王立棟 劉磊 胡洋

摘要：軸端速度傳感器是動(dòng)車(chē)組防滑保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，傳感器故障可觸發(fā)列車(chē)限速、緊急制動(dòng)停車(chē)。對(duì)動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)車(chē)輛故障的軸端速度傳感器進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)霍爾元件損壞、傳感器誤報(bào)、傳感器外部擊打損傷、傳感器探頭端面電蝕是速度傳感器故障的四個(gè)主因，并提出有效減少故障發(fā)生的措施。

關(guān)鍵詞：速度傳感器;故障分析;動(dòng)車(chē)組

1速度傳感器的分類及其防滑工作原理

鐵路車(chē)輛速度傳感器主要有三類：霍爾速度傳感器、磁電式速度傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器。其中，霍爾速度傳感器的輸出信號(hào)為0～10KHz的方波電壓或電流信號(hào);磁電式速度傳感器的輸出信號(hào)為50～3000 Hz的近似正弦波電壓信號(hào);光電轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)為0～2500 r/min的方波脈沖電壓信號(hào)。由于，CRH3動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)速度最高可達(dá)380km/h，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行軸端溫度較高，不適宜使用易受溫度影響的磁電式速度傳感器;CRH380BL的輪對(duì)最高轉(zhuǎn)速超過(guò)2400r/min，已十分接近光電轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)速最大量程，而且光電轉(zhuǎn)速傳感器易受油污等影響，也不適合CRH3動(dòng)車(chē)組使用。以齒數(shù)為80的測(cè)速齒輪為例，霍爾傳感器的量程最高可達(dá)7500r/min，而且不易受溫度、環(huán)境因素影響，適合動(dòng)車(chē)組使用。

如圖一所示，為車(chē)輛防滑保護(hù)系統(tǒng)示意圖，霍爾速度傳感器在測(cè)試齒輪經(jīng)過(guò)傳感器探頭時(shí)由于磁通量的變化會(huì)感應(yīng)高低電平的霍爾電壓，經(jīng)過(guò)探頭內(nèi)的電壓電流轉(zhuǎn)換電路、過(guò)壓、反極性、耦合保護(hù)電路等硬件電路，把采集的各軸電信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜傳給本車(chē)的制動(dòng)控制單元后轉(zhuǎn)化為速度信號(hào)。動(dòng)車(chē)的防滑控制由制動(dòng)控制單元與牽引控制單元完成;拖車(chē)的防滑控制由制動(dòng)控制單元完成。電制動(dòng)防滑和空氣制動(dòng)防滑是并行管理的，并且相互獨(dú)立。

2速度傳感器的故障檢測(cè)方法：

CRH3動(dòng)車(chē)組軸端速度傳感器為占空比50%左右的電流型輸出傳感器，負(fù)載位于制動(dòng)控制單元內(nèi)，阻抗220Ω左右，基本技術(shù)參數(shù)如表一所示。

運(yùn)營(yíng)車(chē)輛更換下來(lái)的故障傳感器由于沒(méi)有現(xiàn)車(chē)的信號(hào)采集系統(tǒng)，我們可以按表二所示的順序進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)量判斷傳感器的故障點(diǎn)。

通過(guò)以上測(cè)試檢測(cè)傳感器外部結(jié)構(gòu)是否有損傷，技術(shù)參數(shù)是否合格。如果出現(xiàn)輸出阻抗不正常，或者輸出電流沒(méi)有高低電平變化等情況，則判斷為速度傳感器的內(nèi)部電路元器件出現(xiàn)故障。首先，取出傳感器的電路板，觀察線路板有無(wú)燒損痕跡。然后，測(cè)量電路板上的電容、電阻等元器件參數(shù)是否正常;對(duì)于單通道速度傳感器出現(xiàn)的電路故障，可以更換相關(guān)元件到電路板的另一側(cè)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試排查。最后，電路元器件正常，則更換端部的霍爾元件進(jìn)行測(cè)試查看霍爾傳感器是否損壞。

3 故障原因及相應(yīng)改進(jìn)措施：

對(duì)近幾年故障傳感器進(jìn)行分析，故障主要有四類：霍爾傳感器損壞、傳感器誤報(bào)故障、傳感器外部擊打損傷、傳感器探頭端面電蝕。運(yùn)營(yíng)車(chē)輛傳感器出現(xiàn)故障后無(wú)法修復(fù)，只能更換，因此研究速度傳感器故障原因及解決措施非常重要。

3.1、霍爾元件故障：霍爾元件即霍爾傳感器在速度傳感器故障率中比例較高，霍爾元件損壞只能更換。因此，降低霍爾元件的故障是最為重要。動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于供電電壓范圍較窄的霍爾元件就很容易出現(xiàn)產(chǎn)品老化或損壞的情況，因此提高霍爾元件的供電閾值范圍可以有效提高霍爾元件的使用壽命。

3.2、傳感器誤報(bào)：如圖二所示，為速度傳感器的硬件電路，目前，線上運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的速度傳感器的浪涌保護(hù)電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為1KV，由于車(chē)輛提供的傳感器電源可能含有較高幅值的諧波成分，當(dāng)超過(guò)傳感器設(shè)計(jì)的浪涌防護(hù)能力時(shí)，會(huì)造成硬件電路輸出引腳、電容等設(shè)備的燒損;由于傳感器電纜的屏蔽層與傳感器插頭相連與車(chē)體等電勢(shì)，耦合電路會(huì)收到干擾信號(hào)會(huì)關(guān)斷輸出的電流信號(hào)，導(dǎo)致車(chē)輛速度信號(hào)檢測(cè)值出現(xiàn)較大誤差導(dǎo)致車(chē)輛防滑系統(tǒng)保護(hù)，影響車(chē)輛穩(wěn)定運(yùn)行。因此，提高硬件保護(hù)電路的浪涌防護(hù)能力提高傳感器的性能，另外，斷開(kāi)電纜與插頭的屏蔽層連接可以減少干擾信號(hào)對(duì)硬件電路的影響。

3.3、傳感器外部擊打損傷：傳感器在運(yùn)行中很容易受到軌道上飛濺的石子或其它異物打擊導(dǎo)致電纜外皮或插頭損壞，如圖三左側(cè)所示，為傳感器擊打后插頭斷開(kāi)的圖片，該故障雖然很容易辨別，但是嚴(yán)重影響傳感器的使用壽命。因此提高速度傳感器的非金屬材料特性也十分必要。另外，如圖三右側(cè)所示，傳感器探頭端面在運(yùn)行時(shí)偶爾會(huì)受到測(cè)速齒輪的機(jī)械壓痕，該故障可能是傳感器氣隙靜態(tài)測(cè)試時(shí)合格，但測(cè)試齒輪本身或安裝不合格造成氣隙不等的情況無(wú)法測(cè)試，可以適當(dāng)增加氣隙測(cè)試點(diǎn)加以檢測(cè)。

3.4、傳感器探頭端面電蝕：傳感器端部由于有一圈圓形凹槽，長(zhǎng)期使用可能積累鐵屑等雜質(zhì)。如圖四所示，而車(chē)體上的故障電壓或耦合電壓在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向架保護(hù)接地回流時(shí)可能造成與探頭的尖端放電，對(duì)傳感器探頭端面造成電蝕，嚴(yán)重影響傳感器的性能。該故障可以通過(guò)對(duì)端頭面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化解決。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)出導(dǎo)致速度傳感器故障的主要因素，并闡述了故障原因，提出了相應(yīng)改進(jìn)措施。具體效果仍需通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

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[3] TB/T 2760.1-2010：機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)速傳感器 ?第2部分：光電轉(zhuǎn)速傳感器.中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

（作者單位：中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司）