3.3 Датчик скорости

В качестве датчика скорости применяется ДПС-У – датчик пути и скорости универсальный, который предназначен для преобразования частоты вращения оси колесной пары в пропорциональное количество импульсов, используемых в МПСУ ЭПС для контроля скорости. ДПС-У устанавливается на специальных крышках букс колесных пар ЭПС.

Техническими параметрами датчика являются: максимальная угловая скорость вращения оси модулятора датчика – не более 2122 об/мин; связь оси модулятора с осью колесной пары осуществляется без редуктора; направление вращения модулятора датчика – произвольное, количество каналов датчика – 2; угол поворота оси модулятора датчика, соответствующий Nпериодам импульсов датчика, составляет угол поворота оси модулятора датчика, соответствующий длительности импульса датчика, составляет угол поворота оси модулятора датчика, соответствующий интервалу между фронтами, между спадами, между фронтами и спадами импульсов разных каналов датчиков – длительность фронта и спада импульсов при отсутствии реактивных элементов в линиях связи должна быть не более 20 мкс;количество импульсов за один оборот оси модулятора датчика – 42; падение напряжения на открытом ключе каждого канала датчика при токе протекающем через ключ, не более 1,3 В.

Конструкция датчика ДПС-У представлена на рис. 3.9. Датчик состоит из фланца 19, крышки 15, подшипникового узла 8 с валом 12. На вал с одной стороны установлена полумуфта 23, с другой стороны закреплен диск 18 с сис-темой пазов. Диск входит в паз кронштейна 17.

Вал в узле вращения 8 установлен в шариковых подшипниках, разделенных втулкой 7. Слева от подшипников установлено манжетное уплотнение 6. Подшипниковый узел 8 слева закрыт крышкой 5. Справа подшипники закрыты крышкой 13. Между подшипником и крышкой 13 установлены регулировочные шайбы 9, 10. В крышке 13 установлено кольцо 11. Между фланцем 19 и крышкой буксы (на рис. 3.9 не показана) установлена уплотнительная прокладка 20. Крышка датчика 15 и узел вращения 8 в пластмассовом корпусе крепится к фланцу через прокладки 21 и 22 соответственно.

Рис. 3.9 Конструкция датчика ДПС-У

Кронштейн 17 с оптопарами крепится винтами к фланцу 19 через прокладку 25. Закрепление датчика на крышке буксы колесной пары осуществляется болтами через отверстия во фланце 19.При этом палец 24, закрепленный эксцентрично на оси колесной пары, входит в паз полумуфты 23.

Электрическая связь датчика с аппаратурой осуществляется с помощью кабеля, распаянного непосредственно на плате 16, с другой стороны кабель заканчивается соединителем.

Функциональная схема взаимодействия электрических узлов датчика приведена на рисунке 3.2.

Датчик имеет два идентичных канала. Сигналы каждого канала сдвинуты между собой на угол, соответствующий по времени четверти периода следования импульсов. Период следования определяется скоростью вращения колесной пары. Два канала необходимы для определения направления движения локомотива. Преобразование частоты вращения колесной пары в количество импульсов происходит в результате модуляции оптического потока, излучаемого светодиодом.

Диск-модулятор вращается синхронно с колесной парой. Фототранзистор, находящийся на одной оси со светодиодом, преобразует оптический поток в электрический сигнал.

При подаче напряжения питания на датчик светодиод будет постоянно излучать световой поток в инфракрасном диапазоне. Фоторезистор будет его принимать только тогда, когда щель диска войдет в область диаграммы направленности фоторезистора. Таким образом, при вращении диска на коллекторе фоторезистора будет формироваться импульсная последовательность с количеством импульсов за один оборот диска, равным количеству его щелей.

Так как световой поток, падающий на фоторезистор, из-за широких диаграмм направленности светового потока светодиода и фоторезистора при вращении диска изменяется плавно, то и импульсы получаются колоколообразной формы.

Для получения импульсной последовательности со стабильными во времени длительностями импульса и периода служит формирователь фронтов импульсов, состоящий из транзисторного ключевого каскада и компаратора. Кроме того, компаратор обеспечивает ограничение импульсной последовательности по низу на уровне порогового напряжения, тем самым предотвращает появление «паразитных» импульсов, которые могут формироваться из-за флуктуаций, возникающих на выходе фототранзистора.

С выхода компаратора импульсная последовательность поступает на формирователь сигналов ДПС-У, который состоит из двух транзисторных ключевых каскадов. Последний каскад выполнен по схеме «открытый коллектор».

Формирователь обеспечивает при открытом состоянии выходного транзистора пропускание через него тока величиной не менее 150 мА, а при закрытом состоянии – подачу от него напряжения (35 – 75) В для датчиков ДПС-У.

Формирователь питающих напряжений при помощи линейных стабилизаторов преобразует напряжение (35 – 75) В в ДПС-У в напряжения 24 В и 12 В. Напряжение 24 В используется для питания светодиодов, а 12 В – для всей остальной схемы датчика.

Электрическая схема датчика с подключением к МСУД ЭП-11 представлена на рис. 3.11.

16

Р ис. 3.10. Функциональная схема взаимодействия электрических узлов датчика ДПС-У

17

Р ис. 3.11. Схема электрическая принципиальная датчика ДПС-У

Оптопары с открытым каналом (установленные в кронштейне 17, см. рис. 3.9), световой поток которых модулируется диском, состоят из светодиодов VD5, VD6, фототранзисторов VT3, VT4, резисторов R5, R6, R7 и конденсатора C1. Резистор R5 задает режим работы по току светодиодам, а конденсатор C1 снижает влияние пульсации (выбросов) питающего напряжения на ток, текущий через них.

Изменением сопротивления резисторов R6 и R7 (путем подбора номинала) можно регулировать длительности выходных импульсов датчика.

Формирователи фронтов импульсов выполнены на транзисторах VT5, VT6, резисторах R8, R10, R11 и R9, R12, R13. Диоды VD7 и VD8 в цепях эмиттеров ограничивают по низу импульсы с преобразователя, отсекая наиболее пологую часть по фронту.

Компараторы выполнены на микросхемах DD1 и DD2. Делители на резисторах R14, R15 и R16, R17 формируют опорное напряжение. Резисторы R18, R20 и R19, R21 в цепях обратной связи компараторов формируют релейную характеристику компаратора, тем самым предотвращается «дребезг» на выходе компаратора при сравнении сигналов на входах 2 и 3. Конденсаторы С4 и С5 используются для повышения помехоустойчивости компаратора от «паразитных колебаний», которые могут возникнуть при стоянке локомотива при колебаниях колесной пары. Резисторы R22 и R23 – нагрузочные, так как выход компаратора имеет тип «открытый коллектор».

Формирователи сигналов датчиков выполнены на транзисторах VT17, VT9, VT11 для одного канала и VT8, VT10, VT12 для другого, транзисторы работают в ключевом режиме. Транзисторы выбраны такого типа, чтобы через выходные транзисторы VT11, VT12 в открытом состоянии можно было бы пропускать ток величиной не менее 150 мА, а в закрытом состоянии допускали напряжения на коллекторе не менее 75 В.

Формирователь питающих напряжений состоит из параметрического стабилизатора на 24 В для ДПС-У, выполненного на стабилитронах VD2, VD3, транзисторах VT1, VT2 и резисторе R2, и параметрического стабилизатора на 12 В, выполненного на стабилитроне VD4 и резисторе R4.

От источника 24 В в ДПС-У питаются светодиоды, а от источника питания 12 В – вся остальная схема датчика. Стабилизатор на 24 В с транзисторами VT1 и VT2 выбран с целью уменьшения до минимума мощности рассеивания в датчике при питании его от источника напряжения 50 В, сохранив при этом режим работы стабилитронов VD2, VD3, VD4 и транзисторов VT1, VT2 при работе датчика в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Питание элементов ДПС-У осуществляется напряжением +50 В по проводу A9 от стабилизированного источника питания через автоматический выключатель SF89 «Датчики скорости» на номинальный ток нагрузки 2 А.

Открытые коллекторы транзисторов VT11, VT12 проводами кабеля подключены через контакты 2, 1 разъема X1 «ДПС» на контакты 2, 1 переходного разъема и заведены через пол электровоза в кузов. Сигнал с первого датчика 1ДПС по проводу А92 через контакт 13/31 МСУД поступает на вход ячейки импульсных сигналов ИС1 через контакт 14 для преобразования импульсного сигнала ДПС-У в цифровой код. Сигнал второго датчика 2ДПС на проводе А91 остается в резерве. Общий провод (–50 В) по проводу А93 через контакт разъема X13/21 подключается к шине XN16 МСУД.

При включении транзистора VT12 ток через него проходит от ячейки ИС1 МСУД по проводу А93 на «землю» (–50 В) в ДПС-У.

Скорость движения ЭПС в км/ч вычисляется в МСУД по формуле:

(3.3)

где – диаметр бандажа колесной пары, м;

n – частота вращения оси модулятора датчика, об/мин;

1000 – коэффициент пересчета км в м;

60 – коэффициент пересчета ч в мин.

Период синхроимпульсов (время поворота оси модулятора датчика на один оборот) вычисляется по формуле:

(3.4)

При этом, согласно формулам (3.3), (3.4) установлены следующие соответствия:

156 об/мин – 25 км/ч –

312 об/мин – 50 км/ч –

624 об/мин – 100 км/ч –

1248 об/мин – 200 км/ч –

1872 об/мин – 300 км/ч –

2123 об/мин – 340 км/ч –

Таким образом, с помощью датчика ДПС-У определяется скорость движения ЭПС как вперед, так и назад. Значения реальной скорости отражаются на различных приборах, установленных в кабине машиниста.