Устройство для обнаружения юза колесных пар подвижного состава

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„ I 245452 А1

15Р 4 В 60 L 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

I

Фма 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3721477/24-11 (22) 05.04.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (71) Ленинградский институт инженеров .железнодорожного транспорта им. акац. В.Н.Образцова (72) В.С Росланас и К.Н.Рюхин (53) 625.032.37 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ !142318, кл, В 60 L 3/10, 01.84. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ЮЗА КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, содержащее на калфую колесную пару датчик скорости, состоящий из последовательно соединенных импульсного тахогенератора и формирователя выходного сигнала, и подключенный одним из входов к выходу формирователя.блок сравнения, а также общие для всех колесных пар формирователь эталонного замедления подвижного состава, сумматор и блоки задержки и выделения экстремального сигнала, выход которого соединен с другими входами блоков сравнения и с одним из входов сумматора, выход которого подключен к входу блока задержки, соединенного выходом с одним из входов блока выделения экстремального сигнала, другие входы которого подключены к выходам соответствующих формирователей выходных сигналов датчиков скорости, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено блоками перемножения и формирования сигнала, обратно пропорционального квадрату эталонной скорости, вход которого подключен к выходу блока выделения экстремального сигнала, а выход — к одному из входов блока перемножения, другой вход которого соединен с выходом формирователя эталонного замедления, а выход — с другим входом сумматора, причем форми рователь выходного сигнала датчика скорости выполнен в виде преобразователя длительности периода следования импульсов в напряжение.

3 !245ч

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к сис. темам противоюзной защиты подвижно". го состава, и может быть применено на любых железнодорожных транспортных средствах, колесные пары которых оборудованы индивидуальными тормозами с раздельным электрическим управлением.

Известно устройство для обнаружения юза колесных пар подвижного состава, содержащее на каждую колесную пару датчик скорости, состоящий из последовательно соединенных импульс. ного тахогенератора и формирователя выходного сигнала, и подключенный одним из входов к выходу формировате" ля блок сравнения, а также общие для всех колесных пар формирователь эталонного замедления подвижного соста- о ва, сумматор и блоки задержки и выделения экстремального сигнала, вывыход которого соединен с,цругими входами блоков сравнения и с одним из входов сумматора, выход которого подключен к входу блока за,цержки, соединенного выходом с одним из входов блока выделения, экстремального сигнала, другие входы которого подключены к выходам соответствующих формирователей выходньгх сигналов датчиков скорости. Точность работы известного устройства во многом определяется характеристиками датчика скоростей врашения колесной пары.

Этот датчик выполнен в виде импульс" ного тахогенератора с преобразователем частоты в напряжение и характеризуется большой точностью, что обусловлено высокой разрешаюшей способностью (количеством импульсов на один оборот) импульсного тахогенератора 1.11 .

Для обеспечения надежной защиты колес от повреждений вследствие юза и для достюкения кратчайшего тормозного пути обнаружитель юза должен, помимо точности, обладать достаточным быстродействием. При использовании датчика скорости на осчове импульсного тахогенератора быстродейсг- 11 вие будет ограниченб из-за наличия преобразователя частоты в напряжение, который вносит большую задержку изза своей инерционности, обусловленной использованием сглаживающего 55 фильтра с большой постоянной времени

Чем вьппе требования к статической точности (уровню пульсаций) датчика

52 3 скорости, тем больше постоянная вре-. мени сглаживающего фильтра и тем большую задержку (достигающую нескольких десятков и даже сотен периодов импульсной последовательности) вносит преобразователь частоты B напряжение. На средних и низких скоростях движения указанная задержка может составлять 0,5-1,0 сек, а замедление колесной пары+ входящей в юэ, тем больше, чем ниже скорость движения, поэтому недостаточное быстродейс твие известного устройства может привести к заклиниванию колесной пары.

Цель изобретения — повьппение быстродействия устройства, Для достижения указанной цели устройство для обнаружения юза колесных пар подвижного состава, содержащее на каждую колесную пару датчик скорости, состоящий из .последовательно соединенных импульсного тахогенератора и формирователя выходного сигнала и подключенный одним из входов к выходу формирователя блок сравнения, а также общие для всех колесных пар формирователь эталонного замедления подвюкного состава, сумматор и блоки задержки и выделения экстремального сигнала, выход которого соединен с другими входами блоков сравнения и с одним из входов сумматора, выход которого подключен к входу блока задержки, соединенного выходом с одним из входов блока выцеления экстремального сигнала,, другие входы которого подключены к выходам- соответствующих формирователей выходных сигналов датчиков скорости, снабжено блоками перемножения и формирования сигнала, обратно пропорционального квадрату эталонной скорости, вход которого подключен к выходу блока выделения экстремального сигнала, а выход— к одному из входов блока перемножения, цругой вход которого соедииен с выхоцом формирователя эталонного замедпения, а выход — с другим входом сумматора, причем формирователь выходчого сигнала датчика скорости выполнен в виде преобразователя дли- тельности периода следования им.пульсов:в напряжение.

Совокупность всех введенных узлов и их взаимных соединений позволяет получить в предлагаемом устройстве положительный эффект по сравнению с

Кд

I (2) U = К Т ъ 5

3 1245 известным, выражающийся в увеличении быстродействия при сохранении точности в широком диапазоне скоростей.

Предлагаемое устройство как и известное позволяет осуществлять индиви5 дуальный контроль относительного скольжения, в том числе и при одновременном юзе всех колесных пар.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для обнаружения юза колесных пар подвижного состава, на фиг. 2 — функциональная схема одного из вариантов выполнения формирователя эталонного замедления подвижного состава.

Устройство для обнаружения юза подвижного состава содержит на каждую колесную пару датчик 1 скорости, состоящий из импульсного тахогенератора 2 с подключенным к его выхо20 ду преобразователем 3 периода в напряжение, и блок 4 сравнения. Устройство содержит также общие для всех колеснь7х пар блок 5 выделения мини— мального напряжения, блок б задержки, формирователь 7 эталонного замедления подвижного состава, сумматор

8 блок 9 формирования сигнала, обратно пропорциональчого эталонной скорости и блок 10 перемножения.

Выход каждого преобразователя периода в напряжение соединен с входом о, блока 4 сравнения и с входами а блока 5 выделения минимального напряжения, выход которого соединен с входом 5 каждого блока 4 сравнения З

Р а также с входом ci сумматора 8 и, со входом блока 9. Выходы блока 9 и формирователя 7 соединены с входами блока 10 перемножения, выход которого подключен к входу Ь сумматора 8.

Выход сумматора 8 через блок б задержки подключен к входу S блока 5

1 выделения минимального напряжения.

Выходы блоков 2 сравнения являются выходами устройства.

Формирователь 7 эталонного замедления.может быть выполнен в виде источника постоянного напряжения, датчика линейного замедления транспортного средства или функционального 5О преобразователя. В последнем случае (фиг.2) формирователь 7 эталонного замедления содержит сумматоры 11 и

12 и узел 13 деления, выход которого является выходом формирователя 7. 55

Входы а сумматоров 11 и 12 объединены и являются входом формирователя 7, подключенным к выходу блока 5 выде452

4 ления минимального напряжения, Входы

Б сумматоров 11 и 12 также объединены и подключены к источнику постоянного напряжения U . Выходы сумматоров

11 и 12 соединены с входами узла 13 деления. Устройство для обнаружения юза подвижного состава работает следующим образом.

Импульсный тахогенератор 2 вырабатывает непрерывную последовательность импульсов, период Т> следования которых обратно пропорционален мгновенному значению V< скорости вра1 щения соответствуюшей колесной парыгде К7 — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией тахогенератора 2; номер колесной пары.

Преобразователь 3 периода в напряжение вырабатывает непрерывный (или ступенчато-непрерывный) сигнал, напряжение U которого прямо пропор5 ционально периоду Т следования входных импульсов где К и К = К К вЂ” постоянные ко3 ) и 3 эффициенты.

При этом быстродействие преобразователя 3 периода в напряжение, обусловленное его конструкцией, значительно превьпцает быстродействие преобразователя частоты в напряжение, применяемого в известном устр. йстве (задержка преобразования не превышает двух периодов следования входных импульсов).

Напряже ия т-3 с выходов преобразователей 3 поступают на соответствуюшие входы блока 5 выделения минимального напряжения. На один из входов блока 5 поступает напряжение U с выхода блока 6 задержки. На выходе блока 5 образуется эталонное напряжение Н = U, равное минимальному из всех входных напряжений:

У вЂ” U, — мин (Ь ., 1l ) Р (3) Если по крайней мере одна иэ колесных пар транспортного средства не

1245452

В свою очередь (8) Пр э 1о

П;, = Kqo (U7U9)

П К (U) (4) (5) 5 ми" 0.3 где U„, 1

К К

3 1о К (12) U (t) = Uz(t - ), (7) 55 лонная скорость проскальзывает (т.е. имеется эталонная колесная пара), то тУзу (тт63 тогда формула (3) примет вид

1О

Напряжение U = U с выхода блока

5 поступает на вход 5 каждого блока

4 сравнения, на вход . которого пос тупает напряжение U от преобразователя 3 соответствующей колесной пары. Каждое из сравниваемых напряжений U; и эталонное напряжение U9 обратно пропорциональны величинам соответствующих скоростей. I

Блок 4 сравнения выполнен в виде .компаратора отношения. Он вырабатывает.управляющий сигнал на своем выходе в том случае, когда отношение нап ряжений на его входах превышает oIIределенное пороговое значение.

Таким образом, устройство производит индивидуальный контроль скольжения колесных пар и посылает управ30 ляющий сигнал в тормозную систему той колесной пары, величина относительного скольжения которой превысит заданный порог срабатывания.

При одновременном юзе резко уменьшается скорость V вращения всех колесных пар, соответственно увеличивается период Т следования импульсов техогенераторов 2 и напряжение

U преобразователей 3 периода в напряжение. В этом случае минимапьным из всех входных напряжений блока 5 становится напряжение U, поступающее с выхода блока 6 задержки, таким образом, в рассматриваемом режиме согласно формуле (3).

U = мин (U,, U ) = U . (6) Блок 6 задержки осуществляет задержку входного сигнала на время

Поэтому мгновенное значение напряжения П (t) будет определяться форму-

6 лой: где U — напряжение на выходе сум8 матора 8. и U — напряжения на выю ходах формирователя 7 эталонного замедления, блока

9 и блока 10 перемножения;

К К, — постоянные коэф-. фициенты.

Используя формулы (6- 8,), получим э() з 1о 5(U (t - )). (.9) - При достаточно малой величине saдержки " получим

dU (t) К К,я.

Д 7 7 э — U (t)U (t) . (10) Разделив переменные и проинтегрировав имеем

t — U,(t)dt + С (11)

1 КК„

U,. (t) . 1 где t — текущее. значение времени, отсчитываемое от момента срыва сцепления последней ко . лесной пары;

С вЂ” постоянная интегрирования.

Параметры К .и К„ можно подобрать таким образом, чтобы выполнялось условие а постоянную С интегрирования определим из условий:

К вЂ” 0 с ->- -=U

Э ц эо эо тогда формула (,11) с учетом (2) и (14) будет иметь вид

V»(Е) = V, - = J U (t) dt, (»

1 где V g О ) .-- — — — условная этаК, э - U,(2) 1245452

U =К,; с, (17) 1 ЭО

1О

Тогда, учитывая, что U>Ä = U

К из (16) и (! 7) получаем выра ЭЧ жение для выходного сигнала формиро20 вателя 7 а+ V

В = В ч >< а + (14) где В„, замедление транспортного средства при нулевой скорости (т.е. в момент остановки); а и с — постоянные коэффициенты, 25 определяемые характеристиками тормозной системы транспортного средства.

Для такого транспортного средства формирователь 7 эталонного замедления может быть выполнен в виде функционального преобразователя, схема которого приведена на фиг.2.

На его вход поступает напряжение

U< = U которое подается на вхо- З5 ды а сумматоров ll и 12, а на входы B — - постоянное напряжение U, i

Выходные напряжения U u U сум11 1 маторов равны (15) где с — постоянный коэффициент.

Напряжения U u U поступают на узел 13 деления, выходное напряжение

U которого прямо пропорционально

13 частному от деления его входных напряжений

V U +Uû

U К -11- =-* К -е- — -" - (16)

1(3 iy U 73 U -;Из формулы (15) следует, что при одновременном юзе всех колесных пар условная эталонная скорость V Hçменяется во времени в соответствии с текущим значением напряжения U формирователя эталонного замедления.

Следовательно, выбирая соответствуюЩие параметры и схему формирователя

7, можно придать условной эталонной скорости любой желаемый вид.

Если транспортное средство оборудовано тормозами колодочного типа, то расчетное замедление В „ при торможении функционально связано со скоростью движения следующей приближенной формулой: где К вЂ” постоянный коэффициент.

1З

Параметры У, с(и К„ формирователя 7 выбираются исходя из следующих

COOTHOHIEÍÈÉ: где а, с и В, — параметры, входящие в формулу (14).

11 = U = 7  — — - "- — "- (18) а+ v (О эоа+ с V»(t) Сопоставляя формулы (18) и (141 видим, что выходное напряжение формирователя 7 эталонного замедления прямо пропорционально в каждый момент времени расчетному замедлению

В, транспортного средства при данной скорости его движения.

Значение условной эталонной скорости в этом случае, рассчитанное по формулам (13) и (18), будет составлять

1а+ V (t)

v (с) =v -в 1 — — -- at. ч м эо a + cv„(t) (19) Таким образом, сравнение скорости каждой колесной пары С условной эталонной скоростью производится с такой же точнОстью, как и в известном устройстве. При этом обеспечиваются лучшие динамические показатели устройства в целом. Это относится как к случаю одновременного юза всех колесных пар, так и к случаю, когда по крайней мере одна из колесных пар не проскальзывает.

1245452

Составитель Я.Гаврилов

Техред Н.Бонкало

Редактор А.Сабо

Корректор М.Шароши

Заказ 3949/10

Тираж б47 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4