張柏杰

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司北京電務(wù)段，北京 100036）

0 引言

列控系統(tǒng)（ATP、LKJ）配套的霍爾速度傳感器（以下簡稱“傳感器”）安裝于動(dòng)車組（含集中動(dòng)力動(dòng)車組）輪對軸端，用于測量動(dòng)車運(yùn)行速度，其工作狀態(tài)及運(yùn)行品質(zhì)直接關(guān)系到動(dòng)車組的運(yùn)行安全。

目前換裝后傳感器的工作狀態(tài)是通過在檢修站場內(nèi)低速移動(dòng)車輛來確認(rèn)機(jī)車有無速度，該方法存在一些問題：首先，依照動(dòng)車組管理規(guī)范，需專職司乘人和多部門配合才能動(dòng)車試驗(yàn)，流程復(fù)雜效率低；其次，由于場地線路限制，動(dòng)車試驗(yàn)試驗(yàn)距離短速度低，不能全面檢測產(chǎn)品狀態(tài)；最后，因安全要求，動(dòng)車后人員不能停留設(shè)備附件對測量，不便于機(jī)車故障的分析排查。因此，需要一種能夠便于攜帶到檢修現(xiàn)場能模擬機(jī)車運(yùn)行的傳感器在線檢測設(shè)備。

傳感器是通過感應(yīng)安裝在動(dòng)車組輪對軸端測速齒輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車速度檢測，所以傳感器在線檢測設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：①有測速齒輪；②有傳感器安裝接口；③能控制測速齒輪模擬運(yùn)行速度在0～120 km/h 可調(diào)；④自帶電源可在戶外使用和設(shè)備要便于攜帶。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

傳感器在線檢測設(shè)備主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、殼體總成、控制模塊、人機(jī)接口以及電源總成組成（圖1）。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

1.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由測速齒輪組成、永磁電機(jī)和減速器組成。其中，測速齒輪用于模擬動(dòng)車組軸端的齒輪，設(shè)計(jì)采用導(dǎo)磁低碳鋼，采用DIN 867 標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪，模數(shù)為2、齒數(shù)為80 個(gè)，齒輪寬30 mm；采用轉(zhuǎn)速4000 r/min 的高速永磁電機(jī)，工作電壓24 V，輸出扭矩1.2 N·m；采用5:1 減速器和測速齒輪連接，測試齒輪模擬運(yùn)行的最高速v=60×（4000/5）×3.14×0.87=131.1 km/h。

1.2 控制模塊

控制模塊由電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、速度檢測板、人機(jī)接口板及處理板組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板采用PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）信號驅(qū)動(dòng)高速永磁電機(jī)，實(shí)現(xiàn)速度在0～120 km/h 調(diào)節(jié)；速度檢測板通過霍爾原理，感應(yīng)齒輪轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生如轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號，計(jì)算出齒輪真實(shí)轉(zhuǎn)速；人機(jī)接口板是用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏，將檢測到的速度值直觀的顯示出來，能檢測面板上速度設(shè)置按鍵狀態(tài)，進(jìn)行速度增減；處理板采用四核64 位的ARM Cortex-A72 架構(gòu)CPU 和Liunx 操作系統(tǒng)，處理板是設(shè)備的控制中樞，通過數(shù)據(jù)通訊總線和各個(gè)電路板交互信息，發(fā)出控制指令或接收測試數(shù)據(jù)，并能記錄測試過程形成測試報(bào)告。

1.3 人機(jī)接口

安裝在面板上的5 英寸（5×2.54=12.7 cm）HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清多媒體接口）接口的電容觸摸液晶屏做顯示窗口，用于顯示設(shè)置的速度值，同時(shí)提供速度設(shè)置輸入接口（圖2）。安裝在面板的兩個(gè)圓形金屬復(fù)位按鍵，分別用于設(shè)置速度加和速度減的功能。

圖2 顯示布局

1.4 電源總成

電源總成由充電管理板、蓄電池模組和保護(hù)功能板組成。其中，充電管理板實(shí)現(xiàn)對蓄電池充電功能，為保護(hù)蓄電池，根據(jù)蓄電池充電特性，充電分過程為涓流預(yù)沖、恒流、恒壓3 個(gè)階段；保護(hù)板功能板用于對蓄電池電壓和溫度進(jìn)行檢測，防止出差欠壓、過流、電池反接情況；采用12 V/10 A·h 蓄電池，能讓50 W 設(shè)備工作時(shí)間大于2 h。

1.5 殼體總成

圖3 充電曲線

殼體正面為操作面，提供充電接口、電源開關(guān)、調(diào)速按鍵及轉(zhuǎn)速顯示窗口；兩側(cè)為傳感器安裝面，可根據(jù)需要，選擇傳感器安裝方向；背面提供傳感器的安裝氣隙測試接口，可用于調(diào)整安裝氣隙，默認(rèn)安裝氣隙1 mm；外形尺寸為300 mm×150 mm×260 mm；總質(zhì)量小于8 kg。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由速度控制模塊、按鍵處理模塊與速度顯示模塊組成，程序主流程如圖4 所示。裝置上電后自檢通過后，檢測測速電機(jī)的速度在液晶屏上顯示速度值，實(shí)時(shí)檢測安裝狀態(tài)：如果按下“速度+”按鍵，則控制電機(jī)速度值加“1”；如果按下“速度-”按鍵，則控制電機(jī)速度值減“1”。

圖4 軟件的主流程

3 結(jié)束語

本文所研制的裝置具有如下特點(diǎn)：①解決了霍爾式速度傳感器停車無法檢修的問題，同時(shí)為分析和排查故障提供了試驗(yàn)條件；②體積和重量適中帶且自帶電池可工作4 h 以上，便于檢修人員攜帶到檢修作業(yè)站場使用；③人機(jī)交互操作良好，使用簡單；④可以在動(dòng)車靜止?fàn)顟B(tài)模擬機(jī)車運(yùn)行，簡化傳感器換裝后的確認(rèn)流程，提高效率；⑤傳感器測試后自動(dòng)保存測試記錄、形成測試臺(tái)賬，便于傳感器信息化管理。