動車軸端速度傳感器故障診斷方法研究

瞿盧

[摘? ? 要] 動車已經(jīng)成為我國經(jīng)濟和科技快速發(fā)展的重要標志。以快速便捷著稱，便利了人們的生活生產(chǎn)，同時也加快了我國經(jīng)濟建設的速度。其中，在動車相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，動車軸端的速度傳感器故障的發(fā)生成為動車發(fā)展的一大阻礙。文章分析動車軸端的速度傳感器的工作原理，動車控制的所用邏輯和動車軸端的速度傳感器發(fā)生故障后可能對列車造成的影響，并在此基礎(chǔ)上改進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]TP391.41 [文獻標志碼]A [文章編號]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

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

1 動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 動車軸端的速度傳感器的作用

列車軸端的速度傳感器對列車的準時到達，控制列車的運行速度起著至關(guān)重要的作用。其作用的發(fā)揮主要表現(xiàn)在兩個方面。

（1）在牽引控制單元中對提供的每個輪對的輪徑值進行計算，然后在速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中運用相應的邏輯運算將輪徑值進行對比。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了設定的有關(guān)標準值，那么列車的牽引系統(tǒng)便會發(fā)出相應的提醒或警示。具體來講，就是輪徑的最高值和最低值之間的差值如果超過了6.7 mm，列車的牽引系統(tǒng)會進行相關(guān)提醒，這屬于中度故障，并不影響列車的正常運行。而如果該列車的輪徑值中最高值和最低值的差值超過了8.4 mm，這表明牽引系統(tǒng)發(fā)生了嚴重故障，從而會導致該列車的牽引系統(tǒng)被去除保護，最終導致該列車驅(qū)動力的喪失。

（2）檢測軸的速度頻率信號。速度傳感器可以將測得的軸的速度頻率信號傳輸給車輛的制動系統(tǒng)，期間也會經(jīng)過車輛的MVB通訊網(wǎng)絡。與此同時，列車的制動控制單元以及列車的牽引系統(tǒng)之間也會進行數(shù)據(jù)的傳輸。最終將采集得到的速度頻率信號發(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)速度頻率信號計算出四個輪對的輪徑值。

1.2 動車軸端的速度傳感器的工作原理

（1）在列車發(fā)展初期用來測速的傳感器所運用的是模擬傳感器，其性能不太穩(wěn)定，再加上應用的環(huán)境也比較的惡劣，這都導致了車輛故障的發(fā)生。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，動車中速度傳感器的技術(shù)日益完善。目前來看，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霍爾傳感器，永磁體以及信號的處理電路組成。①速度傳感器在掃描旋轉(zhuǎn)的齒輪時，永磁體的磁場就會發(fā)生相應的改變。被霍爾傳感器記錄下來，最后轉(zhuǎn)換成方波進行電路比較，從而達到了將驅(qū)動環(huán)節(jié)進行放大的效果。②每個傳感器裝置可以輸出兩路的方波信號，與此同時，這兩路方波信號會按照90%換相來測量轉(zhuǎn)動的方向。并且速度傳感器的運行過程充分應用了磁場的調(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)的鐵磁體測量輪。③根據(jù)測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個脈沖之間，保證電動機的運行需要。④標準的SKF傳感器軸承會以每轉(zhuǎn)64個脈沖的速度發(fā)出兩路方波信號。并且如果使用的是標準的電氣接口以進行兩路方波信號的上升沿和下降沿的時間計數(shù)，將會在每一轉(zhuǎn)中獲得256個計數(shù)。

（2）深圳地鐵一號線的軸端的速度傳感器是出自SKF公司的傳感器軸承裝置。標準的SKF傳感器軸承就是采用了兩個霍爾傳感器，所用的電壓在5 ～24 V之間。并且傳感器的信號是通過集電極輸出，通過在輸出信號與電源之間加入載荷電阻的方式對輸出電流的大小進行控制。這種傳感器將成熟的機械技術(shù)和先進的傳感技術(shù)相結(jié)合，從而達到了結(jié)構(gòu)簡單，堅固緊湊的效果。該傳感器的軸承裝置主要包含的裝置有：標準的深溝球軸承，軸承的外圈內(nèi)表面上由一個開口環(huán)凹槽和一個密封件，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的降低。

1.3 動車的速度的控制邏輯

動車的速度信號由兩個部分組成：制動控制系統(tǒng)的速度信號以及牽引控制系統(tǒng)的速度信號。而在動車不同的運行期間，列車采取不同的速度信號作為依據(jù)。例如：在動車的監(jiān)控期間，列車就會采用這些速度信號中最慢的那個信號;而在動車的制動或打滑的情況下，動車就會采用這些速度信號中最快的那個信號。實際上，列車并沒有直接監(jiān)控自身的速度值，而是通過間接的方式達到目的。即通過動車的制動系統(tǒng)對軸端的速度傳感器測得的速度值進行監(jiān)控，再經(jīng)由動車的制動系統(tǒng)將監(jiān)控值發(fā)送給列車的控制系統(tǒng)。

1.4 動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，動車的控制系統(tǒng)無法直接對列車軸端的速度傳感器進行監(jiān)控。所以當列車軸端的速度傳感器發(fā)生故障后，列車的控制系統(tǒng)也就無法對列車軸端的速度傳感器發(fā)生的故障進行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄，那么對列車軸端的速度傳感器的故障也無法進行及時有效的處理，很容易導致列車集中發(fā)生空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象。在緊急制動檢查后，才能夠?qū)α熊囕S端的速度傳感器的故障進行確認和檢修。這便嚴重影響了列車的安全運行。因此，在列車的檢修作業(yè)中必須對列車軸端的速度傳感器進行精確可靠的檢查，對故障情況進行確認，以保證故障被及時的解決，故障件可以在檢修過程當中就被更換或修理，保證列車運行的安全性和可靠性。

（2）以深圳地鐵一號線為例，其中一期工程列車就曾多次發(fā)生空轉(zhuǎn)滑行、緊急制動的故障。2007年11月到12月，122號列車多次發(fā)生空轉(zhuǎn)滑動，并進行了ATO緊急制動。最終經(jīng)過相關(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 動車軸端的速度傳感器的檢修方法探討

2.1 動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)特點的限制，無法通過目測或進行簡單的測量的方法對軸端的速度傳感器可能存在的故障進行辨別。因此，在原有的檢修方法中，并沒有關(guān)于列車軸端的速度傳感器的檢修方法的相關(guān)內(nèi)容，僅會在五年一次的檢修時才會將列車軸端的速度傳感器拆卸下，在試驗臺上對其進行相關(guān)功能的檢測。這也就導致在五年內(nèi)列車軸端的速度傳感器如果發(fā)生故障是無法被監(jiān)測到的。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，緊急制動發(fā)生后，才會對軸端的速度傳感器進行檢測維修。顯而易見的是這種檢修方法無法對列車軸端的速度傳感器故障發(fā)生起到良好的預防效果，也無法降低故障發(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)無法直接監(jiān)控列車軸端的速度傳感器的運行情況，但是可以通過列車的制動系統(tǒng)對列車軸端的速度傳感器進行監(jiān)控，使列車的制動系統(tǒng)的監(jiān)控軟件來連接列車的制動系統(tǒng)，從而可以監(jiān)控到列車軸端的速度傳感器的運行狀態(tài)。

那么，通過制動系統(tǒng)對速度傳感器進行監(jiān)控，即通過連接列車的制動系統(tǒng)監(jiān)控軟件，對速度傳感器的靜態(tài)電壓值進行觀察便能夠快速方便地對列車軸端的速度傳感器的故障情況進行判斷。因為經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當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。當列車處于運行的狀態(tài)下，仍然可以通過列車的制動軟件對列車軸端的速度傳感器所反饋的速度值進行監(jiān)控。這樣便可以將列車各個軸端的速度傳感器所反饋的速度值進行對比，進行一致性的檢驗，從而更進一步地對列車軸端的速度傳感器的運行狀態(tài)進行驗證。這個結(jié)論的得出很快被應用到了實際運營過程。例如，從2012年開始，深圳地鐵一號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內(nèi)容，極大地提高了檢修作業(yè)的有效性和及時性，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)過改進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。在動車中的地鐵改進方面就取得了良好的效果。2012年，在對地鋪列車的檢修過程中檢測到了4起因列車軸端的速度傳感器靜態(tài)電壓值與標準的速度傳感器的靜態(tài)電壓值不符的故障。2013年上半年，在對列車軸端的速度傳感器的檢修過程中發(fā)現(xiàn)了5起列車軸端的速度傳感器的靜態(tài)電壓值與標準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監(jiān)控內(nèi)容后，一期工程列車再也沒有頻繁發(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，緊急制動的故障。由此可見，檢修作業(yè)的新方案的改進和完善對列車軸端的速度傳感器故障而導致的列車運行故障的發(fā)生率降低起到了良好的效應。

3 結(jié)語

科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，而動車在現(xiàn)代化的交通運輸當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車快速發(fā)展的一個重要因素。需要對原有的檢修方法進行改進完善。經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出，增加對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)控這兩項內(nèi)容可以有效預防由速度傳感器故障引起的列車空轉(zhuǎn)滑行以及緊急制動故障的發(fā)生，極大地提高了列車運行的安全性和穩(wěn)定性。同時，這兩項監(jiān)控內(nèi)容很容易測得，可以應用到日常的檢修過程中，提高了列車的運營能力。其應用效果也在實踐中得到了良好的印證。

參考文獻

[1] 段永魁，何偉靖.地鐵列車軸端速度傳感器故障診斷[J].通訊世界，2015（1）：209.

[2] 劉瑞玲，沈金煥，許榮盛.廣州地鐵A2A3型車軸端速度傳感器移位問題分析及處理[J].機車車輛工藝，2019（6）：49-51.

[3] 史佳.基于聚類與K近鄰算法的LKJ運行記錄數(shù)據(jù)分析及故障診斷[D].蘭州：蘭州交通大學，2015.

[4] 牛剛，秦肖肖.列車速度傳感器信號異常檢測及軸抱死故障診斷方法：，CN109187060A[P].2019.

[5] 魯進軍，吳萌嶺，牛剛.軌道交通制動系統(tǒng)速度傳感器的故障診斷方法研究[J].鐵道學報，2021，43（1）：85-93.