Устройство контроля скольжения колесных пар подвижного состава Советский патент 1982 года по МПК B60L3/10 

Изобретение относится к железно дорожному транспорту, а именно к системам, противодействующим скольжению колесных пар, и может быть при менено на локомотивах, электропоезда и других железнодорожных транспортных средствах. Известно устройство контроля скол жения колесных пар подвижного состава,, содержащее на каждую колесную пару триггер, и последовательно соединенные частотный датчик скорости вращения колесной пары, формирователь импульсов и одновибратор, датчик эталонной скорости,l. Длительность цикла обнаружения проскальзывания колесной пары в уст ройстве-прототипе, зависит от чувствительности (порога срабатывания) устройства, а также от величины, ускорения (замедления) скользящей колесной пары. Если выходом устройства прототипа считать выход второго разряда счетчика (что завышает оценку быстродействия), то наибольшая длительность цикла обнаружения проскаль зывания при чувствительности, равной 10% и отсутствии ускорения будет составлять 10 периодов следования импульсов от датчика скорости (при чувствительности 5 соответственно 20 периодов). Цель изобретения - повышение быстродействия устройства контроля скольжения. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено логическими элементами запрета, выходы которых соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, выход ко торого является выходом устройства и соединен с одним из управляющих входов одновибратора, другой управляющий вход которого соединен с выходом датчика эталонной скорости, выход одновибратора соединен с разрешающим входом первого элемента запрета и с запрещающим входом второго элемента запрета, разрешающий вход которого объединен с запрещающим входом первого элемента запрета и подключен к выходу формирователя импульсов. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства (с целью упрощения показана цепь конт роля скольжения только одной колесной пары) ; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З вариант принципиальной схемы управления одновибратора. Устройство контроля скольжения содержит частотный датчик 1 скорости вращения олесной пары, соединенный в последовательную цепь с формирователем 2 импульсов и одновибратором 3, один из управляющих входов которого соединен с датчиком k эталонной скорости, а другой - с выходом триггера 5, входы которого соединены с выходами элементов 6 и 7 запрета, подклю ;)енных входами к выходам формирователя 2 импульсов и одновибратора 3Частотный датчик 1 вырабатывает сигнал переменного тока, частота которого прямо пропорциональна скорости вращения колесной пары, формирователь 2 из сигнала датчика 1 формирует прямоугольные импульсы, длительность которых обратно пропорциональна скорости вращения колесной пары. Эти импуль сы поступают на соответствующие входы логических элементов 6 и 7 запрета и одновременно своим передним фронтом запускают управляемый одновибратор 3. Последний вырабатывает прямоугольные импульсы, длительность которых обратно пропорциональна величине напряжения на первом управляющем входе одновибратора, связанном с выходом датчика k эталонной скорости. Параметры схемы одновибратора 3 вы браны так, что при вращении контролируемой колесной пары без скольжения длительность Тд импульсов одновибратора 3 несколько меньше длительности TK импульсов на выходе формирователя т - т к. 9-1 2. Относительная разность тельности импульсов соответствует требуемой чувствительности Е определения проскальзывания Тк - Т 96 4 В свою очередь, чувствительность j (порог срабатывания) определяется формулойУК- W где Vv окружная скорость вращения контролируемой колесной пары в момент срабатывания устройства; эталонная скорость, соответствующая порогу срабатывания. Исходя из сказанного выше и в соответс9вии со схемой на фиг. 1, при нормальном вращении колесной пары (без скольжения) на выходе элемента 7 запрета имеется последовательность разностных импульсов, тогда как на выходе элемента 6 запрета такая последовательность отсутствует. Триггер 5 находится в нулевом состоянии и на его выходе отсутствует сигнал скольжения. Если контролируемая колесная пара начинает проскальзывать (например боксовать), то длительность Т импульсов формирователя 2 начинает уменьшаться. В тот момент, когда относительная разность контролируемой и эталонной скоростей станет равной порогу срабатывания (2), будет выполняться равенство. Т,, Тэ . (3) в следующий цикл меняется соотношение длительностей Т и Т (Т становится меньше, чем Т), в результате чего появляется разностный импульс на выходе первого элемента 6 запрета, триггер 5 устанавливается единичное состояние, соответствующее наличию скольжения (фиг. 2). Таким образом, с помощью элементов 6 и 7 запрета производится логическое вычитание сигналов формироват ля 2 и одновибратора 3, и в зависимости от соотношения, их длительностей триггер 5 устанавливается либо в единичное состояние (наличие скольжения), либо в нулевое состояние (нормальное вращение). При этом контроль скольжения повторяется с приходом каждого импульса от датчика скорости, что повышает быстродействие предлагаемого устройства в сравнении с прототипом. Если на выходе устройства имеется сигнал наличия скольжения, то отмена этого сигнала должна, как правило, производиться при величине относительной разности скоростей меньшей, чем величина, при которой был выработан сигнал скольжения. Иначе гово ря порог , срабатывания устройства должен быть Сольше, чем порог 2 отмены сигнала скольжения, т.е. устройство контроля должно обладать гис терезибной характеристикой вход-выход. Для обеспечения этого условия управляемый одновибратор 3, входящий в состав устройства, содержит второй управляющий вход, соединенный с выходом триггера 5. Если триггер 5 устанавливается в единичное состояние (наличие скольжения), появляется сиг нал на втором управляющем входе одновибратора, который перестраивается на другую длительность Тд вырабатываемого импульса. При этом, установка триггера 5 s нулевое состояние будет произв;здена при другом значеНИИ относительной разности скоростей равном Е , причем ) и .,2.-1 Таким образом, обеспечивается гистерезисная характеристика срабатывания устройства контроля скольжения. Управляемый одновибратор 3 может быть выполнен по схеме, представленной на фиг. 3. Он содержит последовательно соединенные интегратор и компаратор напряжений. Интегратор состоит из операционного усилителя 8, конденсатора 9, резисторов 10 и 11 и ключевого элемента 12. Компаратор состоит из операционного усилителя 13, ключевого элемент.а I, источников и и 1/2 постоянного напряжения. Кроме того, одновибратор содержит дифференцирующий элемент 15- Вход 16 ад одновибратора является входом запуска, входы 17 и 18 - управляющими входами. Выходом управляемого одновибратора является выход усилителя 13.

В исходном состоянии на выходе усилителя 8 имеется напряжение, образованное в результате интегрирования напряжения датчика k эталонной скорости. Это напряжение по величине превышает напряжение каждого из источников у и и„. При поступлении на вход 16 переднего фронта импульса от формирователя 2 дифференцирующий элемент 15 формирует короткий импульс, который приводит к замыканию ключа 12 на непродолжительное время, достаточное для разряда конденсатора 9. Цепь быстрого разряда конденсатора 9 образована резистором 11 9

Гистерезисная характеристика устройства обеспечивается наличием в ,;,. одновибраторе 3 двух источников постоянного напряжения (U и U, I/ ) 35 и ключевого элемента , управляемого сигналом с выхода триггера 5. При срабатывании переключателя 1 увеличивается длительность выходного импульса одновибратора 3, что, как быДлительность цикла контроля скольжения в предлагаемом устройстве в

45 отличие от прототипа составляет один период следования сигналов от датчика скорости колесной пары и не зависит от выбранного порога срабать вания. Последний может быть изменен

JQ путем изменения величины напряжения источников и и U, Предлагаемое устройство в описанном выше варианте предназначено для контроля боксования колесных пар. Оно может с незнаJJ чительными дополнениями быть использовано и для контроля Ю9а.

Предлагаемое устройство контроля скольжения, снабжённое управляемым одновибраторому двумя логическими 636 И КЛЮЧОМ 12. Разряд конденсатора приводит к снижению до нулевого уровня напряжения на выходе усилителя 8 и соответственно к скачкообразному изменению уровня выходного сигнала компаратора 13. Таким образом, формируется передний фронт выходного импульса одновибратора 3. Одновременно, с размыканием ключа 12, начинается процесс интегрирования напряжения, поступающего на вход 17 одновибратора от датчика А эталонной скорости. Напряжение на выходе усилителя 8 возрастает, причем скорость нарастания прямо пропорциональна величине . напряжения датчика k эталонной скорости, В этот момент, когда напряжение на выходе усилителя 8 достигнет определенного значения(определяемого, в зависимости от положения ключа 1A, величиной напряжения и-,или Un), происходит обратное скачкообразное изменение уровня напряжения на выхоД усилителя 13, т.е. возвращение компаратора в исходное состояние. Таким образом, длительность выходного импульса одновибратора 3, вырабатываемого в ответ на каждый импульс формирователя 2, обратно пропорциональна эталонной скорости. ло показано выше, приводит к уменьшению порога срабатывания устройства при отмене сигнала скольжения. элементами запрета, позволяет повысить скорость обнаружения проскальзы вания колесных пар. Это дает возможность повысить эффективность защиты от скольжения при низких скоростях вращения колесных пар и (или снизить требования к наиболее ответственному узлу защиты - частотному датчику скорости в отношении его разрешающей способности, т.е. числа импульсов выходного напряжения, вырабатываемых за один оборот колесной пары. формула изобретения Устройство контроля скольжения колесных пар подвижного состава, содержащее нд каждую колесную пару триг rep и последовательно соединенные частотный датчик скорости вращения колесной пары, формирователь импульсов и одновибра тор, а также датчик ф«г. f эталонной скорости, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено логическими элементами запрета, выходы которых соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, выход которого является, выходом устройства и соединен с одним из управляющих входов одновибратрра, другой управляющий вход которого соединен с выходом датчика эталонной скорости, выход одновибратора соединен с разрешающим входом первого элемента запрета и с запрещающим входом второго элемента запрета, разрешающий вход которого объединен с запрещающим входом первого элемента запрета и подключен к выходу формирователя импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 578205, кл. В 60 L 3/10, 1976.