動(dòng)車軸端速度傳感器故障診斷方法研究

瞿盧

[摘? ? 要] 動(dòng)車已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技快速發(fā)展的重要標(biāo)志。以快速便捷著稱，便利了人們的生活生產(chǎn)，同時(shí)也加快了我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的速度。其中，在動(dòng)車相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，動(dòng)車軸端的速度傳感器故障的發(fā)生成為動(dòng)車發(fā)展的一大阻礙。文章分析動(dòng)車軸端的速度傳感器的工作原理，動(dòng)車控制的所用邏輯和動(dòng)車軸端的速度傳感器發(fā)生故障后可能對(duì)列車造成的影響，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)完善原有的檢修方案，探討得出一套行之有效的檢修方案。

[關(guān)鍵詞]動(dòng)車;軸端的速度傳感器;故障檢修方案;檢修作業(yè);工作原理

[中圖分類號(hào)]TP391.41 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）05–0–02

Research on Fault Diagnosis Method of Speed Sensor at Axle End of Motor Car

Qu Lu

[Abstract]High-speed trains have become an important symbol of the rapid development of my country's economy and technology. And it is known for being fast and convenient， which not only facilitates people's life and production， but also accelerates the speed of my country's economic construction. Among them， with the rapid development of the EMU-related industries， the occurrence of the speed sensor failure at the axle end of the EMU has become a major obstacle to the development of the EMU. Analyze the working principle of the speed sensor at the axle end of the EMU， the logic used in the control of the EMU and the possible impact on the train after the failure of the speed sensor at the axle end of the EMU， and on this basis， improve and perfect the original maintenance plan， and explore a set of behaviors. Its effective maintenance program.

[Keywords]EMU; speed sensor at the shaft end; troubleshooting plan; maintenance work; working principle

動(dòng)車作為現(xiàn)代化城市的主要交通方式，具有運(yùn)行平穩(wěn)、加速能力強(qiáng)、換向方便以及爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)的動(dòng)車從進(jìn)口列車到智能化國(guó)產(chǎn)列車，從落后到世界前沿，中國(guó)動(dòng)車在動(dòng)車科技化、國(guó)產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的道路上穩(wěn)步前進(jìn)。動(dòng)車的穩(wěn)步發(fā)展離不開列車檢修對(duì)列車正常安全運(yùn)行的保證，而其中極為重要的一環(huán)就是在動(dòng)車軸端的速度傳感器方面的故障檢修。針對(duì)動(dòng)車軸端的速度傳感器故障對(duì)原有檢修方法進(jìn)行改進(jìn)完善成為重中之重，成為保證動(dòng)車安全可靠運(yùn)行的必要舉措。

1 動(dòng)車軸端的速度傳感器的相關(guān)工作邏輯原理及故障成因

1.1 動(dòng)車軸端的速度傳感器的作用

列車軸端的速度傳感器對(duì)列車的準(zhǔn)時(shí)到達(dá)，控制列車的運(yùn)行速度起著至關(guān)重要的作用。其作用的發(fā)揮主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

（1）在牽引控制單元中對(duì)提供的每個(gè)輪對(duì)的輪徑值進(jìn)行計(jì)算，然后在速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中運(yùn)用相應(yīng)的邏輯運(yùn)算將輪徑值進(jìn)行對(duì)比。如果該列車的輪徑值中的最高值和最低值之間的差值超過(guò)了設(shè)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值，那么列車的牽引系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提醒或警示。具體來(lái)講，就是輪徑的最高值和最低值之間的差值如果超過(guò)了6.7 mm，列車的牽引系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行相關(guān)提醒，這屬于中度故障，并不影響列車的正常運(yùn)行。而如果該列車的輪徑值中最高值和最低值的差值超過(guò)了8.4 mm，這表明牽引系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重故障，從而會(huì)導(dǎo)致該列車的牽引系統(tǒng)被去除保護(hù)，最終導(dǎo)致該列車驅(qū)動(dòng)力的喪失。

（2）檢測(cè)軸的速度頻率信號(hào)。速度傳感器可以將測(cè)得的軸的速度頻率信號(hào)傳輸給車輛的制動(dòng)系統(tǒng)，期間也會(huì)經(jīng)過(guò)車輛的MVB通訊網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，列車的制動(dòng)控制單元以及列車的牽引系統(tǒng)之間也會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。最終將采集得到的速度頻率信號(hào)發(fā)送到牽引系統(tǒng)的控制單元。最后，該列車的牽引系統(tǒng)的控制單元就可以依據(jù)速度頻率信號(hào)計(jì)算出四個(gè)輪對(duì)的輪徑值。

1.2 動(dòng)車軸端的速度傳感器的工作原理

（1）在列車發(fā)展初期用來(lái)測(cè)速的傳感器所運(yùn)用的是模擬傳感器，其性能不太穩(wěn)定，再加上應(yīng)用的環(huán)境也比較的惡劣，這都導(dǎo)致了車輛故障的發(fā)生。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，動(dòng)車中速度傳感器的技術(shù)日益完善。目前來(lái)看，已經(jīng)可以根據(jù)客戶的特殊需求專門定做所需要的速度傳感器。列車軸端的速度傳感器在一般情況下由兩個(gè)霍爾傳感器，永磁體以及信號(hào)的處理電路組成。①速度傳感器在掃描旋轉(zhuǎn)的齒輪時(shí)，永磁體的磁場(chǎng)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。被霍爾傳感器記錄下來(lái)，最后轉(zhuǎn)換成方波進(jìn)行電路比較，從而達(dá)到了將驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行放大的效果。②每個(gè)傳感器裝置可以輸出兩路的方波信號(hào)，與此同時(shí)，這兩路方波信號(hào)會(huì)按照90%換相來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。并且速度傳感器的運(yùn)行過(guò)程充分應(yīng)用了磁場(chǎng)的調(diào)制原理，但是適用范圍也有一定的限制。就是只適用于3.5模數(shù)的鐵磁體測(cè)量輪。③根據(jù)測(cè)量輪的直徑和齒輪可以大致地推算出列車速度傳感器的分辨率在60到300個(gè)脈沖之間，保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需要。④標(biāo)準(zhǔn)的SKF傳感器軸承會(huì)以每轉(zhuǎn)64個(gè)脈沖的速度發(fā)出兩路方波信號(hào)。并且如果使用的是標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口以進(jìn)行兩路方波信號(hào)的上升沿和下降沿的時(shí)間計(jì)數(shù)，將會(huì)在每一轉(zhuǎn)中獲得256個(gè)計(jì)數(shù)。

（2）深圳地鐵一號(hào)線的軸端的速度傳感器是出自SKF公司的傳感器軸承裝置。標(biāo)準(zhǔn)的SKF傳感器軸承就是采用了兩個(gè)霍爾傳感器，所用的電壓在5 ～24 V之間。并且傳感器的信號(hào)是通過(guò)集電極輸出，通過(guò)在輸出信號(hào)與電源之間加入載荷電阻的方式對(duì)輸出電流的大小進(jìn)行控制。這種傳感器將成熟的機(jī)械技術(shù)和先進(jìn)的傳感技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固緊湊的效果。該傳感器的軸承裝置主要包含的裝置有：標(biāo)準(zhǔn)的深溝球軸承，軸承的外圈內(nèi)表面上由一個(gè)開口環(huán)凹槽和一個(gè)密封件，磁化的脈沖環(huán)，連接電纜以及傳感器本體。

（3）由于速度傳感器中的霍爾傳感器性能極易受到外界溫度的影響，從而導(dǎo)致了傳感器和齒輪之間的安裝氣隙的最大允許值的降低以及速度傳感器的靈敏度和信號(hào)的降低。

1.3 動(dòng)車的速度的控制邏輯

動(dòng)車的速度信號(hào)由兩個(gè)部分組成：制動(dòng)控制系統(tǒng)的速度信號(hào)以及牽引控制系統(tǒng)的速度信號(hào)。而在動(dòng)車不同的運(yùn)行期間，列車采取不同的速度信號(hào)作為依據(jù)。例如：在動(dòng)車的監(jiān)控期間，列車就會(huì)采用這些速度信號(hào)中最慢的那個(gè)信號(hào);而在動(dòng)車的制動(dòng)或打滑的情況下，動(dòng)車就會(huì)采用這些速度信號(hào)中最快的那個(gè)信號(hào)。實(shí)際上，列車并沒(méi)有直接監(jiān)控自身的速度值，而是通過(guò)間接的方式達(dá)到目的。即通過(guò)動(dòng)車的制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)軸端的速度傳感器測(cè)得的速度值進(jìn)行監(jiān)控，再經(jīng)由動(dòng)車的制動(dòng)系統(tǒng)將監(jiān)控值發(fā)送給列車的控制系統(tǒng)。

1.4 動(dòng)車軸端的速度傳感器故障產(chǎn)生的原因

（1）由于列車速度的控制邏輯的限制，動(dòng)車的控制系統(tǒng)無(wú)法直接對(duì)列車軸端的速度傳感器進(jìn)行監(jiān)控。所以當(dāng)列車軸端的速度傳感器發(fā)生故障后，列車的控制系統(tǒng)也就無(wú)法對(duì)列車軸端的速度傳感器發(fā)生的故障進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄，那么對(duì)列車軸端的速度傳感器的故障也無(wú)法進(jìn)行及時(shí)有效的處理，很容易導(dǎo)致列車集中發(fā)生空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象。在緊急制動(dòng)檢查后，才能夠?qū)α熊囕S端的速度傳感器的故障進(jìn)行確認(rèn)和檢修。這便嚴(yán)重影響了列車的安全運(yùn)行。因此，在列車的檢修作業(yè)中必須對(duì)列車軸端的速度傳感器進(jìn)行精確可靠的檢查，對(duì)故障情況進(jìn)行確認(rèn)，以保證故障被及時(shí)的解決，故障件可以在檢修過(guò)程當(dāng)中就被更換或修理，保證列車運(yùn)行的安全性和可靠性。

（2）以深圳地鐵一號(hào)線為例，其中一期工程列車就曾多次發(fā)生空轉(zhuǎn)滑行、緊急制動(dòng)的故障。2007年11月到12月，122號(hào)列車多次發(fā)生空轉(zhuǎn)滑動(dòng)，并進(jìn)行了ATO緊急制動(dòng)。最終經(jīng)過(guò)相關(guān)研究證明，故障是由列車軸端的速度傳感器故障引發(fā)的。

2 動(dòng)車軸端的速度傳感器的檢修方法探討

2.1 動(dòng)車軸端的速度傳感器的原有檢修方法

由于列車軸端的速度傳感器自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，無(wú)法通過(guò)目測(cè)或進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量的方法對(duì)軸端的速度傳感器可能存在的故障進(jìn)行辨別。因此，在原有的檢修方法中，并沒(méi)有關(guān)于列車軸端的速度傳感器的檢修方法的相關(guān)內(nèi)容，僅會(huì)在五年一次的檢修時(shí)才會(huì)將列車軸端的速度傳感器拆卸下，在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行相關(guān)功能的檢測(cè)。這也就導(dǎo)致在五年內(nèi)列車軸端的速度傳感器如果發(fā)生故障是無(wú)法被監(jiān)測(cè)到的。只能在因列車軸端的速度傳感器發(fā)生故障而引起的列車空轉(zhuǎn)滑行，緊急制動(dòng)發(fā)生后，才會(huì)對(duì)軸端的速度傳感器進(jìn)行檢測(cè)維修。顯而易見(jiàn)的是這種檢修方法無(wú)法對(duì)列車軸端的速度傳感器故障發(fā)生起到良好的預(yù)防效果，也無(wú)法降低故障發(fā)生的頻率。

2.2 列車軸端的速度傳感器的檢修方法的相關(guān)探討

雖然列車控制系統(tǒng)無(wú)法直接監(jiān)控列車軸端的速度傳感器的運(yùn)行情況，但是可以通過(guò)列車的制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)列車軸端的速度傳感器進(jìn)行監(jiān)控，使列車的制動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件來(lái)連接列車的制動(dòng)系統(tǒng)，從而可以監(jiān)控到列車軸端的速度傳感器的運(yùn)行狀態(tài)。

那么，通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)速度傳感器進(jìn)行監(jiān)控，即通過(guò)連接列車的制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，對(duì)速度傳感器的靜態(tài)電壓值進(jìn)行觀察便能夠快速方便地對(duì)列車軸端的速度傳感器的故障情況進(jìn)行判斷。因?yàn)榻?jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)列車處于靜止的狀態(tài)下，

軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓應(yīng)為5 V或10 V，如果不是，則證明列車軸端的速度傳感器很大可能發(fā)生了故障。當(dāng)列車處于運(yùn)行的狀態(tài)下，仍然可以通過(guò)列車的制動(dòng)軟件對(duì)列車軸端的速度傳感器所反饋的速度值進(jìn)行監(jiān)控。這樣便可以將列車各個(gè)軸端的速度傳感器所反饋的速度值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行一致性的檢驗(yàn)，從而更進(jìn)一步地對(duì)列車軸端的速度傳感器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證。這個(gè)結(jié)論的得出很快被應(yīng)用到了實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程。例如，從2012年開始，深圳地鐵一號(hào)線一期工程列車便增加了監(jiān)控列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值以及監(jiān)控列車軸端的速度傳感器所反饋的速度值兩項(xiàng)內(nèi)容，極大地提高了檢修作業(yè)的有效性和及時(shí)性，大大降低了列車由于軸端的速度傳感器發(fā)生故障而導(dǎo)致列車空轉(zhuǎn)滑行的發(fā)生率。

2.3 列車軸端的速度傳感器的檢修效果分析

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)改進(jìn)及完善后的檢修方案施行后，因列車軸端的速度傳感器發(fā)生故障引起的列車故障的發(fā)生率大大降低。在動(dòng)車中的地鐵改進(jìn)方面就取得了良好的效果。2012年，在對(duì)地鋪列車的檢修過(guò)程中檢測(cè)到了4起因列車軸端的速度傳感器靜態(tài)電壓值與標(biāo)準(zhǔn)的速度傳感器的靜態(tài)電壓值不符的故障。2013年上半年，在對(duì)列車軸端的速度傳感器的檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了5起列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值與標(biāo)準(zhǔn)的列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值不符的故障情況。值得高興的是，自2012年增加了監(jiān)控列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值以及監(jiān)控列車軸端的速度傳感器的反饋速度值這兩項(xiàng)監(jiān)控內(nèi)容后，一期工程列車再也沒(méi)有頻繁發(fā)生由列車軸端的速度傳感器故障引起的列車空轉(zhuǎn)滑行，緊急制動(dòng)的故障。由此可見(jiàn)，檢修作業(yè)的新方案的改進(jìn)和完善對(duì)列車軸端的速度傳感器故障而導(dǎo)致的列車運(yùn)行故障的發(fā)生率降低起到了良好的效應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，而動(dòng)車在現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸當(dāng)中扮演了非常重要的角色。列車軸端的速度傳感器的故障檢修一直是影響動(dòng)車快速發(fā)展的一個(gè)重要因素。需要對(duì)原有的檢修方法進(jìn)行改進(jìn)完善。經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，增加對(duì)列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值的監(jiān)控以及列車軸端的速度傳感器所反饋的速度值的監(jiān)控這兩項(xiàng)內(nèi)容可以有效預(yù)防由速度傳感器故障引起的列車空轉(zhuǎn)滑行以及緊急制動(dòng)故障的發(fā)生，極大地提高了列車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，這兩項(xiàng)監(jiān)控內(nèi)容很容易測(cè)得，可以應(yīng)用到日常的檢修過(guò)程中，提高了列車的運(yùn)營(yíng)能力。其應(yīng)用效果也在實(shí)踐中得到了良好的印證。

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