張長青

(北京鐵路局北京動車段， 北京 102600)

CRH3C動車組軸速度傳感器檢測原理及代碼分析

張長青

(北京鐵路局北京動車段， 北京 102600)

CRH3C動車組輪對轉(zhuǎn)速是由軸端轉(zhuǎn)速傳感器進行檢測，采集測速齒輪信號并輸入制動控制單元與牽引控制單元。CRH3C型動車組是通過速度傳感器實現(xiàn)對動車組軸不旋轉(zhuǎn)故障的檢測。動軸速度傳感器為單通道的，它輸出的信號只傳遞給制動控制單元1；拖軸速度傳感器為雙通道的，分別向制動控制單元BCU1和DNRA輸出信號。通過拖軸與動軸的速度檢測，可分析出動車組軸不旋轉(zhuǎn)時報出的主要故障代碼情況。通過分析故障代碼，幫助技術(shù)人員準確查找故障發(fā)生的原因及故障部件。

CRH3C動車組； 速度傳感器； 軸不旋轉(zhuǎn)； 故障代碼

1 前言

CRH3C型動車組的原型車是西門子公司制造的Velaro-E動車組,設(shè)計速度為350 km/h，運營速度可達350 km/h。我國CRH3C型動車組是由唐山軌道客車有限責(zé)任公司生產(chǎn)。該動車組的車體承載結(jié)構(gòu)采用大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒形整體承載結(jié)構(gòu)。車體具有很好的防振、隔音效果。車體所使用的材料為可焊接鋁合金，具有良好的防腐性，重量輕，強度大，安全性高。目前，CRH3C型動車組主要應(yīng)用于京津城際、武廣高速鐵路線路運行。

CRH3C型動車組工作速度高，因此，動車組設(shè)備可靠性要求也高。CRH3C型動車組運行速度可達350 km/h，為4動4拖8輛編組，采用電力牽引交流傳動方式，由2個牽引單元組成，每個牽引單元由2動2拖組成。高速動車組速度傳感器是軸不旋轉(zhuǎn)(抱死，下同)、防滑檢測的重要速度檢測部件，是保證動車組安全可靠運行的基本檢測手段。速度傳感器是檢測動車組輪對正常運轉(zhuǎn)的設(shè)備，安裝在每根軸的軸端，因此，在動車組上的運用環(huán)境十分復(fù)雜、惡劣。CRH3C型動車組的每個軸上均安裝有速度傳感器，用于檢測軸是否正常旋轉(zhuǎn)，保證動車組用于檢測的輪對運行狀態(tài)。圖1為CRH3C型動車組構(gòu)成示意圖。

圖1 CRH3C型動車組示意圖

2 防滑速度傳感器檢測原理

2.1 速度傳感器工作基本原理

轉(zhuǎn)速傳感器功能是采集車軸轉(zhuǎn)角的位置信號并輸入控制單元，以便計算轉(zhuǎn)速，車輪的轉(zhuǎn)速信號通過磁電式轉(zhuǎn)速傳感器采集。工作原理如圖2所示，由軟鐵、線圈和永久磁鐵組成的磁電式傳感器固定在車輪一側(cè)不動，使傳感器預(yù)先帶有一定的磁場，由導(dǎo)磁材料制成的測量齒輪安裝在曲軸后端。當(dāng)金屬的檢測齒輪靠近傳感元件時，齒輪的齒頂與齒根所產(chǎn)生的變化使得傳感元件的磁通變化，從而使傳感器產(chǎn)生脈沖，控制系統(tǒng)根據(jù)脈沖數(shù)計算出車軸轉(zhuǎn)速值。[1]根據(jù)標準，速度傳感器與測速齒輪安裝間隙應(yīng)為(0.9±0.5) mm。圖3為轉(zhuǎn)速傳感器實際安裝圖。

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器安裝原理

圖3 轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置

速度傳感器接收信號電流值的范圍為7～14 mA，通過一個電阻，轉(zhuǎn)換成電壓信號，傳輸給制動控制單元(BCU：Brake Control Unit，下同)的MB03B板卡。當(dāng)傳感器出現(xiàn)異物擊傷、縮針等短路或斷路情況時，輸出的電流和電壓信號值會出現(xiàn)偏差，信號值失效，通過制動控制單元BCU的軟件檢測，BCU報出故障代碼為1736：至少一個WSP(Wheel Slide Protection,下同)速度傳感器等傳感器信號故障。[1-4]

速度傳感器檢測車輛速度的反饋值為axlespeed，而動車組速度檢測故障原理通過式(1)計算得出：

(0.7V-axlespeed)>50 kph

(1)

其中，V取值與列車速度的參考值相關(guān)，當(dāng)車輛處于牽引狀態(tài)時，動車牽引電機的速度會比拖車車軸轉(zhuǎn)速高，所以取該動力車廂牽引電機的最高速度為速度參考值，該速度比較接近列車前進速度；當(dāng)車輛處于制動狀態(tài)時，動車電機的轉(zhuǎn)速會相對于拖車車軸轉(zhuǎn)速低，這個值與實際車輛速度接近，則取這個數(shù)值為速度參考值。這個速度值是給Vref提供依據(jù)的重要參考。[2-3]

在正常情況下，(0.7V-axlespeed)的數(shù)值都是在50 kph以下，當(dāng)它的值大于50 kph時，就說明axlespeed數(shù)值偏小，且已經(jīng)超出了安全范圍；而當(dāng)系統(tǒng)持續(xù)檢測(0.7V-axlespeed)大于50 kph的數(shù)值維持在4 s以上時，就會認為軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)，則動車組會報出軸抱死故障[2-4,7]。

2.2 防滑速度傳感器的故障檢測

動車中的動軸防滑速度傳感器是單通道，它輸出的信號只傳遞給制動控制單元1(BCU1：Brake Control Unit 1，下同)，當(dāng)軸報不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障時，制動控制單元BCU1會報出代碼為17X2(X為1，2，3，4)的故障，分別代表1軸、2軸、3軸、4軸不旋轉(zhuǎn)。圖4為單通道防滑速度傳感器。

圖4 單通道防滑速度傳感器

拖車中的拖軸防滑速度傳感器是雙通道，分別向制動控制單元BCU1和DNRA(Detection of Non Rotating Axles，下同)輸出信號。兩路是完全獨立的，互不干擾。當(dāng)防滑速度傳感器報出軸不旋轉(zhuǎn)的故障時，BCU1會報出故障代碼17X2(X為1，2，3，4)，分別代表1軸、2軸、3軸、4軸不旋轉(zhuǎn)。而防滑速度傳感器報出信號傳遞給DNRA時，DNRA則會報出故障代碼17Y2(Y為A，B，C，D),分別代表1軸、2軸、3軸、4軸不旋轉(zhuǎn)。圖5為雙通道防滑速度傳感器。在實際應(yīng)用中一般認為拖車中的DNRA控制單元是BCU2控制單元(Brake Control Unit 2，下同)。

圖5 雙通道防滑速度傳感器

當(dāng)滿足以下任一條件時，都會報出故障代碼68C8(列車自動停止DNRA)：

(1)當(dāng)制動控制單元BCU和牽引控制單元(TCU：Traction Control Unit，下同)速度反饋信號都有效時，如果只有制動控制單元BCU或牽引控制單元TCU發(fā)送軸不旋轉(zhuǎn)信號，并且此軸不旋轉(zhuǎn)信號持續(xù)時間20 s未消失，則中央控制單元CCU(Central control Unit，下同)認為有軸抱死發(fā)生。需要注意：CRH3C動車組中TCU的速度反饋信號是由牽引電機速度傳感器提供信號。

(2)在制動控制單元BCU和牽引控制單元TCU速度反饋信號中有任何一個信號無效的情況下，如果只有制動控制單元BCU或牽引控制單元TCU發(fā)送軸不旋轉(zhuǎn)信號，并且此軸不旋轉(zhuǎn)信號持續(xù)時間5 s未消失，則中央控制單元CCU認為有軸抱死發(fā)生。

(3)若制動控制單元BCU和牽引控制單元TCU同時發(fā)送軸不旋轉(zhuǎn)信號，則不需延時，中央控制單元CCU立即認為有軸不旋轉(zhuǎn)，軸抱死發(fā)生。

(4)當(dāng)同一個軸的制動控制單元BCU和牽引控制單元TCU速度傳感器反饋信號都無效時，則認為是滑行監(jiān)測故障。

上述邏輯控制由制動控制單元BCU和牽引控制單元TCU共同完成；而在拖軸車上軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)監(jiān)測由BCU1和DNRA共同監(jiān)測完成，但其邏輯關(guān)系與動軸車相同。

當(dāng)動車組由于報出代碼68C8故障觸發(fā)強制制動后，動車組HMI屏出現(xiàn)68C8和6B0E，同時列車自動施加最大常用制動，此時司機不需要施加制動。當(dāng)HMI屏上出現(xiàn)故障代碼6B12(自動滾動試驗成功完成)時，司機可以繼續(xù)按照正常速度行車。如果滾動試驗不成功，列車會因強制制動停車，停車后，司機可以40 km/h的速度運行；列車再次進行滾動試驗，如果滾動試驗成功，則HMI屏提示6B12(自動滾動試驗成功完成)，司機可按正常速度行駛；如果未出現(xiàn)滾動測試，或者HMI屏上出現(xiàn)故障代碼：68C8，19DX(X代表1,2,3,4,5,6,7,8)，2F8X(X代表1,2,3,4,)或294D、294E、294F、2950，列車會自動停車，需關(guān)43-S12并切除故障車空氣制動，限速200 km/h維持運行[2-4,7]。

3 軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障原因

CRH3C型動車組直通電空制動系統(tǒng)采用微處理器(BCU)控制，備用制動裝置采用間接作用的空氣分配閥控制，制動的復(fù)合方式為再生制動+空氣制動。制動系統(tǒng)主要由位于車體的控制元件和位于轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生制動力的部件組成，制動力由空氣制動和電制動產(chǎn)生。電制動和空氣制動由制動控制單元(BCU)、牽引控制單元(TCU)和列車中央控制系統(tǒng)(CCU)調(diào)節(jié)。CRH3C型車制動系統(tǒng)有六大安全回路,分別為：緊急制動回路、轉(zhuǎn)向架監(jiān)控回路、停放制動監(jiān)控回路、乘客報警回路、制動緩解回路、煙火報警監(jiān)控回路。其中，緊急制動回路、轉(zhuǎn)向架監(jiān)控回路、停放制動監(jiān)控回路發(fā)生故障時列車施加緊急制動，其他回路故障時列車施加最大常用制動[2-4]。當(dāng)發(fā)生軸不旋轉(zhuǎn)故障時，動車組會報出相應(yīng)故障代碼，提示動車組工作人員采取措施進行處理。發(fā)生軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障原因較多，主要原因是制動板卡問題、齒輪箱問題、聯(lián)軸節(jié)問題、軸端軸承問題、速度傳感器自身問題等。

3.1 拖軸不旋轉(zhuǎn)故障檢測

CRH3C型動車組每根拖軸防滑速度傳感器都有2個獨立的通道進行檢測，所有的拖車均設(shè)有制動控制BCU1與DNRA，分別對各自通道的信號進行獨立檢測，因此，拖車上的速度傳感器為雙通道。

當(dāng)拖車1、2、3、4軸不旋轉(zhuǎn)時：BCU1分別報1712、1722、1732、1742；DNRA分別報17A2、17B2、17C2、17D2。從故障代碼中可以辨別出是哪個通道報警。

3.2 動軸不旋轉(zhuǎn)故障檢測

CRH3C動車組3車、6車僅有1個制動控制單元(BCU1)，而1車、8車雖有2個BCU：BCU1與BCU2，但其BCU2不進行軸不旋轉(zhuǎn)檢測，因此，動車軸端的防滑速度傳感器為單通道。

當(dāng)動軸1、2、3、4軸不旋轉(zhuǎn)時，BCU1報1712(軸1)、1722(軸2)、1732(軸3)、1742(軸4)。

牽引控制單元(TCU)所需的速度信號由牽引電機速度傳感器信號輸入，當(dāng)軸1、2、3、4軸不旋轉(zhuǎn)時，TCU報294D(軸1)、294E(軸2)、294F(軸3)、2950(軸4)[5-6]。

3.3 傳感器自身故障檢測

防滑速度檢測是2個通道獨立檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)互相校驗的功能。當(dāng)僅僅報單個故障代碼，一般是防滑速度傳感器自身故障。

如果動車組只報1712這個故障代碼，沒有報17A2(動車為294D)時往往為誤報，是檢測系統(tǒng)自身故障，而不是軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障。此外，不旋轉(zhuǎn)的軸請求了施加制動，則系統(tǒng)會報出68C8。如果真的檢測到軸不旋轉(zhuǎn)時，則會同時報3個故障代碼出現(xiàn)(例如1軸：1712、17A2、68C8)。

對于傳感器故障，是不同于檢測軸不旋轉(zhuǎn)，只是檢測系統(tǒng)本身的信號故障。

(1)當(dāng)制動控制單元BCU檢測出對應(yīng)的1軸、2軸、3軸、4軸的防滑速度傳感器故障，拖車有如下故障代碼：

BCU1制動控制單元故障代碼：1711、1721、1731、1741；

DNRA防滑控制單元故障代碼：17A1、17B1、17C1、17D1。

還會出現(xiàn)其他故障代碼：1736(至少1個WSP速度傳感器信號故障)、17C6(至少1個速度傳感器DNRA信號故障)。類似于軸不旋轉(zhuǎn)故障代碼的檢測，帶有字母的代碼是由DNRA進行檢測[5]。

(2)當(dāng)制動控制單元BCU檢測出的對應(yīng)1軸、2軸、3軸、4軸的傳感器故障，動車有如下故障代碼：

BCU1制動控制單元故障代碼：1711、1721、1731、1741(是防滑速度傳感器故障)；

TCU制動控制單元故障代碼：26F4、26F5、26F6、26F7(是牽引電機1、2、3、4旋轉(zhuǎn)速度傳感器故障)。

同時出現(xiàn)其他的故障代碼：1736，26FB(拖車軸:未發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度信號)[5-6]。

當(dāng)故障發(fā)生后確認為傳感器自身故障導(dǎo)致，則更換新防滑速度傳感器。更換新防滑速度傳感器后通過制動控制系統(tǒng)服務(wù)終端軟件讀取更換的速度傳感器工作電壓，當(dāng)其工作電壓在4 V至10 V之間時，該軸速度傳感器正常，并通過該軟件清除故障。

4 結(jié)束語

隨著科技的不斷進步和高速鐵路的飛速發(fā)展，維修已經(jīng)成為提高生產(chǎn)力、創(chuàng)造效益的重要手段，也是保障動車組安全穩(wěn)定運行的可靠方法。高速動車組修程修制是一門涉及多專業(yè)、多學(xué)科的綜合性理論。為便于對CRH3C型高速動車組軸抱死故障的理解和認識，在動車組進行一、二級修時，要加強動車組日常檢修，技術(shù)人員掌握代碼含義及發(fā)生的條件，通過分析故障代碼，準確查找故障發(fā)生的原因及故障部位或者相關(guān)部件，把此類故障及時排除，提高了技術(shù)人員查找故障的能力，更好地保證動車組安全可靠地運行。

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Detection Principle and Code Analysis for Axle Velocity Sensor of CRH3C-EMU

ZHANG Changqing

(Beijing EMU depot, Beijing Railway Bureau, Beijing 102600,China)

The wheel-set speed of CRH3C EMU is detected by axle velocity sensor, and the signal of rotating axle is collected by speed measuring gear and inputted to brake and traction control unit. The non-rotating axle of CTH3C EMU is detected by axle velocity sensor. The velocity senor of motor axle is single channel whose output signal is only inputted to break control unit 1; The velocity senor of trailer axle is binary channels whose output signals are respectively inputted to brake control unit 1 and DNRA. By detecting velocity of trailer axle and moving axle, the main fault code of non-rotating axle can be analyzed. By analyzing fault code, technicians will find the fault reason and fault part exactly.

CRH3C EMU; speed sensor; non rotating axles; fault code

2015-10-29

張長青(1979-)，男，工程師。

1674—8247(2016)01—0015—04

U226.5+1

A