CRH380BL型动车组齿轮箱温度传感器结构的改进

陈 玉 上海铁路局上海动车客车段

1 问题的提出

自2011年起，CRH380BL型动车组担当京沪高铁和沪杭高铁运营任务期间，多次发生因弗兰德齿轮箱温度传感器误报超温导致停车的故障（具体情况详见表1）。CRH380BL型动车组出现此故障后需切除相应牵引单元，动车组将限速运行，对铁路运营秩序造成了较大的影响，因此，研究齿轮箱温度监控原理及传感器的结构和工作原理，对造成误报的原因进行分析，找出合理的改进方案，从而减少温度传感器误报的故障就显得非常重要。

表1 齿轮箱温度传感器误报故障统计表

2 齿轮箱温度监控的工作原理

CRH380BL为8动8拖编组、动力分散型动车组，即每个动车有4个轮对，每个轮对上均装有牵引电机与齿轮箱组成。牵引时由牵引电机通过联轴节带动齿轮箱小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动。大齿轮是通过溢配合安装在轮轴上，当大齿轮旋转时带动轮对转动，从而牵引动车组走行。齿轮箱作为影响动车组走行安全的重要部件，需要随时对其温度进行监控，因此在齿轮箱大小齿轮旁均安装了温度传感器，用来随时监控齿轮箱大小齿轮的温度变化。

CRH380BL型动车组弗兰德齿轮箱安装有四个温度传感器探头，两个为一组，一组负责齿轮箱大齿轮轴承两端温度，另一组负责监控齿轮箱小齿轮轴承两端温度（如图1）。温度传感器将齿轮箱大小齿轮轴承温度信息传输到车上CapactPT100监测模块，通过CapactPT100监测模块将温度信息传输到中央控制单元。

图1 CRH380BL齿轮箱温度传感器示意图

列车中央控制单元将对检测到的温度进行对比，根据温度报警判定标准，向司机报出相应级别的报警信息。具体报警标准如表2。

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3 齿轮箱温度传感器结构与工作原理

CRH380BL型动车组温度传感器采用的是分度号为PT100的铂电阻温度传感器，利用金属阻值随温度变化而线性变化的性质，通过测量金属当前的阻值，来获取环境温度，PT100铂电阻温度传感器阻值随温度线性变化图如图2，当温度为0℃时阻值为100 Ω，100℃时阻值为138.51 Ω，电阻变化率为0.3851 Ω/℃。

对弗兰德齿轮箱温度传感器内部结构进行分析，每组中两个PT100传感器负责实时监控温度信息，两个双金属材料开关，负责温度报警，每个双金属材料开关和一个PT100串联，构成一个监控回路（如图3）。若轴承中的一个PT100传感器监控到温度超出极限，则相应的双金属材料开关将会断开，同时来自该测量电路的温度信号中断，并触发相应警示信息。

图2 PT100铂电阻温度传感器阻值随温度线性变化图

图3 CRH380BL齿轮箱温度传感器内部结构原理

当PT100测量温度没有达到报警值时，双金属开关处于闭合状态，与之并联的线路附件（18 Ω电阻）被短路，连接到COMPACT100监测模块电阻为PT100可变电阻自身的阻值。

当PT100测量温度达到报警值时，双金属开关断开，与之并联的线路附件（18 Ω电阻）与PT100可变电阻串联，连接到COMPACT100监测模块电阻为PT100可变电阻自身的阻值与线路附件电阻阻值（18 Ω）之和。

4 齿轮箱温度误报的原因分析及改进方案

4.1 齿轮箱温度误报原因分析

动车组齿轮箱温度报警后，随车机械师对报警齿轮箱进行点温，实际温度均处于正常水平，可判断是齿轮箱温度监控系统出现误报故障。

通过对故障动车组监测数据统计与计算，得到动车组齿轮箱温度报警时传感器检测到的温度信息（如表3）。具体计算公式为：折算后的电阻的差值电阻＝（报警齿轮箱温度－其他齿轮箱平均温度）×电阻变化率。通过对故障车组温度信息的分析，发现报警齿轮箱温度与其他齿轮箱平均温度的差值折算成电阻的差值阻值后，差值电阻均接近线路附件电阻阻值（18 Ω）。

表3 报警齿轮箱的温度信息

通过进一步分析与测试，发现带双金属开关的温度传感器在动车组运动运行过程中，由于动车组的震动，导致双金属开关容易出现间歇性断开的现象。当双金属开关断开后，温度传感器回路被串进18 Ω的线路附件电阻阻值，使得报警齿轮箱温度超过120℃或140℃，根据报警判定标准，报出齿轮轴承过热限制1（代码2685）或齿轮轴承过热限制2（代码2684），且动车组出现齿轮箱温度报警后不会自动消除，直至人工复位，从而导致动车组持续报警。

4.2 改进方案

根据上述弗兰德齿轮箱温度误报的原因分析，可判定带双金属开关的温度传感器设计尚不成熟，无法满足动车组实际运行环境的要求。根据现动车组的设计结构，可有两种改进方案：第一种是在列车中央控制系统中升级软件，过滤双金属开关误动作导致的温度跳变，即屏蔽短时间的开关动作，但是此方案只适合短期实施，不是解决此故障的根本办法，同时也给动车组运行安全带来一定的隐患；第二种是采用不带双金属开关的温度传感器，内部结构只有PT100可变电阻（如图4），此类型的传感器在其他型号动车组上可靠使用，得到了长期的验证，能够满足动车组的运行环境。

图4 改进后的温度传感器内部结构

5 结束语

通过对CRH380BL型动车组弗兰德齿轮箱温度监控原理，温度传感器结构和工作原理的分析，结合故障动车组的监控数据和测试结果，得出由于传感器内部双金属开关设计不成熟，导致运用中由于振动异常断开造成齿轮箱轴承误报温度超过限制2（代码2685）的结论，提出了采用无双金属开关温度传感器的改进方案，目前在部分CRH380BL型动车组上进行试装，运用情况良好，后续还将继续对此方案进行完善，确保批量改进后的可靠性。