 18 да неравенство (25) имеет вид(26) г Импульс на выходе элемента ИЛИ 31 является эталонным: его длитель-ность С обратно пропорциональна угловой скорости наиболее медленноЗ 1вращающейся (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 длительности1эталонного импульса с длительно тью сс, (со ) импУльса контРолиРУе 1 12мой колесной пары. Если имеют место соотношениеС ОЭ с Си (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 соотношениеС ц 1 (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 видтех 1, 1. (гз)15О мЕсли, например, первая колесная Пара начала боксовать, то ы 1 ы 2, и в соответствии с Формулами (18) и (19)или 10 Неравенство (27) является усло-. вием срабатывания обнаружителя 5 скольжения (в данном случае обнару- жителя 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 коэффициентаделения выходного сигнала сглаживающего фильтра 5(б), Устройство работоспособно при любом количестве колесных пар транспортного средства; с помощью элемента ИЛИ 31 осу" ществляется 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, 35 причем крутизна характеристики тахогенератора 1 этой колесной пары меньше, чем крутизна характеристики тахогенератора 2 второй колесной пары (не боксующей,) 40Для пояснения работы обнаружителя скольжения приняты следующие допущения: процессы изменения скорости со 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 б имеются 60 напряжения, определяемые формулами (7 1 и (14 ). Эти напряжения прямопропорциональны крутизне характеристики соответствующего тахогенератора, но не зависят от скорости вращения 65 колесных пар. В момент времени, когда Напряжение Одостигает уровня О(соответственно, когда О достигаетуровня Од) происходит срабатываниекомпаратора 19(20).При отсутствиискольжения (т,е, при равенстве скоростей колесных пар ) достижениеукаэанными напряжениями соответствующих уровней происходит одновременно, Это объясняется тем, что приизменении крутизны характеристикитахогенераторами в одинаковой степени изменяется наклон проинтегрированной линии напряжения д уровень,которого достигает выходное напряжение интегратора 15(16 ) в концецикла. Таким образом, крутизнахарактеристики тахогенератора невлияет на длительность цикла работыустройства.При движении колесной пары безскольжения периодически сраба=ываеткомпаратор 19(20), в то время каккомпаратор 11(12) постоянно находится в единичном состоянии, На выходеэлемента 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 колесНаяпара на диаграмме), увеличиваетсявеличина напряжения на выходах тахогенератора 1 и выпрямителя ЗСоответственно, увеличивается крутизнанаклона линии напряжения О на выходе первого интегратора 15 и сокращается длительность положительногоимпульса на выходе второго интегратора 19, При достижении боксующейколесной парой определенной .угловойскорости напряжение достигает уровня 0 , что приводит к срабатываниюпервого компаратора 11. При этом со,отношение скоростей боксующей (первой) и.не боксующей (второй) колесных пар, т,е. величина относительного скольжения, определяется формулой (27), Срабатывание компаратора 11приводит к появлению положительногоимпульса на выходе элемента ЗАПРЕТ 21и триггер 25 устанавливается в единичное состояние, соответствующееналичию избыточного скольжения первой колесной пары. В этом состояниитриггер 25 удерживается до тех пор,пока не появятся импульсы на выходеэлемента ЗАПРЕТ 21, т.е. пока невыполнится условие (22 ), а следовательно, и условие (27),Предлагаемое устройство позволяет обнаружить избыточное скольжениекаждой колесной пары в отдельности, 1050923 10в то время как в устройстве-прототипе такая воэможность отсутствует,Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип,5 заключается также в отсутствии погрешности из за раэбоса амплитудныххарактеристик тахогенераторов, Болеевысокая точность позволяет использовать предлагаемый обнаружитель скольжения для создания противобоксовочных и противоюэных систем подвижного состава,.Заказ 8574/17 ВНИИПИ ГосУдаРст по делам изоб 113035, Москва, Тираж 675енного комитететенийи откры