邓文平

（广州市地下铁道总公司，511430，广州∥助理工程师）

架车机脉冲反馈装置的对比研究

邓文平

（广州市地下铁道总公司，511430，广州∥助理工程师）

结合广州地铁现有架车机，通过总结两种不同脉冲反馈装置的原理特点，对比分析了两者的优劣，认为采用接近开关-脉冲发生轮这种方式进行同步控制的架车机，不仅能保证架车机的同步控制精度要求，且结构稳定，易于维护。建议在架车机设计中采用这种方式作为脉冲反馈装置。为国内架车机脉冲反馈装置的选择提供参考。

架车机；脉冲反馈；接近开关；编码器

Author'saddressGuangzhou Metro Corporation，511430，Guangzhou，China

广州地铁开通至今建成的各条线路车辆段内均设有固定式架车机或者移动式架车机，主要用于将车辆抬升，对车辆的转向架进行检修作业，并对车底的某些部件进行检查和维修工作。为了保证列车的架车安全，架车机在架车过程中的同步升降尤为重要。脉冲反馈装置作为架车机同步控制中的重要一环，很大程度上决定着架车作业是否安全可靠。

1 脉冲反馈装置在架车机中的应用

无论架车机采用何种脉冲反馈装置，其同步控制流程大致都如图1所示。

图1 架车机同步控制流程

国内外的架车机所采用的脉冲反馈装置主要有旋转编码器和接近开关两种。两者主要是采集各架车机丝杆转动反馈的脉冲数，用以寻找同步控制流程（见图1）中的最高或最低位置机组，以便超过同步升降误差时进行同步调整。

研究两种脉冲反馈装置对架车机同步控制的安全性，对于列车的架车安全都有着重要的实际意义。广州地铁3号线车辆段所配备的移动式架车机和固定式架车机便分别采用这两种脉冲反馈装置。笔者以这两套设备为载体，从两者的工作原理、机械安装结构、精度等多方面进行对比，分析各自的优劣，为国内架车机行业提供脉冲反馈方式的设计提供参考。

2 两种脉冲反馈装置的结构原理

2.1 旋转编码器

本文所举的移动式架车机采用的旋转编码器为增量式光电旋转编码器，其主要结构和工作电路如图2所示。

图2 增量式光电旋转编码器的工作原理

旋转编码器有一个按一定编码规则组成的由挡板和码盘组合的编码盘，其两侧分别由发光源以及光检测器、电路板组成。码盘随着被测目标轴的旋转使得透过码盘的光束形成间断，通过光检测器和电路板中进行信号处理，即可得出所计脉冲数。

架车机中使用的旋转编码器根据使用情况的不同，其编码盘旋转一周可发出数百甚至数千个高频脉冲，精度较高；但由于其结构相对复杂，不利于日常维护。

2.2 接近开关

在架车机的应用中，接近开关必须与直接安装在丝杆上的脉冲发生轮一并使用。其中脉冲发生轮上设有若干个孔径相同的孔槽，用作接近开关产生脉冲的发生装置。其孔槽越多，该脉冲反馈装置的精度也越高。

接近开关按照原理的不同可分为电感式接近开关、电容式接近开关和霍尔开关。本文所举例的固定式架车机采用的是电感式接近开关。其工作原理如图3所示。

图3 电感式接近开关工作原理

电感式接近开关主要由LC高频振荡器、检波、放大输出电路等组成。LC高频振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，利用金属物体在接近检测面时使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使得接近开关的振荡衰减直至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出，由此识别出有无金属物体接近，进而得出计数脉冲。

对比分析旋转编码器与接近开关的工作原理特点可知，两者最大的差异是接触式和非接触式。由于旋转编码器的工作原理决定其编码盘必然需要与被测目标直接接触，随之运动的同时，自身发出的高频脉冲也容易受到被测目标运动的影响。而接近开

关脉冲反馈装置只需要将脉冲发生轮安装在丝杆上，其接近开关则固定安装在机架上，无需直接接触被测目标，这为保证接近开关的工作精度提供了可靠的保证。

3 两种脉冲反馈装置的安装结构

部分架车机的旋转编码器在设计过程中采用了图4的安装结构，旋转编码器通过联轴器与电机输出轴连接，实现同步转动。由于旋转编码器测速的目标为电机输出轴转速，在程序设计时需对脉冲计数进行减速箱、丝杆导程等一系列较为繁琐的转换以便用于同步控制中。在实际应用中，由于长期使用，电机转速过大造成连接旋转编码器和电机转轴间的联轴器出现断裂，从而引起测速不准，最终因反复进行同步调整致使各移动式架车机托头受力不均导致托头发生塑性变形的事故。

图4 旋转编码器安装结构

因丝杆转速较电机转速要慢得多，故如采用旋转编码器作为脉冲反馈装置时，其安装方式宜设计安装在丝杆顶部（见图5），与丝杆同步转动，以防止类似事故的发生。

图5 旋转编码器宜安装在丝杆顶部

相比之下，脉冲发生轮与丝杆之间的销连接则显得要可靠得多（见图6）。根据设备参数，该固定式架车机的转向架起升架的提升速度为432 mm/min，丝杆的导程设计为8 mm。由此推知脉冲发生轮随着丝杆的转速仅为54 r/min。此外，因脉冲发生轮直接安装在丝杆上，直接检测丝杆本身的转速更为直观，在程序中也更加清晰地反映出来，且具有易安装、易维护的特点。

图6 接近开关-脉冲发生轮安装示意图

4 脉冲反馈装置的精度

无论是固定式架车机还是移动式架车机，基于安全使用规定，要求其同步升降误差不得超过一定范围。脉冲反馈装置的精度对于整台架车机的同步升降误差有着决定性的影响。下面以这两台架车机所采用的旋转编码器和接近开关-脉冲发生轮的具体参数为例，分析两者的同步控制精度如表1所示。

表1 两种脉冲反馈装置精度

由表1得知，采用旋转编码器的同步控制方式，其精度要远高于接近开关-脉冲发生轮的方式。其高精度的同步控制得益于它所发出的高频脉冲信号。然而这种高频脉冲信号也容易受到其他信号干扰的风险。在生产实际中，曾检测到脉冲数出现大幅跳变的情况。相比之下，虽然接近开关-脉冲发生轮的同步控制方式精度只有0.8 mm，但是根据同步误差要求，当检测到的累计脉冲数超过4个脉冲时开始进行同步调整，其精度已经完全满足实际

生产需求，且使用过程中稳定可靠。因此我们有理由认为，接近开关稳定的脉冲信号以及合理的同步控制精度更加适合在架车机中应用。

5 结语

由本文论述中可以看出，采用接近开关-脉冲发生轮这种方式进行同步控制的架车机，不仅能保证架车机的同步控制精度要求，且结构稳定，易于维护。建议在架车机设计中采用这种方式作为脉冲反馈装置。

［1］ 广州铁道车辆厂.广州地铁三号线移动式架车机使用和维护说明书［G］.广州：广州铁道车辆厂，2006.

［2］ NEUERO公司.Operating And Maintenance Instructions For Underfloor Lifting System［G］.广州：广州市地下铁道总公司，2006.

［3］ 王国君.电气制图与读图手册［M］.北京：科学普及出版社，1995.

［4］ 闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.

Comparative Research on Pulse Feedback Devicein Car Lifting Jack

Deng Wenping

Combined with the presently used car lifting jack in Guangzhou metro，and through comparative research of the advantages and disadvantages of 2 diffetent pulse feedback devices，the lifting jack that adopts proximity switch—pulse generating wheel mode for synchronous controlis recommended，which has a stable structure and is easy for maintenance，therefore should be taken as a reference for the selection of the feedback device in car lifting jack for rail transit in China.

car lifting jack；pulse feedback；proximity switch；encoder

U 279.3+2

2012-12-06）