張長(zhǎng)青

(北京鐵路局北京動(dòng)車(chē)段， 北京 102600)

CRH3C動(dòng)車(chē)組軸速度傳感器檢測(cè)原理及代碼分析

張長(zhǎng)青

(北京鐵路局北京動(dòng)車(chē)段， 北京 102600)

CRH3C動(dòng)車(chē)組輪對(duì)轉(zhuǎn)速是由軸端轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢測(cè)，采集測(cè)速齒輪信號(hào)并輸入制動(dòng)控制單元與牽引控制單元。CRH3C型動(dòng)車(chē)組是通過(guò)速度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車(chē)組軸不旋轉(zhuǎn)故障的檢測(cè)。動(dòng)軸速度傳感器為單通道的，它輸出的信號(hào)只傳遞給制動(dòng)控制單元1；拖軸速度傳感器為雙通道的，分別向制動(dòng)控制單元BCU1和DNRA輸出信號(hào)。通過(guò)拖軸與動(dòng)軸的速度檢測(cè)，可分析出動(dòng)車(chē)組軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)報(bào)出的主要故障代碼情況。通過(guò)分析故障代碼，幫助技術(shù)人員準(zhǔn)確查找故障發(fā)生的原因及故障部件。

CRH3C動(dòng)車(chē)組； 速度傳感器； 軸不旋轉(zhuǎn)； 故障代碼

1 前言

CRH3C型動(dòng)車(chē)組的原型車(chē)是西門(mén)子公司制造的Velaro-E動(dòng)車(chē)組,設(shè)計(jì)速度為350 km/h，運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)350 km/h。我國(guó)CRH3C型動(dòng)車(chē)組是由唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司生產(chǎn)。該動(dòng)車(chē)組的車(chē)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(chē)體具有很好的防振、隔音效果。車(chē)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(qiáng)度大，安全性高。目前，CRH3C型動(dòng)車(chē)組主要應(yīng)用于京津城際、武廣高速鐵路線路運(yùn)行。

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

圖1 CRH3C型動(dòng)車(chē)組示意圖

2 防滑速度傳感器檢測(cè)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(chē)軸轉(zhuǎn)角的位置信號(hào)并輸入控制單元，以便計(jì)算轉(zhuǎn)速，車(chē)輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)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(chē)輪一側(cè)不動(dòng)，使傳感器預(yù)先帶有一定的磁場(chǎng)，由導(dǎo)磁材料制成的測(cè)量齒輪安裝在曲軸后端。當(dāng)金屬的檢測(cè)齒輪靠近傳感元件時(shí)，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(jì)算出車(chē)軸轉(zhuǎn)速值。[1]根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，速度傳感器與測(cè)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(shí)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(hào)電流值的范圍為7～14 mA，通過(guò)一個(gè)電阻，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，傳輸給制動(dòng)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(shí)，輸出的電流和電壓信號(hào)值會(huì)出現(xiàn)偏差，信號(hào)值失效，通過(guò)制動(dòng)控制單元BCU的軟件檢測(cè)，BCU報(bào)出故障代碼為1736：至少一個(gè)WSP(Wheel Slide Protection,下同)速度傳感器等傳感器信號(hào)故障。[1-4]

速度傳感器檢測(cè)車(chē)輛速度的反饋值為axlespeed，而動(dòng)車(chē)組速度檢測(cè)故障原理通過(guò)式(1)計(jì)算得出：

(0.7V-axlespeed)>50 kph

(1)

其中，V取值與列車(chē)速度的參考值相關(guān)，當(dāng)車(chē)輛處于牽引狀態(tài)時(shí)，動(dòng)車(chē)牽引電機(jī)的速度會(huì)比拖車(chē)車(chē)軸轉(zhuǎn)速高，所以取該動(dòng)力車(chē)廂牽引電機(jī)的最高速度為速度參考值，該速度比較接近列車(chē)前進(jìn)速度；當(dāng)車(chē)輛處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，動(dòng)車(chē)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相對(duì)于拖車(chē)車(chē)軸轉(zhuǎn)速低，這個(gè)值與實(shí)際車(chē)輛速度接近，則取這個(gè)數(shù)值為速度參考值。這個(gè)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(shí)，就說(shuō)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(cè)(0.7V-axlespeed)大于50 kph的數(shù)值維持在4 s以上時(shí)，就會(huì)認(rèn)為軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)，則動(dòng)車(chē)組會(huì)報(bào)出軸抱死故障[2-4,7]。

2.2 防滑速度傳感器的故障檢測(cè)

動(dòng)車(chē)中的動(dòng)軸防滑速度傳感器是單通道，它輸出的信號(hào)只傳遞給制動(dòng)控制單元1(BCU1：Brake Control Unit 1，下同)，當(dāng)軸報(bào)不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障時(shí)，制動(dòng)控制單元BCU1會(huì)報(bào)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(chē)中的拖軸防滑速度傳感器是雙通道，分別向制動(dòng)控制單元BCU1和DNRA(Detection of Non Rotating Axles，下同)輸出信號(hào)。兩路是完全獨(dú)立的，互不干擾。當(dāng)防滑速度傳感器報(bào)出軸不旋轉(zhuǎn)的故障時(shí)，BCU1會(huì)報(bào)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(bào)出信號(hào)傳遞給DNRA時(shí)，DNRA則會(huì)報(bào)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(shí)際應(yīng)用中一般認(rèn)為拖車(chē)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(mǎn)足以下任一條件時(shí)，都會(huì)報(bào)出故障代碼68C8(列車(chē)自動(dòng)停止DNRA)：

(1)當(dāng)制動(dòng)控制單元BCU和牽引控制單元(TCU：Traction Control Unit，下同)速度反饋信號(hào)都有效時(shí)，如果只有制動(dòng)控制單元BCU或牽引控制單元TCU發(fā)送軸不旋轉(zhuǎn)信號(hào)，并且此軸不旋轉(zhuǎn)信號(hào)持續(xù)時(shí)間20 s未消失，則中央控制單元CCU(Central control Unit，下同)認(rèn)為有軸抱死發(fā)生。需要注意：CRH3C動(dòng)車(chē)組中TCU的速度反饋信號(hào)是由牽引電機(jī)速度傳感器提供信號(hào)。

(2)在制動(dòng)控制單元BCU和牽引控制單元TCU速度反饋信號(hào)中有任何一個(gè)信號(hào)無(wú)效的情況下，如果只有制動(dòng)控制單元BCU或牽引控制單元TCU發(fā)送軸不旋轉(zhuǎn)信號(hào)，并且此軸不旋轉(zhuǎn)信號(hào)持續(xù)時(shí)間5 s未消失，則中央控制單元CCU認(rèn)為有軸抱死發(fā)生。

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

(4)當(dāng)同一個(gè)軸的制動(dòng)控制單元BCU和牽引控制單元TCU速度傳感器反饋信號(hào)都無(wú)效時(shí)，則認(rèn)為是滑行監(jiān)測(cè)故障。

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

當(dāng)動(dòng)車(chē)組由于報(bào)出代碼68C8故障觸發(fā)強(qiáng)制制動(dòng)后，動(dòng)車(chē)組HMI屏出現(xiàn)68C8和6B0E，同時(shí)列車(chē)自動(dòng)施加最大常用制動(dòng)，此時(shí)司機(jī)不需要施加制動(dòng)。當(dāng)HMI屏上出現(xiàn)故障代碼6B12(自動(dòng)滾動(dòng)試驗(yàn)成功完成)時(shí)，司機(jī)可以繼續(xù)按照正常速度行車(chē)。如果滾動(dòng)試驗(yàn)不成功，列車(chē)會(huì)因強(qiáng)制制動(dòng)停車(chē)，停車(chē)后，司機(jī)可以40 km/h的速度運(yùn)行；列車(chē)再次進(jìn)行滾動(dòng)試驗(yàn)，如果滾動(dòng)試驗(yàn)成功，則HMI屏提示6B12(自動(dòng)滾動(dòng)試驗(yàn)成功完成)，司機(jī)可按正常速度行駛；如果未出現(xiàn)滾動(dòng)測(cè)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(chē)會(huì)自動(dòng)停車(chē)，需關(guān)43-S12并切除故障車(chē)空氣制動(dòng)，限速200 km/h維持運(yùn)行[2-4,7]。

3 軸不旋轉(zhuǎn)(抱死)故障原因

CRH3C型動(dòng)車(chē)組直通電空制動(dòng)系統(tǒng)采用微處理器(BCU)控制，備用制動(dòng)裝置采用間接作用的空氣分配閥控制，制動(dòng)的復(fù)合方式為再生制動(dòng)+空氣制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)主要由位于車(chē)體的控制元件和位于轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生制動(dòng)力的部件組成，制動(dòng)力由空氣制動(dòng)和電制動(dòng)產(chǎn)生。電制動(dòng)和空氣制動(dòng)由制動(dòng)控制單元(BCU)、牽引控制單元(TCU)和列車(chē)中央控制系統(tǒng)(CCU)調(diào)節(jié)。CRH3C型車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)有六大安全回路,分別為：緊急制動(dòng)回路、轉(zhuǎn)向架監(jiān)控回路、停放制動(dòng)監(jiān)控回路、乘客報(bào)警回路、制動(dòng)緩解回路、煙火報(bào)警監(jiān)控回路。其中，緊急制動(dòng)回路、轉(zhuǎn)向架監(jiān)控回路、停放制動(dòng)監(jiān)控回路發(fā)生故障時(shí)列車(chē)施加緊急制動(dòng)，其他回路故障時(shí)列車(chē)施加最大常用制動(dòng)[2-4]。當(dāng)發(fā)生軸不旋轉(zhuǎn)故障時(shí)，動(dòng)車(chē)組會(huì)報(bào)出相應(yīng)故障代碼，提示動(dòng)車(chē)組工作人員采取措施進(jìn)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(dòng)板卡問(wèn)題、齒輪箱問(wèn)題、聯(lián)軸節(jié)問(wèn)題、軸端軸承問(wèn)題、速度傳感器自身問(wèn)題等。

3.1 拖軸不旋轉(zhuǎn)故障檢測(cè)

CRH3C型動(dòng)車(chē)組每根拖軸防滑速度傳感器都有2個(gè)獨(dú)立的通道進(jìn)行檢測(cè)，所有的拖車(chē)均設(shè)有制動(dòng)控制BCU1與DNRA，分別對(duì)各自通道的信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，因此，拖車(chē)上的速度傳感器為雙通道。

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

3.2 動(dòng)軸不旋轉(zhuǎn)故障檢測(cè)

CRH3C動(dòng)車(chē)組3車(chē)、6車(chē)僅有1個(gè)制動(dòng)控制單元(BCU1)，而1車(chē)、8車(chē)雖有2個(gè)BCU：BCU1與BCU2，但其BCU2不進(jìn)行軸不旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，因此，動(dòng)車(chē)軸端的防滑速度傳感器為單通道。

當(dāng)動(dòng)軸1、2、3、4軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)，BCU1報(bào)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(hào)由牽引電機(jī)速度傳感器信號(hào)輸入，當(dāng)軸1、2、3、4軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)，TCU報(bào)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(cè)

防滑速度檢測(cè)是2個(gè)通道獨(dú)立檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)互相校驗(yàn)的功能。當(dāng)僅僅報(bào)單個(gè)故障代碼，一般是防滑速度傳感器自身故障。

如果動(dòng)車(chē)組只報(bào)1712這個(gè)故障代碼，沒(méi)有報(bào)17A2(動(dòng)車(chē)為294D)時(shí)往往為誤報(bào)，是檢測(cè)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(qǐng)求了施加制動(dòng)，則系統(tǒng)會(huì)報(bào)出68C8。如果真的檢測(cè)到軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)，則會(huì)同時(shí)報(bào)3個(gè)故障代碼出現(xiàn)(例如1軸：1712、17A2、68C8)。

對(duì)于傳感器故障，是不同于檢測(cè)軸不旋轉(zhuǎn)，只是檢測(cè)系統(tǒng)本身的信號(hào)故障。

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

BCU1制動(dòng)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(huì)出現(xiàn)其他故障代碼：1736(至少1個(gè)WSP速度傳感器信號(hào)故障)、17C6(至少1個(gè)速度傳感器DNRA信號(hào)故障)。類(lèi)似于軸不旋轉(zhuǎn)故障代碼的檢測(cè)，帶有字母的代碼是由DNRA進(jìn)行檢測(cè)[5]。

(2)當(dāng)制動(dòng)控制單元BCU檢測(cè)出的對(duì)應(yīng)1軸、2軸、3軸、4軸的傳感器故障，動(dòng)車(chē)有如下故障代碼：

BCU1制動(dòng)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(dòng)控制單元故障代碼：26F4、26F5、26F6、26F7(是牽引電機(jī)1、2、3、4旋轉(zhuǎn)速度傳感器故障)。

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

當(dāng)故障發(fā)生后確認(rèn)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(guò)制動(dòng)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(shí)，該軸速度傳感器正常，并通過(guò)該軟件清除故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)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(dòng)車(chē)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠方法。高速動(dòng)車(chē)組修程修制是一門(mén)涉及多專(zhuān)業(yè)、多學(xué)科的綜合性理論。為便于對(duì)CRH3C型高速動(dòng)車(chē)組軸抱死故障的理解和認(rèn)識(shí)，在動(dòng)車(chē)組進(jìn)行一、二級(jí)修時(shí)，要加強(qiáng)動(dòng)車(chē)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(guò)分析故障代碼，準(zhǔn)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(lèi)故障及時(shí)排除，提高了技術(shù)人員查找故障的能力，更好地保證動(dòng)車(chē)組安全可靠地運(yùn)行。

[1] 熊詩(shī)波，黃長(zhǎng)藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. Xiong Shibo,Huang Changyi. Testing Technology Base of Mechanical Engineering[M]. Beijing: China Machine Press，2006.

[2] 唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司.CRH3型動(dòng)車(chē)組用戶(hù)文件[Z].唐山：唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司,2008. Tangshan Railway Vehicle Co., Ltd.. User Documentation on CRH3 EMU[Z].Tangshan: Tangshan Railway Vehicle CO LTD,2008.

[3] 長(zhǎng)春軌道客車(chē)有限責(zé)任公司.時(shí)速380公里速度級(jí)動(dòng)車(chē)組(8輛編組)維護(hù)檢修手冊(cè)[Z].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，2010. Changchun Railway Vehicle Co., Ltd.. Maintenance Manual for 380 km/h EMU (8 Cars)[Z]. Changchun：Changchun Railway Vehicle Co.,Ltd.，2010.

[4] 北京鐵路局北京動(dòng)車(chē)段.北京動(dòng)車(chē)段分析報(bào)告手冊(cè)[Z].北京：北京鐵路局北京動(dòng)車(chē)段,2013. Beijing EMU Depot. Analysis Report of Beijing EMU Depot[Z]. Beijing： Beijing EMU Depot, Beijing Railway Bureau，2013.

[5] 唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司.3C型動(dòng)車(chē)組故障代碼表[Z].唐山：唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，2008. Tangshan Railway Vehicle Co.,Ltd.. Fault Diagnosis Codes on CRH3 EMU[Z]. Tangshan: Tangshan Railway Vehicle Co.,Ltd.,2008.

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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(zhǎng)青(1979-)，男，工程師。

1674—8247(2016)01—0015—04

U226.5+1

A