动车组轴温报警系统功能测试方法改进研究

谷正涛

(青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司,助理工程师 山东 青岛266000)

动车组列车在高铁线路上运行过程中对行走部位（转向架）的要求较之普速铁路线路明显提高。其中列车车轴与轴承及大小齿轮之间的发热现象随着速度的增大明显增多，当车轴、轴承、大小齿轮发生磨损或者出现其他缺陷时，发热将会引起部件的损坏、失效，进而直接影响动车组的运行安全。

近年来出现了各种针对列车轴温报警系统的研究成果。袁航［1］等提出了基于ZigBee算法的新型轴温报警系统，哈大雷等［2］等在改进温度算法和计算精度的基础上设计了一种新型的轴温报警系统，潘潇炜［3］等基于FPGA 设计了列车轴温检测及通讯系统，邓晓东［4］开发了一套列车轴报联网测试系统，解决了列车轴温报警器网测试的问题。这些应用于车轮轴温检测的系统需要在动车组高级修期间检修，使其能够正常运行进而保证列车运行安全，本文针对CRH1A 型动车组轴温报警系统检测方法存在的不足，提出了相应的改进意见。

1 动车组轴温报警系统的工作原理

1.1 动车组轴温报警系统介绍动车组轴温报警系统主要由车辆控制系统、温度监控主机、显示屏和温度传感器等组成。由温度传感器采集初始数据，监控主机计算分析，最终传递到车辆控制系统的TCMS，来实现轴温报警系统的保护、测温、预警、报警、数据记录及自检功能。监控主机主要有4 种功能板卡，PS 板（电源板）、PT 板（温度采集板）、CPU板和DS板（存储板），各个板卡之间相互关系如图1所示。

图1 轴温报警系统监控主机各板卡相互关系

1.2 轴温报警系统的功能介绍

1）保护功能。温度监控系统DC77V～DC137.5V之间正常工作，且电源反接后主机不损坏。

2）测温功能及精度。温度监控主机采集温度传感器的温度值，并通过显示屏进行显示，且测温误差应满足±2°C（+20°C～+85°C），±4°C（＜+20°C 或＞+85°C）

3）预警功能。预警状态：当温度值满足以下条件之一时，温度监控主机预警，DO 输出预警信号至TCMS，并在显示屏上显示。

（a）基于环境温度：

T环≤-10℃：T预=40℃；

-10℃＜T环≤30℃：T预=T+50℃；

T环＞30℃：T预=80℃。

（b）基于平均温度：

T 轴＞50℃，同时高于同一MVB 单元正常轴温平均值40℃以上。

4）报警功能。报警状态：当温度值满足以下条件之一时，温度监控主机报警，DO 输出报警信号至TCMS，并在显示屏上显示。

（a）基于环境温度：

T环≤-10℃：T预=50℃；

-10℃＜T环≤30℃：T预=T+60℃；

T环＞30℃：T预=90℃。

（b）基于平均温度：

T 轴＞50℃，同时高于同一MVB 单元正常轴温平均值50℃以上。

发生热轴报警30 s 后，TCMS 将自动封锁牵引，施加7级制动直到停车。

5）车辆接口功能试验。将温度监控系统按正常工作状态连接，传感器用可调电阻模拟，主机能通过DO 信号向车辆控制系统传输预警、报警、传感器故障、显示屏故障等信号，并可以在显示屏上显示。且主机正常工作时，DO 输出为高电平；主机电源完全故障时，DO输出为低电平。

6）数据记录功能。当发生告警时，应能记录告警发生时间（年、月、日、时、分、秒）以及从该事件发生前至少4 分钟开始至该事件发生后至少1 min截止的连续轴温值，且记录容量不低于1000 组，记录密度应满足以下规定：

（a）不低于1 次/min；

（b）如果1分钟内温度上升超过2℃，则以2℃间隔加密记录。

7）显示屏功能试验。通过RS485接口可连接系统显示屏，应能查询设备状态、传感器状态、实时温度、报警状态及软件版本，能读取数据记录。

8）自检功能。温度监控主机能够检测自身故障，并能可以将检测结果通过DO 信号传输给TCMS。

1.3 轴温传感器介绍轴承温度传感器是安装在铁路动车轴箱、牵引电机、齿轮箱上的温度传感器。该传感器具有精度高、线性好、热响应迅速、运行可靠等特点。

1.3.1 主要技术参数

1）热电阻应为符合标准IEC60751 的铂热电阻Pt1 000，标称电阻R=1 000 Ω（0℃）。热电阻容差：IEC60751B级。热电阻工作电流：最大2mA 推荐1mA。

2）轴箱温度传感器内熔断丝熔断温度：141℃，符合标准：GB9816-2008。

3）工作温度：-50℃～+250℃（探头部位）；存放温度：-40℃～+60℃。产品符合DIN5510标准。

1.3.2 工作环境

环境温度：-50℃～+45℃

最大相对湿度（该月月平均最低温度为25℃）：95%

工作环境的振动条件执行GB/T21563-2008 中3类设备规定。

温度传感器能承受运行时正常气象条件下的雨（凝露）、雪（霜）、风、沙天气，偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象，能承受砂石、粉尘（煤粉和灰尘）的侵袭与击打。

2 轴温报警系统检修规程及试验要求

2.1 轴温报警系统的检修规程为保证动车组在高级修期间车组检修质量，铁路总公司下发了相关等级修的技术规程，现以《和谐1A、1B、1E型动车组四级检修规程》为例，其中关于轴温报警检测系统的检修要求为：WSP 速度传感器与齿轮箱速度传感器、轴温传感器组成等安全及检测装置须进行分解检修、状态检修和部件试验；齿轮箱温度传感器、牵引电机温度传感器等须进行分解检修、状态检修。轴温传感器高压通电试验的质量标准是测试位置与实际位置一致且功能正常。

2.2 轴温报警系统检修功能试验及标准在IDU上选取每个车，检查每个轴的轴温是否处于正常状态，试验参数标准为：环境温度在20℃-85℃时，轴温和环境温度相差不大于2℃。如环境温度小于20℃或大于85℃，轴温和环境温度相差不大于4℃。记录环境温度及每个轴承温度；使用开水浇试每一个轴温传感器，试验参数标准为：在IDU上检查被测试的温度传感器温度上升，并且确认显示位置与实际浇淋位置一致。

3 现有检修方法及存在的不足

动车组现有轴温报警系统检修方法主要有以下两种：

1）使用开水浇淋在每个轴端传感器处，起到人工添加热能效果，使传感器在IDU 显示屏中的数值变化，进而确认传感器的功能、实际位置与IDU显示位置的一致性。开水浇淋操作如图2所示。

2）通过车组TCMS 系统的IDU 显示轴温界面，通过每个传感器的显示温度与环境温度的差值来判断其工作状态。IDU显示界面如图3所示。

4.C 提示:氧化铝溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠,偏铝酸钠溶液通入二氧化碳生成氢氧化铝,故A正确;氯化铝与氨水反应生成氢氧化铝,氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠,故B正确;铝不能直接生成氢氧化铝,故C错误;氯化镁与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁,氢氧化镁加热分解生成氧化镁,故D正确。

图2 开水浇淋操作方式

图3 IDU轴温显示界面

现有的试验方法虽然能够满足轴温报警系统的功能试验要求及标准，但在执行过程中存在着诸多的不足之处，主要表现及原因如下所述。

1）传感器的安装位置均在车下位置，且轴端形状不规则，周围布满了各种线路、管路。采用开水浇淋的方式测试时，需要规避损伤其他部件的同时，还要浇淋到传感器的位置，难度较高，同时随着热水的温度、水量的大小、浇淋的位置等随机因素，使得测试结果存在较大的差异。

2）在进行轴温报警系统功能试验时，车组一般处于出厂前的调试阶段，时间紧张。按照现有试验方法，以8编组动车为例：每列车有8个车厢，每个车厢有4 条轮对轴，1 条轴有2 件轴端温度传感器，共计64处需要浇淋，完成一列车的轴温测试需要两人配合，一个工作日的时间才可完成，效率极低。

3）安全一直是生产企业的红线，现有的测试方法存在诸多安全隐患。其一，水源多为车内茶水炉中100℃的热水，直接浇淋的过程中，水花四溅，很容易造成烫伤，如控制水量，则短时间内起不到试验的效果；其二，靠人力持续举着开水壶，保持浇淋的姿势，容易疲劳，疲劳时最容易造成脱手、倾斜等意外；其三，开水在浇淋轴端温度传感器时，难免会溅在车辆其它部件处，极易造成电气部件的短路，损伤。

4 轴温报警系统检修方法的改进

针对现有检修方法存在的不足，考虑检修空间的限制，经过对检修现场诸因素的详细分析，确定采用类似信号旗的固定方式固定温度源，采用强磁铁将装有开水或者冰水的水瓶或水袋等温度源固定在温度传感器的临近点，如图4 所示。改进后测试方法的优势凸现，主要表现在以下方面：

1）能量源稳定。相较于开水浇淋的方式，固定温度源散热速度更慢，且可以保证各测点温度一致性，提高了检测的客观准确性。

2）工作效率高。该方法大大节省了人力、物力，能够同时对多个传感器进行检修。

3）安全性增强。首先取消了开水浇淋防止了对检修人员的潜在伤害，其次，防止了开水对传感器附近线路的损害。

图4 固定热源改进方案

5 结论

在动车组运行速度不断提升，对轴温报警系统可靠性要求更高的背景下，本文针对现行动车组轴温报警系统检修过程中存在的不足，在对实验工具改进的基础之上，提出了采用固定热源代替开水浇淋的测试方法，实现了轴温报警系统检修的高效、稳定及安全性要求。