張樹森，沈正建，宮慶鈺

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司服務(wù)事業(yè)部，河北唐山，063000）

0 引言

車輛裝有砂位顯示器，用于顯示砂箱內(nèi)砂碩的高低位。運(yùn)營中頻繁發(fā)生砂位顯示與砂箱內(nèi)砂位不一致的問題，影響砂粒漏加注作業(yè)。而車輛運(yùn)行交路長，在冰雪、凍雨等惡劣天氣對(duì)動(dòng)性能要求更加嚴(yán)格。撒砂系統(tǒng)對(duì)于車輛制動(dòng)性能有著良好的改善作用，通過改善輪軌之間的粘著系數(shù)實(shí)現(xiàn)防止車輪空轉(zhuǎn)和滑行的目的，有效避免擦輪和踏面擦傷。通過對(duì)故障梳理分析開展研究，獲取最佳解決方案并推廣應(yīng)用。提高核心技術(shù)的同時(shí)，又降低生產(chǎn)維護(hù)成本，同時(shí)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

1 砂箱及傳感器工作原理分析

1.1 砂箱工作原理分析

砂箱系統(tǒng)主要由箱體、砂位傳感器、砂位顯示器和控制電路等組成。工作電壓為110VDC。通過砂位傳感器對(duì)撒砂系統(tǒng)砂粒檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)砂位顯示功能：砂位≥90%時(shí)，傳感器（SQ1）常開觸點(diǎn)閉合，綠色指示燈點(diǎn)亮，表示砂已加滿；砂位處于90%＞砂位≥50%時(shí)，傳感器（SQ2）將感應(yīng)并將常開觸點(diǎn)閉合，黃色指示燈點(diǎn)亮，表明砂箱儲(chǔ)砂量不低于砂箱容積的一半；砂位＜50%時(shí)，傳感器（SQ2）將感應(yīng)并將常開觸點(diǎn)斷開，紅色指示燈點(diǎn)亮，表明砂箱儲(chǔ)砂量低于砂箱容積的一半，提示系統(tǒng)加砂，砂位顯示原理如題1 所示。

1.2 砂位傳感器工作原理分析

砂箱砂位傳感器也稱位置傳感器，是通過檢測(cè)確定砂箱內(nèi)砂位是否已經(jīng)到達(dá)某一位置。因此，它只需要產(chǎn)生能反應(yīng)砂位狀態(tài)的開關(guān)量，電容式位移傳感器由振蕩電路、開關(guān)電路及放大輸出電路組成。傳感器的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很像打開的電容器電極，該兩電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC 振蕩回路中。電源接通時(shí)，RC 振蕩器不振蕩，當(dāng)砂箱內(nèi)砂碩朝著電容器的電極靠近時(shí)，電容器的容量增加，傳感器內(nèi)的振蕩電路開始啟振，通過傳感器后級(jí)電路的處理，將傳感器振蕩電路停振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號(hào)，從而起到檢測(cè)砂箱內(nèi)砂位位置的目的。砂箱位置傳感器電路Cw為內(nèi)部頻率/電壓轉(zhuǎn)換器的電容值，其值與電容傳感器的最大電容量成一定比例。由于傳感器的最大電容值約100Pf，故在本電路中Cw=62 Pf，電阻Rcm 和Rcw 與充放電的大小有關(guān)，取固定數(shù)值Rcm=250k 歐姆，Rcw=500 歐姆，Cf2、Cf2=21nf為低通濾波器電容，電阻R1-R5 組成電阻網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)輸出電壓信號(hào)的零點(diǎn)與滿度，其中R2、R4、R5 為固定電阻，阻值為100K 歐姆，調(diào)節(jié)R1、R3 增強(qiáng)傳感器感應(yīng)靈敏度及使電容傳感器輸出電壓穩(wěn)定化，通過轉(zhuǎn)換電路輸出與所檢測(cè)到的砂位相對(duì)應(yīng)的開關(guān)量信號(hào)。

圖1 砂位顯示原理

圖2 砂位傳感器數(shù)字信號(hào)處理電路

1.3 砂位傳感器失效原因分析及解決方案

砂位傳感器檢測(cè)靈敏度的可調(diào)性，產(chǎn)品出廠時(shí)調(diào)至最佳狀態(tài)，但運(yùn)輸震動(dòng)等原因造成可調(diào)電位器阻值變化。傳感器發(fā)送信號(hào)后經(jīng)石英砂反射回傳感器接收端，石英砂多邊形碎小面對(duì)發(fā)射信號(hào)存在游離性不規(guī)則散射的信號(hào)衰減，造成傳感器接收端無法全部接收信號(hào)，導(dǎo)致沙箱砂位顯示與實(shí)際沙位不一致的問題產(chǎn)生。故采取如下改進(jìn)措施：對(duì)傳感器電路R1 和R3 由可調(diào)式電位器變更為固定式電阻，通過對(duì)零點(diǎn)和滿度的校準(zhǔn)，使信號(hào)的校準(zhǔn)更加準(zhǔn)確。通過計(jì)算和測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果，傳感器電路R1 可調(diào)式電位器由原來的22K? 變更為固定式電阻R1=22.39K?；傳感器電路R2 可調(diào)式電位器由原來的100K? 變更為固定式電阻R3=58.54K?。

對(duì)于傳感器電源輸入容易產(chǎn)生傳導(dǎo)和耦合干擾導(dǎo)致傳感器失效問題，在芯片電源6 腳輸入端與地之間增加一支容量為0.1pf 的電容，使其組成簡單的抗干擾電路，濾除輸入電源的傳導(dǎo)電磁干擾耦合電磁干擾，改善傳感器電路檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、放大和輸出抗干擾能力，使其工作更加穩(wěn)定可靠，砂位傳感器電路改進(jìn)如圖3 所示。

圖3 砂位傳感器電路改進(jìn)

2 解決方案驗(yàn)及證測(cè)試

對(duì)失效砂位傳感器進(jìn)行了實(shí)際模擬測(cè)試，傳感器為常開式，將砂位傳感器檢測(cè)端面與障礙物檢測(cè)距離（靈敏度）設(shè)定為2~8mm 內(nèi)移動(dòng)，傳感器始終處于常開狀態(tài)；將將砂位傳感器檢測(cè)端面與障礙物檢測(cè)距離＜2mm，傳感器始終處于常開狀態(tài)；將將砂位傳感器檢測(cè)端面與障礙物檢測(cè)距離＞8mm，傳感器始終處于常開狀態(tài)，圖4（左）失效測(cè)試波形。解決方案實(shí)施后按照對(duì)失效砂位傳感器進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)際模擬測(cè)試，測(cè)試驗(yàn)證，當(dāng)砂碩移向接近傳感器時(shí)，砂碩和傳感器的介電常數(shù)發(fā)生了變化，測(cè)量、轉(zhuǎn)換電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，能夠控制潵砂系統(tǒng)開關(guān)的接通和關(guān)斷， LED 顯示燈隨之點(diǎn)亮或熄滅，圖4（右）改進(jìn)后測(cè)試波形。

圖4 （左）失效測(cè)試波形，（右）改進(jìn)后測(cè)試波形

3 結(jié)語

綜上改進(jìn)和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，通過對(duì)砂箱砂位傳感器電路中將可調(diào)式電阻變更為固定式電阻，使其不受振動(dòng)位移而改變阻值，在電源輸入端增加線-地Y 電容，提升了傳感器檢測(cè)靈敏度，砂位傳感器更加穩(wěn)定可靠的工作，該問題得到徹底解決。