动车轴端速度传感器故障诊断方法研究

瞿卢

[摘    要] 动车已经成为我国经济和科技快速发展的重要标志。以快速便捷著称，便利了人们的生活生产，同时也加快了我国经济建设的速度。其中，在动车相关产业快速发展的同时，动车轴端的速度传感器故障的发生成为动车发展的一大阻碍。文章分析动车轴端的速度传感器的工作原理，动车控制的所用逻辑和动车轴端的速度传感器发生故障后可能对列车造成的影响，并在此基础上改进完善原有的检修方案，探讨得出一套行之有效的检修方案。

[关键词]动车;轴端的速度传感器;故障检修方案;检修作业;工作原理

[中图分类号]TP391.41 [文献标志码]A [文章编号]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

动车作为现代化城市的主要交通方式，具有运行平稳、加速能力强、换向方便以及爬坡能力强等优点。我国的动车从进口列车到智能化国产列车，从落后到世界前沿，中国动车在动车科技化、国产化、标准化、智能化的道路上稳步前进。动车的稳步发展离不开列车检修对列车正常安全运行的保证，而其中极为重要的一环就是在动车轴端的速度传感器方面的故障检修。针对动车轴端的速度传感器故障对原有检修方法进行改进完善成为重中之重，成为保证动车安全可靠运行的必要举措。

1 动车轴端的速度传感器的相关工作逻辑原理及故障成因

1.1 动车轴端的速度传感器的作用

列车轴端的速度传感器对列车的准时到达，控制列车的运行速度起着至关重要的作用。其作用的发挥主要表现在两个方面。

（1）在牵引控制单元中对提供的每个轮对的轮径值进行计算，然后在速度传感器的内部结构中运用相应的逻辑运算将轮径值进行对比。如果该列车的轮径值中的最高值和最低值之間的差值超过了设定的有关标准值，那么列车的牵引系统便会发出相应的提醒或警示。具体来讲，就是轮径的最高值和最低值之间的差值如果超过了6.7 mm，列车的牵引系统会进行相关提醒，这属于中度故障，并不影响列车的正常运行。而如果该列车的轮径值中最高值和最低值的差值超过了8.4 mm，这表明牵引系统发生了严重故障，从而会导致该列车的牵引系统被去除保护，最终导致该列车驱动力的丧失。

（2）检测轴的速度频率信号。速度传感器可以将测得的轴的速度频率信号传输给车辆的制动系统，期间也会经过车辆的MVB通讯网络。与此同时，列车的制动控制单元以及列车的牵引系统之间也会进行数据的传输。最终将采集得到的速度频率信号发送到牵引系统的控制单元。最后，该列车的牵引系统的控制单元就可以依据速度频率信号计算出四个轮对的轮径值。

1.2 动车轴端的速度传感器的工作原理

（1）在列车发展初期用来测速的传感器所运用的是模拟传感器，其性能不太稳定，再加上应用的环境也比较的恶劣，这都导致了车辆故障的发生。随着科学技术的快速发展，动车中速度传感器的技术日益完善。目前来看，已经可以根据客户的特殊需求专门定做所需要的速度传感器。列车轴端的速度传感器在一般情况下由两个霍尔传感器，永磁体以及信号的处理电路组成。①速度传感器在扫描旋转的齿轮时，永磁体的磁场就会发生相应的改变。被霍尔传感器记录下来，最后转换成方波进行电路比较，从而达到了将驱动环节进行放大的效果。②每个传感器装置可以输出两路的方波信号，与此同时，这两路方波信号会按照90%换相来测量转动的方向。并且速度传感器的运行过程充分应用了磁场的调制原理，但是适用范围也有一定的限制。就是只适用于3.5模数的铁磁体测量轮。③根据测量轮的直径和齿轮可以大致地推算出列车速度传感器的分辨率在60到300个脉冲之间，保证电动机的运行需要。④标准的SKF传感器轴承会以每转64个脉冲的速度发出两路方波信号。并且如果使用的是标准的电气接口以进行两路方波信号的上升沿和下降沿的时间计数，将会在每一转中获得256个计数。

（2）深圳地铁一号线的轴端的速度传感器是出自SKF公司的传感器轴承装置。标准的SKF传感器轴承就是采用了两个霍尔传感器，所用的电压在5 ～24 V之间。并且传感器的信号是通过集电极输出，通过在输出信号与电源之间加入载荷电阻的方式对输出电流的大小进行控制。这种传感器将成熟的机械技术和先进的传感技术相结合，从而达到了结构简单，坚固紧凑的效果。该传感器的轴承装置主要包含的装置有：标准的深沟球轴承，轴承的外圈内表面上由一个开口环凹槽和一个密封件，磁化的脉冲环，连接电缆以及传感器本体。

（3）由于速度传感器中的霍尔传感器性能极易受到外界温度的影响，从而导致了传感器和齿轮之间的安装气隙的最大允许值的降低以及速度传感器的灵敏度和信号的降低。

1.3 动车的速度的控制逻辑

动车的速度信号由两个部分组成：制动控制系统的速度信号以及牵引控制系统的速度信号。而在动车不同的运行期间，列车采取不同的速度信号作为依据。例如：在动车的监控期间，列车就会采用这些速度信号中最慢的那个信号;而在动车的制动或打滑的情况下，动车就会采用这些速度信号中最快的那个信号。实际上，列车并没有直接监控自身的速度值，而是通过间接的方式达到目的。即通过动车的制动系统对轴端的速度传感器测得的速度值进行监控，再经由动车的制动系统将监控值发送给列车的控制系统。

1.4 动车轴端的速度传感器故障产生的原因

（1）由于列车速度的控制逻辑的限制，动车的控制系统无法直接对列车轴端的速度传感器进行监控。所以当列车轴端的速度传感器发生故障后，列车的控制系统也就无法对列车轴端的速度传感器发生的故障进行相关数据的记录，那么对列车轴端的速度传感器的故障也无法进行及时有效的处理，很容易导致列车集中发生空转滑行现象。在紧急制动检查后，才能够对列车轴端的速度传感器的故障进行确认和检修。这便严重影响了列车的安全运行。因此，在列车的检修作业中必须对列车轴端的速度传感器进行精确可靠的检查，对故障情况进行确认，以保证故障被及时的解决，故障件可以在检修过程当中就被更换或修理，保证列车运行的安全性和可靠性。

（2）以深圳地铁一号线为例，其中一期工程列车就曾多次发生空转滑行、紧急制动的故障。2007年11月到12月，122号列车多次发生空转滑动，并进行了ATO紧急制动。最终经过相关研究证明，故障是由列车轴端的速度传感器故障引发的。

2 动车轴端的速度传感器的检修方法探讨

2.1 动车轴端的速度传感器的原有检修方法

由于列车轴端的速度传感器自身结构特点的限制，无法通过目测或进行简单的测量的方法对轴端的速度传感器可能存在的故障进行辨别。因此，在原有的检修方法中，并没有关于列车轴端的速度传感器的检修方法的相关内容，仅会在五年一次的检修时才会将列车轴端的速度传感器拆卸下，在试验台上对其进行相关功能的检测。这也就导致在五年内列车轴端的速度传感器如果发生故障是无法被监测到的。只能在因列车轴端的速度传感器发生故障而引起的列车空转滑行，紧急制动发生后，才会对轴端的速度传感器进行检测维修。显而易见的是这种检修方法无法对列车轴端的速度传感器故障发生起到良好的预防效果，也无法降低故障发生的频率。

2.2 列车轴端的速度传感器的检修方法的相关探讨

虽然列车控制系统无法直接监控列车轴端的速度传感器的运行情况，但是可以通过列车的制动系统对列车轴端的速度传感器进行监控，使列车的制动系统的监控软件来连接列车的制动系统，从而可以监控到列车轴端的速度传感器的运行状态。

那么，通过制动系统对速度传感器进行监控，即通过连接列车的制动系统监控软件，对速度传感器的静态电压值进行观察便能够快速方便地对列车轴端的速度传感器的故障情况进行判断。因为经过大量的数据研究发现，当列车处于静止的状态下，

轴端的速度传感器的静态电压应为5 V或10 V，如果不是，则证明列车轴端的速度传感器很大可能发生了故障。当列车处于运行的状态下，仍然可以通过列车的制动软件对列车轴端的速度传感器所反馈的速度值进行监控。这样便可以将列车各个轴端的速度传感器所反馈的速度值进行对比，进行一致性的检验，从而更进一步地对列车轴端的速度传感器的运行状态进行验证。这个结论的得出很快被应用到了实际运营过程。例如，从2012年开始，深圳地铁一号线一期工程列车便增加了监控列车轴端的速度传感器的静态电压值以及监控列车轴端的速度传感器所反馈的速度值两项内容，极大地提高了检修作业的有效性和及时性，大大降低了列车由于轴端的速度传感器发生故障而导致列车空转滑行的发生率。

2.3 列车轴端的速度传感器的检修效果分析

相关数据显示，经过改进及完善后的检修方案施行后，因列車轴端的速度传感器发生故障引起的列车故障的发生率大大降低。在动车中的地铁改进方面就取得了良好的效果。2012年，在对地铺列车的检修过程中检测到了4起因列车轴端的速度传感器静态电压值与标准的速度传感器的静态电压值不符的故障。2013年上半年，在对列车轴端的速度传感器的检修过程中发现了5起列车轴端的速度传感器的静态电压值与标准的列车轴端的速度传感器的静态电压值不符的故障情况。值得高兴的是，自2012年增加了监控列车轴端的速度传感器的静态电压值以及监控列车轴端的速度传感器的反馈速度值这两项监控内容后，一期工程列车再也没有频繁发生由列车轴端的速度传感器故障引起的列车空转滑行，紧急制动的故障。由此可见，检修作业的新方案的改进和完善对列车轴端的速度传感器故障而导致的列车运行故障的发生率降低起到了良好的效应。

3 结语

科技和经济的快速发展离不开交通运输的快速发展，而动车在现代化的交通运输当中扮演了非常重要的角色。列车轴端的速度传感器的故障检修一直是影响动车快速发展的一个重要因素。需要对原有的检修方法进行改进完善。经过大量的数据统计分析得出，增加对列车轴端的速度传感器的静态电压值的监控以及列车轴端的速度传感器所反馈的速度值的监控这两项内容可以有效预防由速度传感器故障引起的列车空转滑行以及紧急制动故障的发生，极大地提高了列车运行的安全性和稳定性。同时，这两项监控内容很容易测得，可以应用到日常的检修过程中，提高了列车的运营能力。其应用效果也在实践中得到了良好的印证。

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