车钩高度自动检测装置的设计

韩铭君 刘杭周 张文 李纯

摘 要：车钩是列车中用于实现车辆连挂的重要部件，在运行过程中传递牵引力和制动力，文章基于红外线的高精准性和非接触性，设计了一种车钩高度自动检测装置，以此代替现阶段的人工检测，提高车钩高度在检测时的精确性。

关键词：红外探测；车钩高度；自动检测

中图分类号：U270 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0094-02

Abstract： The hook is an important part of the train to realize the connecting and hanging of the vehicle， which transmits traction and braking force in the course of operation. In this paper， based on the high precision and non-contact of infrared ray， an automatic detection device for the height of the hook is designed， in order to replace the current manual detection and improve the accuracy of the hook height in the detection.

Keywords： infrared detection； hook height； automatic detection

1 概述

我国铁路相关技术规程对车钩高度有着明确的规定，货车车钩高度一般保持在880±10mm，客车车钩高度一般880mm。车辆运行过程中，不可避免地存在磨耗与损伤，例如车体底架梁的弯曲、钩身的弯曲与磨耗、钩头的磨耗等，导致车钩高度下降，若车钩高度不符合要求，极易造成运行中的车辆脱钩，因此车钩中心高度调整成为了检修工作中必不可少的内容。当下我国的铁道车辆部门多数利用的自制车钩高度标尺来进行人工检测，很少涉及车钩高度的自动化检测。

2 车钩高度自动检测装置机械结构设计

车钩高度自动检测装置需要检测车钩中心线，因此在车钩中心线处（图1中所示）横向贴以亮片，用于高度目标检测。

检测装置基于红外线探测技术设计，红外探测技术应用于距离检测已经十分成熟，其具有原理简单、测量准确等特点。通过红外探测器检测目标高度，并通过数码管显示，从而达到自动检测的目的，由于各车钩高度不同，故将检测装置设计成可上下移动的结构，结构图如图2所示。

红外探测器安装于传动带上，传动带可根据电机正反转调整红外探测器的位置。根据铁道车辆车钩的尺寸，以及防止红外传感器误报数据，将红外传感器的安装最低点设为810mm（距轨面高度），工作时，红外传感器会随着传送带从最低点向上移动。

3 车钩高度自动检测装置电路设计

自动检测装置的电路原理如图3所示：

3.1 红外探测电路

应选用测量精度高，勘测能力强，具有定向目标测量不受其他因素影响的红外线探测仪，且此传感器检测目标与颜色无关，可用于可靠检测闪亮的表面。红外探测电路可检测车钩钩舌中心处横向贴的亮片，用于检测目标高度。

（1）发射端：电源控制信号启动LED脉冲驱动电路，驱动LED发射二极管发出红外信号，调制电路模块用于将噪音信号分离，反馈到信号处理模块，以提高检测灵敏度。

（2）接收端：光敏二极管用于接收反射信号，前置放大电路可以将光敏二极管接收到的反射信号放大，送入信号处理模块，以提高测量准确度。

（3）信号处理：当未检测闪亮表面时，由于光敏二极管接收不到信号，信号处理电路输出低电平信号给单片机；当光敏二极管接收到反射信号，信号输出高电平信号给单片机。

3.2 电机

电机选用两相四线步进电机，其电路不需要反馈，控制简单，电机与微机的连接、速度控制（启动、停止和反转）及驱动电路的设计比较简单；没有角累积误差。

3.3 单片机

单片机用于信号控制与处理，可选用常用单片机类型，单片机接收红外探测电路的低电平信号，通过驱动模块驱动电机正转，当单片机接收高电平信号，通过驱动模块停止电机转动，单片机内设计时器程序，当高电平持续5S后电机反转。

3.4 驱动电路

驱动电路用于驱动步进电机，可选用集成的电机驱动模块，例如L298N。

3.5 数码管

数码管可以采用动态驱动或者静态驱动方式，由4个数码管组成，与单片机相连，显示范围为0-999.9，即读取结果精确到小数点后1位。

数码管显示的是此时红外探测器的高度，单片机读取步进电机的脉冲数，通过公式1计算。

4 应用与结论

经过仿真验证，该装置有如下工作特点：

（1）接通电源，测量开始，红外探测电路发光二极管发出红外信号，未检测闪亮表面时，光敏二极管接收不到信号，信号输出低电平信号给单片机。

（2）单片机接收低电平信号，通过驱动电路控制步进电机正转，电动机轴带动传动带向上运动，即红外探测器跟随传动带向上移动。

（3）当红外传感器检测到闪亮表面，光敏二极管接收反射信号，红外探测电路输出高电平信号给单片机。

（4）单片机接收高电平信号，通过驱动电路控制步进电机停止，即红外探测器跟随传动带停止。

（5）红外传感器此时的位置即为车钩中心高度，单片机记录步进电机脉冲数，计算得出此时车钩高度，通过控制4个数码显示管显示。

（6）计时器计时，单片机接收高电平信号持续5S后，通过驱动电路控制电机反转，使红外传感器回到初始最低点。

该自动检测装置替代了人工检测，使用方便，测量精度高，可减轻工作人员的工作强度，是车辆检修制度现代化智能化的典型体现。

参考文献：

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