動車組軸溫檢測系統(tǒng)淺談

徐洋 張照杰 孟慶迪

摘要：軸溫監(jiān)測法操作簡單、反應迅速，運用效果良好，已成為保障列車運行安全的重要手段。本文主要以我國某型動車組為基準，討論了動車組軸溫監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及工作原理，闡述了溫度傳感器的工作原理及其優(yōu)缺點，以期對相關從業(yè)人員有所幫助，進而保障動車組列車的安全可靠的運行。

關鍵詞：軸溫檢測系統(tǒng);軸溫傳感器;原理

1.引言

近年來，電氣技術在我國軌道交通業(yè)得以應用和發(fā)展，電氣化的應用也極大的促進了我國軌道交通事業(yè)的發(fā)展，軌道交通設備也進入了快速增長階段。高速動車組技術進入我國的時間不長，很多核心技術還在不斷的吸收與發(fā)展，但中國高鐵早已名揚海外，是我國現(xiàn)代化建設進程中十分重要的里程碑。軸承是連接輪對的核心部件，其工作狀態(tài)直接影響列車運行安全。軸承運轉過程中，缺油、少油、損傷、摩擦、摻雜等因素都會引起軸承溫度異常上升，如未及時發(fā)現(xiàn)、處理可能導致“燃軸”等嚴重事故。此外，因運行環(huán)境、載重等因素的影響，軸承壽命離散度較大。因此，實時監(jiān)測軸溫變化對于判斷軸承運行狀況，采取針對性的防護、處理措施，保障列車運行安全，具有重要意義。

2.系統(tǒng)介紹

動車組軸溫報警系統(tǒng)主要功能是通過溫度傳感器采集列車軸箱、齒輪箱以及牽引電機的溫度信息，由車上溫度檢測單元將采集到的溫度信息進行處理，并將溫度信息及報警信息發(fā)送給車輛網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，車輛網(wǎng)絡控制系統(tǒng)將實時軸溫數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿緳C室顯示模塊，列車司機員能及時了解列車動力系統(tǒng)溫度情況，并能及時作出正確的操作指示。軸溫檢測系統(tǒng)主要包括軸溫檢測主機、傳感器、電纜及連接器、配套PTU軟件等。

3.系統(tǒng)工作原理

動車組軸溫實時檢測系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度檢測單元組成。溫度檢測單元通過檢測傳感器傳送來的電阻阻值，經(jīng)內(nèi)部程序運算后得到被測設備的溫度，通過電流環(huán)通信端口把溫度值發(fā)送到車輛網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，用于車輛網(wǎng)絡控制系統(tǒng)監(jiān)控屏顯示。溫度檢測單元將內(nèi)部程序運算后得到的被測設備溫度與被測設備預設的溫度報警值進行比對，超過報警值時將溫度報警狀態(tài)通過電流環(huán)通訊端口輸出給車輛網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，用于溫度報警顯示。

3.1單片機在溫度檢測單元中的應用

溫度檢測單元中由單片機作為核心控制器件，分析溫度傳感器采集的列車軸箱、齒輪箱以及牽引電機的溫度信息，將采集的溫度信息處理。相對于普通的微型計算機來說，單片機作為核心控制器件，主要是因為其具有以下的點：成本低而且使用方便，由于體積小能夠非常靈活的運用到其他的控制模單元中。由于單片機能夠處理簡單的數(shù)學算法，因此在其硬件構造上相對比較簡單生產(chǎn)制造的工藝要求也比較低。單片機結構簡單，體積小，方便生產(chǎn)過程中的批量生產(chǎn)，大大縮減了制造成本。容易掌控。單片機使控制流程更加精簡，由于在芯片內(nèi)部構成上采用了很多常用的控制電路模塊，在實際運用中，能夠調(diào)用定時器、位處理器、特殊功能寄存器等功能模塊，使控制的控制過程更簡單。性能強，可靠性高，能在各種惡劣的環(huán)境中工作，能在零下50度到85度溫度范圍內(nèi)工作。因為在設計的時候考慮到了在列車車下的信息采集過程，以及列車車廂體的振動，還有各種信息的干擾，因此在系統(tǒng)的設計中使用性能優(yōu)異的單片機來控制程序。使用范圍廣，節(jié)能省電。單片機的功耗非常小，能夠很方便的找到供電條件，即使在列車無電作業(yè)的狀態(tài)下，能夠通過接入外接電源給單片機供電，大大方便了使用過程。

單片機系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，單片機系統(tǒng)使設計方案更加簡單，設計方法更加靈巧。過去通常采用硬件電路實現(xiàn)的控制電路系統(tǒng)，現(xiàn)在可以通過單片機用軟件編程的方法來取代很多功能性的硬件電路系統(tǒng)，簡化了電路的硬件設計，使系統(tǒng)的生產(chǎn)成本更低。

4.溫度傳感器介紹

溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量類儀器的核心組成部分，其類型與數(shù)量非常多。按測量方式主要可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

由于動車組軸箱與齒輪箱均位于列車車下，車輪與鐵軌之間摩擦與震動。傳感器在車下使用環(huán)境惡劣，對于產(chǎn)品性能的要求非常強，列車上采集分析溫度數(shù)據(jù)精度比較高，軸溫傳感器通常采用熱敏電阻傳感器，結構設計為分體式，能夠很好的利用熱電阻式傳感器的優(yōu)點，同時規(guī)避其缺點。

熱電阻式傳感器優(yōu)點：在所有常用溫度計中，熱阻式傳感器準確度最高。輸出信號強，靈敏度高，適合精確度要求較高的條件。測溫范圍廣，穩(wěn)定性好。無需參考點。溫度值可由測得的電阻值直接求出。輸出線性好。只用簡單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。

熱電阻式傳感器缺點：采用細金屬絲的熱電阻元件抗機械沖擊與振動性能差。元件結構復雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應時間長。不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。

5.結束語

隨著技術的進步和發(fā)展，高鐵及動車組列車已經(jīng)在軌道交通的舞臺上大放異彩。我國國家鐵路建設不斷的發(fā)展，高速鐵路覆蓋率逐年增高，動車組作為高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分，速度更快，對動車組列車及其零部件的質(zhì)量要求也更高。為保障我國高速動車組的安全穩(wěn)定運行、提升列車運營速度、提高列車長期服役性能，有必要對動車組軸溫檢測系統(tǒng)的結構、工作原理以及其傳感器展開系統(tǒng)的研究，從而使我國軌道交通車輛設計制造水平得到大幅度提高。

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