高速动车组电机及齿轮箱监测系统的研究和应用

刘少龙

摘 要：在對高速动车组电机及齿轮箱监测系统的特点和构成介绍的基础上，通过对系统的安装和检测布点的分析，提出了监测系统的可行性实施方案。

关键词：动车组 监测系统 应用

中图分类号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0040-01

牵引电机轴承和齿轮箱轴承是影响动车组高速运行的关键因素。为了进一步掌握动车组正式运营后这些设备的运行状态，如温度、加速度、震动等信息，跟踪研究其发展趋势，需要选择典型运用动车组的典型车辆增加监测系统，进行长期的观察运行和对记录数据进行统计分析。所加装系统独立于动车组系统以外，定期读取监测数据，分析这些部件的运行状态。

1 监测系统的特点

（1）可监测动车每个转向架的牵引电机非传动端轴承处温度、垂向、横向振动加速度、电机表面温度、振动，齿轮箱温度、振动；（2）监测系统采用分散的无线网络系统，可根据测点分布分区域加装监测模块，各监测模块之间以及和主机之间通过无线网络相连，只需给各模块提供电源即可，加装非常方便；（3）完全独立于动车组控制系统，即使监测系统出现故障，也不会扩散或影响动车组的运行；（4）数据下载和监测方便，甚至可通过互联网监测所有加装监测设备的动车组的数据，数据刷新间隔为1s。

2 总体方案说明

运行监测方案的具体实施方案如下。（1）在动车组车内安装一个无线局域网主机。（2）动车组车顶安装1个GPS天线，构成GPRS无线移动网。（3）选择两辆动车加装系统，该动车每个转向架附近各安装一套独立的无线监测发射装置。该装置实时监测记录牵引电机和齿轮箱的温度、振动、应力数据。（4）无线局域网主机、4个无线监测发射装置构成一个WLAN无线局域网，所有检测数据在无线局域网主机汇总，可通过以下方式进行数据监视或下载。数据下载后，通过地面分析系统可根据历史数据进行趋势判断，起到对设备状态的预警功能。（5）运行检测系统构成如图1。

3 监测系统构成

（1）分布于齿轮箱和电机上的传感器将数据传送到车下无线监测发射装置，发射装置通过局域网发送到车上乘务员室局域网主机，再通过GPS或GPRS天线发送出去。

（2）监测系统设备组成。①无线监测发射装置。车下无线监测发射装置采用防水型铝合金机箱，各种接口也是防水型接插件。安装于车下每台转向架周围。每列车四个，每个动车各两个。②GPS天线。GPS天线安装于其中一辆动车的车外顶部。③车上无线局域网主机。车上无线局域网主机采用液晶屏，显示分辨率为800×600，五线电阻式触摸屏，STX嵌入式CPU，产品美观坚固，抗震性好，电磁屏蔽性好。车上无线局域网主机安装于其中一辆动车的乘务员室内。④GPRS装置和电源集成箱。GPRS天线装置和电源集成箱采用铝合金机箱，各种接口也是接插件结构。

4 检测布点

牵引电机检测。

（1）检测布点（每个转向架）。

温度检测：共4点，每台电机各2点，检测非传动端轴承处温度、电机表面温度。

振动检测：共4点，每台电机各4点，分别检测非传动端轴承处的垂向和横向振动，及传动端轴承的垂向和横向振动。

（2）检测点布置图。

非传动端轴承温度及振动检测点布置见图2。利用安装螺栓，将温度及振动的合成元件装入螺栓中。

5 数据的采集与读取

数据的读取与分析通过“车辆无线传感器网络--列车无线局域网--地面远程监控”的多层次结构来完成。

车下无线监测发射装置，负责加速度信号及温度信号的采集与本地保存，加速度信号的采样频率为256Hz，温度信号的采样频率为1Hz。加速度数据每秒进行一次处理，包括信号预处理、数字低通滤波、计算加速度信号的最大值、均值、均方根值、主要振动频率等，同时，将数据处理结果上传至车上无线局域网主机。

车上无线局域网主机负责汇集各无线监测发射装置的数据，并显示各无线监测发射装置上传的数据及特定参数的变化趋势曲线，显示方案为分屏显示各转向架的监测数据，一个转向架上各测点的温度及加速度统计量以数字形式显示在同一屏上，点击显示数据可弹出相应的变化趋势曲线图。同时，将汇集的数据以1包/s的速率通过GPRS向地面车下主机发送，以便地面人员实时掌握列车的运行安全状况。

车下监视设备（安装监测软件的电脑）负责接收车上无线局域网主机通过GPRS传回的各测点的监测结果，并将监测结果保存于相应的数据库中，同时可进行与车上主机相同的显示。车下监视系统可以根据历史数据进行趋势判断，对设备状态进行预警监控。当列车回库时，车下监视设备可通过无线局域网读取保存于各无线监测发射装置本地的加速度采样原始数据，以进行事后的分析处理。

6 结语

以上监测方案在现有动车组上的应用，既可以利用无线局域网，在车内的便携式电脑上进行监视或下载，又可以在动车组入库后通过无线局域网直接下载数据，且在动车组运行过程中也可通过无线移动网络在任何地点进行监视。对于掌握动车组电机和齿轮箱的运行状态，跟踪研究其发展趋势，提供了一个便捷的平台。

参考文献

[1] 郑骊.检测与装换技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] 朱一迪.海南东环铁路增开中国最新一代高速动车组[J].机车电传动，2011（2）：49.