基于溫度監(jiān)測(cè)的動(dòng)車組電氣柜運(yùn)行狀態(tài)的研究

為了掌握某型動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)服役性能，對(duì)在線運(yùn)行的某型動(dòng)車組電氣柜接觸器附近的溫度進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤測(cè)試，獲得了15個(gè)測(cè)點(diǎn)位置處的運(yùn)行時(shí)的溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理分析，本文給出了運(yùn)行長(zhǎng)交路的動(dòng)車組電氣柜溫升特性，刻畫出了接觸器老化趨勢(shì)、壽命、故障率與溫度、溫升之間的關(guān)系，建立了該系列動(dòng)車組電氣柜溫度數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)能結(jié)合接觸器本身特性，預(yù)估接觸器壽命周期，為提前更換提供了依據(jù)。

此次試驗(yàn)選擇具有較高耐寒性的和諧號(hào)列車。電氣柜接觸器是高速列車上不可缺少的輔助器件，接觸器的可靠性直接影響列車的安全運(yùn)行[1]。而現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)接觸器的壽命試驗(yàn)做了很多研究，但應(yīng)用在高速列車上的接觸器的壽命預(yù)估研究仍處在剛剛起步的階段，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)車設(shè)備艙進(jìn)行溫度跟蹤，掌握了運(yùn)行長(zhǎng)交路的動(dòng)車組設(shè)備艙溫升特性，可以根據(jù)這一特性評(píng)估設(shè)備艙運(yùn)用安全性。

數(shù)據(jù)采集

傳感器的選型

采用便攜式溫度傳感器（即智能溫度貼片），對(duì)設(shè)備艙進(jìn)行溫度監(jiān)控。溫度傳感器的外形尺寸如圖1所示。

1）溫度量程：高精度-40至125℃。2）設(shè)置采樣頻率為3分鐘1次，智能溫度貼片可存儲(chǔ)15天數(shù)據(jù)。3）前期每次入庫(kù)讀取數(shù)據(jù)，穩(wěn)定后可以15天讀取一次。4）讀取一個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)需1分鐘時(shí)間。5）通過(guò)JLD-4968瞬間膠進(jìn)行固定。6）IP等級(jí)：IP65。

測(cè)點(diǎn)的選擇

5型車測(cè)點(diǎn)位置在車內(nèi)電氣柜處，取數(shù)據(jù)時(shí)需打開電氣柜門，測(cè)點(diǎn)布置如表1所示。

溫度傳感器數(shù)據(jù)采集說(shuō)明

智能溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集量為9 182，超出最大儲(chǔ)存量后會(huì)停止采集。根據(jù)單次檢測(cè)的時(shí)間設(shè)置采樣頻率，例如溫度檢測(cè)時(shí)間為24小時(shí)，則采樣頻率設(shè)置為10秒/次，溫度檢測(cè)時(shí)間為48小時(shí)，則采樣頻率設(shè)置為20秒/次，一次類推。我們所設(shè)定的采樣頻率為180秒/次，因此，15天取一次數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)是對(duì)該型動(dòng)車組電氣柜溫度的長(zhǎng)期跟蹤試驗(yàn)。跟蹤時(shí)間從2015年7月開始，一直到2016年3月結(jié)束。為了研究冬夏兩季環(huán)境溫度對(duì)電氣柜我們選取2015年7月、8月、9月、10月、11月、12月全程數(shù)據(jù)。采樣頻率均為180秒/次。

統(tǒng)計(jì)分析

在持續(xù)6個(gè)月的跟蹤實(shí)驗(yàn)中，得到以下結(jié)論：列車電氣柜中的接觸器溫度最大值整體變化趨于平穩(wěn)，沒(méi)有突變情況發(fā)生，與電氣柜內(nèi)環(huán)境溫度變化相近；特別地，蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、冷凝風(fēng)扇電機(jī)接觸器、空氣加熱器接觸器、司機(jī)室壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)接觸器的夏季溫度最大值高于冬季溫度最大值（如圖2所示）；司機(jī)室蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、廢排風(fēng)扇接觸器夏冬季節(jié)的溫度最大值相差不大（如圖3所示）；壓縮機(jī)接觸器冬季溫度最大值略高于夏季溫度最大值（如圖4所示）。

溫升分析

通過(guò)對(duì)這半年溫升最大值統(tǒng)計(jì)，得到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的每天的溫差趨勢(shì)，并和當(dāng)天的環(huán)境溫度作比較發(fā)現(xiàn)：蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、冷凝風(fēng)機(jī)接觸器、司機(jī)室壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)接觸器夏季的溫升明顯高于冬季的溫升，司機(jī)室蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、空氣加熱器接觸器、廢排風(fēng)扇電機(jī)接觸器整體變化趨勢(shì)平穩(wěn)，夏冬季節(jié)相差不大，壓縮機(jī)接觸器冬季的溫升明顯高于夏季的溫升（受壓縮機(jī)工作原理影響）。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最值分析得到：蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、冷凝風(fēng)扇電機(jī)接觸器、空氣加熱器接觸器、司機(jī)室壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)接觸器的夏季溫度最大值高于冬季溫度最大值，司機(jī)室蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、廢排風(fēng)扇接觸器夏冬季節(jié)的溫度最大值相差不大，壓縮機(jī)接觸器冬季溫度最大值略高于夏季溫度最大值。蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器溫度最大值低于45℃，冷凝風(fēng)扇電機(jī)接觸器溫度最大值低于42℃，壓縮機(jī)接觸器溫度最大值低于40℃，司機(jī)室蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器溫度最大值低于45℃，空氣加熱器接觸器溫度最大值低于55℃，廢排風(fēng)扇接觸器溫度最大值低于45℃，司機(jī)室壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)接觸器溫度最大值低于45℃。

蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、冷凝風(fēng)機(jī)接觸器、司機(jī)室壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)接觸器夏季的溫升明顯高于冬季的溫升，司機(jī)室蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)接觸器、空氣加熱器接觸器、廢排風(fēng)扇電機(jī)接觸器整體變化趨勢(shì)平穩(wěn)，夏冬季節(jié)相差不大，壓縮機(jī)接觸器冬季的溫升明顯高于夏季的溫升（受壓縮機(jī)工作原理影響）。

參考文獻(xiàn)

[1]王伯銘.高速動(dòng)車組總體及轉(zhuǎn)向架[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

[2]何平.數(shù)理統(tǒng)計(jì)與多元統(tǒng)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2004.

[3]高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.

[4]程佩.數(shù)字信號(hào)處理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[5]胡廣書.現(xiàn)代信號(hào)處理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[6]CHU He Qun，WU Guang Min，CHEN Jian Ming，F(xiàn)EI Fei，MAI John D，LI Wen J. Design and simulation of self-powered radio frequencyidentification （RFID）tags for mobile temperature monitoring[J].SCIENCE CHINATechnological Sciences.2013.

[7]李慶揚(yáng)，王能超，易大義.數(shù)值分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[8]Xiaoshan Lu，Yunfeng Li，Mengling Wu，Jianyong Zuo，Wei Hu.Rail temperature rise characteristics caused by linear eddy current brake of high-speed train[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering.2014，1（6）：448-456.

（作者簡(jiǎn)介：鞏延慶，工程師，中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄜ囕v檢測(cè)與試驗(yàn)研究。）endprint