CRH380BL型動車組齒輪箱溫度傳感器結構的改進

陳 玉 上海鐵路局上海動車客車段

1 問題的提出

自2011年起，CRH380BL型動車組擔當京滬高鐵和滬杭高鐵運營任務期間，多次發生因弗蘭德齒輪箱溫度傳感器誤報超溫導致停車的故障（具體情況詳見表1）。CRH380BL型動車組出現此故障后需切除相應牽引單元，動車組將限速運行，對鐵路運營秩序造成了較大的影響，因此，研究齒輪箱溫度監控原理及傳感器的結構和工作原理，對造成誤報的原因進行分析，找出合理的改進方案，從而減少溫度傳感器誤報的故障就顯得非常重要。

表1 齒輪箱溫度傳感器誤報故障統計表

2 齒輪箱溫度監控的工作原理

CRH380BL為8動8拖編組、動力分散型動車組，即每個動車有4個輪對，每個輪對上均裝有牽引電機與齒輪箱組成。牽引時由牽引電機通過聯軸節帶動齒輪箱小齒輪轉動，小齒輪帶動大齒輪轉動。大齒輪是通過溢配合安裝在輪軸上，當大齒輪旋轉時帶動輪對轉動，從而牽引動車組走行。齒輪箱作為影響動車組走行安全的重要部件，需要隨時對其溫度進行監控，因此在齒輪箱大小齒輪旁均安裝了溫度傳感器，用來隨時監控齒輪箱大小齒輪的溫度變化。

CRH380BL型動車組弗蘭德齒輪箱安裝有四個溫度傳感器探頭，兩個為一組，一組負責齒輪箱大齒輪軸承兩端溫度，另一組負責監控齒輪箱小齒輪軸承兩端溫度（如圖1）。溫度傳感器將齒輪箱大小齒輪軸承溫度信息傳輸到車上CapactPT100監測模塊，通過CapactPT100監測模塊將溫度信息傳輸到中央控制單元。

圖1 CRH380BL齒輪箱溫度傳感器示意圖

列車中央控制單元將對檢測到的溫度進行對比，根據溫度報警判定標準，向司機報出相應級別的報警信息。具體報警標準如表2。

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3 齒輪箱溫度傳感器結構與工作原理

CRH380BL型動車組溫度傳感器采用的是分度號為PT100的鉑電阻溫度傳感器，利用金屬阻值隨溫度變化而線性變化的性質，通過測量金屬當前的阻值，來獲取環境溫度，PT100鉑電阻溫度傳感器阻值隨溫度線性變化圖如圖2，當溫度為0℃時阻值為100 Ω，100℃時阻值為138.51 Ω，電阻變化率為0.3851 Ω/℃。

對弗蘭德齒輪箱溫度傳感器內部結構進行分析，每組中兩個PT100傳感器負責實時監控溫度信息，兩個雙金屬材料開關，負責溫度報警，每個雙金屬材料開關和一個PT100串聯，構成一個監控回路（如圖3）。若軸承中的一個PT100傳感器監控到溫度超出極限，則相應的雙金屬材料開關將會斷開，同時來自該測量電路的溫度信號中斷，并觸發相應警示信息。

圖2 PT100鉑電阻溫度傳感器阻值隨溫度線性變化圖

圖3 CRH380BL齒輪箱溫度傳感器內部結構原理

當PT100測量溫度沒有達到報警值時，雙金屬開關處于閉合狀態，與之并聯的線路附件（18 Ω電阻）被短路，連接到COMPACT100監測模塊電阻為PT100可變電阻自身的阻值。

當PT100測量溫度達到報警值時，雙金屬開關斷開，與之并聯的線路附件（18 Ω電阻）與PT100可變電阻串聯，連接到COMPACT100監測模塊電阻為PT100可變電阻自身的阻值與線路附件電阻阻值（18 Ω）之和。

4 齒輪箱溫度誤報的原因分析及改進方案

4.1 齒輪箱溫度誤報原因分析

動車組齒輪箱溫度報警后，隨車機械師對報警齒輪箱進行點溫，實際溫度均處于正常水平，可判斷是齒輪箱溫度監控系統出現誤報故障。

通過對故障動車組監測數據統計與計算，得到動車組齒輪箱溫度報警時傳感器檢測到的溫度信息（如表3）。具體計算公式為：折算后的電阻的差值電阻＝（報警齒輪箱溫度－其他齒輪箱平均溫度）×電阻變化率。通過對故障車組溫度信息的分析，發現報警齒輪箱溫度與其他齒輪箱平均溫度的差值折算成電阻的差值阻值后，差值電阻均接近線路附件電阻阻值（18 Ω）。

表3 報警齒輪箱的溫度信息

通過進一步分析與測試，發現帶雙金屬開關的溫度傳感器在動車組運動運行過程中，由于動車組的震動，導致雙金屬開關容易出現間歇性斷開的現象。當雙金屬開關斷開后，溫度傳感器回路被串進18 Ω的線路附件電阻阻值，使得報警齒輪箱溫度超過120℃或140℃，根據報警判定標準，報出齒輪軸承過熱限制1（代碼2685）或齒輪軸承過熱限制2（代碼2684），且動車組出現齒輪箱溫度報警后不會自動消除，直至人工復位，從而導致動車組持續報警。

4.2 改進方案

根據上述弗蘭德齒輪箱溫度誤報的原因分析，可判定帶雙金屬開關的溫度傳感器設計尚不成熟，無法滿足動車組實際運行環境的要求。根據現動車組的設計結構，可有兩種改進方案：第一種是在列車中央控制系統中升級軟件，過濾雙金屬開關誤動作導致的溫度跳變，即屏蔽短時間的開關動作，但是此方案只適合短期實施，不是解決此故障的根本辦法，同時也給動車組運行安全帶來一定的隱患；第二種是采用不帶雙金屬開關的溫度傳感器，內部結構只有PT100可變電阻（如圖4），此類型的傳感器在其他型號動車組上可靠使用，得到了長期的驗證，能夠滿足動車組的運行環境。

圖4 改進后的溫度傳感器內部結構

5 結束語

通過對CRH380BL型動車組弗蘭德齒輪箱溫度監控原理，溫度傳感器結構和工作原理的分析，結合故障動車組的監控數據和測試結果，得出由于傳感器內部雙金屬開關設計不成熟，導致運用中由于振動異常斷開造成齒輪箱軸承誤報溫度超過限制2（代碼2685）的結論，提出了采用無雙金屬開關溫度傳感器的改進方案，目前在部分CRH380BL型動車組上進行試裝，運用情況良好，后續還將繼續對此方案進行完善，確保批量改進后的可靠性。