趙振申

(中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 青島動車段， 山東青島 266000)

CRH380B型動車組走行部分為動車和拖車兩種，動車走行部比拖車多出牽引電機(jī)、齒輪箱等傳動裝置。為實(shí)時監(jiān)測軸箱、齒輪箱和牽引電機(jī)狀態(tài)，在每個軸承及牽引電機(jī)定子處均安裝有溫度傳感器，當(dāng)溫度超過預(yù)警報警門檻值時，動車組將自動采取封鎖牽引、降速運(yùn)行或者停車等措施。動車組運(yùn)用過程中，發(fā)生多起因溫度采集不可靠、溫度傳感器故障、軸承溫度超溫影響列車運(yùn)行秩序的問題，研究制定此類故障的預(yù)防措施，對保證動車組行車安全具有重要意義。

1 溫度傳感器工作原理

CRH380B型動車組走行部溫度實(shí)時監(jiān)測通過Pt100溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，Pt100溫度傳感器阻值隨溫度變化而變化，溫度和電阻的關(guān)系接近線性變化，傳感器阻值為：R=R0+aT;其中R0=100 Ω，a=0.385 1 Ω/℃，T為當(dāng)前溫度，溫度與電阻值變化關(guān)系如圖1。Pt100溫度傳感器是一個模擬信號，將電阻值轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐岛?，傳送到Compact Pt100中來得到相應(yīng)的溫度值。每車溫度傳感器安裝位置及數(shù)量如表1。

圖1 Pt100溫度傳感器電阻值與溫度變化關(guān)系

類別動車拖車大齒輪箱電機(jī)側(cè)4/大齒輪箱輪側(cè)4/小齒輪箱電機(jī)側(cè)4/小齒輪箱輪側(cè)4/牽引電機(jī)驅(qū)動端4/牽引電機(jī)非驅(qū)動端4/牽引電機(jī)定子4/軸箱88

由于溫度傳感器比較多，車內(nèi)安裝有24-T16、24-T17、24-T18等Compact Pt100設(shè)備采集溫度傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備安裝位置及監(jiān)測內(nèi)容如表2。

表2 Compact Pt100安裝位置及監(jiān)測內(nèi)容

2 常見故障分析

2.1 溫度傳感器故障

2.1.1軸箱溫度傳感器故障

CRH380B型動車組軸箱溫度傳感器為A、B雙通道冗余設(shè)計(jì)，分別將信號傳送到24-T16、24-T17網(wǎng)絡(luò)模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊通過列車WTB總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到CCU中。當(dāng)其中一個通道出現(xiàn)問題時，CCU仍可監(jiān)測到軸承溫度，動車組可維持運(yùn)行，同時在維修界面可以查看到故障信息，方便檢修人員處理故障。但是，在兩路均發(fā)生故障且速度大于220 km/h時，CCU將輸出最大常用制動；速度小于220 km/h后，制動緩解，列車被限制在220 km/h以內(nèi)運(yùn)行。某段配屬CRH380B型動車組58組，2017年以來運(yùn)行中發(fā)生的動車組軸箱溫度傳感器故障類型如表3。

表3 動車組軸箱溫度傳感器故障類型

2.1.2齒輪箱溫度傳感器故障

齒輪箱溫度傳感器結(jié)構(gòu)有別于軸箱溫度傳感器，為單通道設(shè)計(jì)。Compact Pt100將齒輪箱大小齒輪輪側(cè)和電機(jī)側(cè)軸承溫度測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為MVB格式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)周期性的發(fā)給TCU，TCU在檢測Compact Pt100狀態(tài)(是否處于正常狀態(tài))的同時，周期性的檢測軸承溫度，齒輪箱軸承溫度監(jiān)測流程如圖2?，F(xiàn)場運(yùn)用中，齒輪箱溫度監(jiān)測故障現(xiàn)象有溫度不顯示、溫度跳變、與同車溫差大3種，故障原因多為Compact Pt100故障或者溫度傳感器故障，也有少數(shù)因齒輪箱油金屬含量超標(biāo)導(dǎo)致的與同車溫差大故障。

圖2 齒輪箱軸承溫度監(jiān)測流程

2.2 牽引電機(jī)冷卻裝置故障

CRH380B型動車組每個動車轉(zhuǎn)向架安裝有兩臺使用強(qiáng)迫風(fēng)冷卻的三相交流異步牽引電機(jī)。冷卻風(fēng)機(jī)安裝在車下設(shè)備艙內(nèi)(該處裙板帶有通風(fēng)格柵用于空氣從車外流入)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動將冷卻空氣經(jīng)集成風(fēng)道送達(dá)每個電機(jī)頂部的進(jìn)氣口，冷卻空氣流過定子內(nèi)的軸向空氣管路和轉(zhuǎn)子鐵芯后，經(jīng)電機(jī)側(cè)面出風(fēng)口排出，從而達(dá)到為牽引電機(jī)定子冷卻目的。牽引電機(jī)冷卻裝置故障分為以下幾種：

(1)冷卻風(fēng)機(jī)故障

冷卻風(fēng)機(jī)為三相異步雙速電機(jī)，在滿足電機(jī)定子冷卻需要的前提下，冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在高速和低速之間切換。當(dāng)風(fēng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生軸承卡滯、三相阻值不平衡等故障時，風(fēng)機(jī)將停止轉(zhuǎn)動，此時不能滿足牽引電機(jī)運(yùn)行需求，從而導(dǎo)致牽引變流器封鎖牽引并報出故障代碼2506(牽引箱風(fēng)扇：MCS關(guān)閉)。

(2)冷卻風(fēng)機(jī)控制故障

牽引電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)有獨(dú)立的高速、低速供電電路，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)會根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)輸出風(fēng)機(jī)高速或者低速運(yùn)轉(zhuǎn)指令來控制相應(yīng)回路的建立。冷卻風(fēng)機(jī)在高速和低速之間的功能轉(zhuǎn)換，是由TCU根據(jù)風(fēng)機(jī)供電狀態(tài)、輔助變流器啟動數(shù)量和牽引電機(jī)定子溫度控制。風(fēng)機(jī)正常啟動時，直接啟動高速；當(dāng)風(fēng)機(jī)高速供電電路故障、輔助變流器啟動數(shù)量低于3個或者定子溫度低于95℃時，將啟動低速；列車正常運(yùn)行，高速風(fēng)扇發(fā)生故障，牽引力降低25%。

(3)冷卻風(fēng)道堵塞

牽引電機(jī)冷卻裝置通過三層非封閉式圓形管壁組成空氣過濾器，空氣過濾器外部有防護(hù)格柵進(jìn)行保護(hù)并阻擋大塊異物。每個過濾層都會阻擋異物灰塵，被阻擋的異物灰塵堆積在下方的溝槽內(nèi)。經(jīng)過三層阻擋式過濾，將較為干凈的氣體送入風(fēng)道冷卻牽引電機(jī)。當(dāng)空氣過濾層背面沾有灰塵或絮狀物時，牽引電機(jī)通風(fēng)量減少、冷卻效果下降，將導(dǎo)致電機(jī)定子溫度超溫故障，動車組運(yùn)行中須停車檢查，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行秩序，這一故障須引起運(yùn)用部門足夠重視。牽引電機(jī)通風(fēng)裝置防護(hù)格柵如圖3,牽引電機(jī)通風(fēng)裝置空氣過濾器背面絮狀物如圖4。

2.3 Compact Pt100故障

Compact Pt100作為列車網(wǎng)絡(luò)對動車組走行部軸承溫度監(jiān)控的重要組成部分，運(yùn)行中發(fā)生故障將無法采集軸承溫度，對列車運(yùn)行造成影響。CRH380B型動車組軸箱軸承溫度監(jiān)控由24-T16和24-T17網(wǎng)絡(luò)模塊獨(dú)立完成，只有在24-T16、24-T17這兩個Compact Pt100設(shè)備同時故障時，CCU才會失去對軸溫的監(jiān)控影響列車運(yùn)行。通過對動車組運(yùn)用檢修故障統(tǒng)計(jì)分析，兩個模塊同時發(fā)生功能性故障的概率極小。然而，當(dāng)24-T16、24-T17或者24-T18某個模塊發(fā)生故障時，將會影響TCU對牽引電機(jī)或者齒輪箱溫度的監(jiān)控功能，出于故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)機(jī)理，此時TCU將控制轉(zhuǎn)矩輸出封鎖牽引。

因此，當(dāng)溫度傳感器或者Compact Pt100設(shè)備發(fā)生故障時均會造成TCU無法采集牽引電機(jī)或者齒輪箱溫度，導(dǎo)致牽引丟失。對某段2017年以來動車組運(yùn)行故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)因走行部溫度問題導(dǎo)致牽引丟失的原因有以下3種，故障數(shù)量及占比如圖5。

圖3 牽引電機(jī)通風(fēng)裝置防護(hù)格柵

圖4 牽引電機(jī)通風(fēng)裝置空氣過濾器背面絮狀物

3 故障應(yīng)對措施

3.1 溫度傳感器故障預(yù)防

溫度監(jiān)測發(fā)生溫度跳變、單通道溫度監(jiān)測失效故障多與溫度傳感器絕緣老化有關(guān)。動車組走行部溫度傳感器安裝在軸箱、牽引電機(jī)及齒輪箱殼體上，運(yùn)用過程中從安裝基座侵入水份會使傳感器防護(hù)等級下降，導(dǎo)致傳感器自身出現(xiàn)故障，從而引起溫度監(jiān)測故障。目前，為了防止傳感器進(jìn)水、異物擊打問題，動車組出廠前在安裝座處加裝了防水膠泥。但是運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)在雨雪、寒冷、炎熱天氣中，膠泥易發(fā)生開裂、掉塊問題，對傳感器的防護(hù)能力減弱。通過在膠泥外部加裝尼龍紗網(wǎng)，很好的解決了這一問題，并且已在軸端速度傳感器、溫度傳感器取得了良好的運(yùn)用考核效果。膠泥安裝方案對比如圖6。

圖5 牽引丟失故障原因統(tǒng)計(jì)

圖6 膠泥安裝方案對比

3.2 牽引電機(jī)冷卻裝置故障防控

防控牽引電機(jī)冷卻裝置故障可從以下兩方面入手：

(1)對牽引電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行動平衡檢查

風(fēng)機(jī)啟動后，通過電腦軟件進(jìn)行高速、低速轉(zhuǎn)換，檢查通風(fēng)機(jī)有無偏磨、異常振動、卡滯現(xiàn)象，提前發(fā)現(xiàn)、更換問題風(fēng)機(jī)。

(2)定期清潔進(jìn)風(fēng)裝置

進(jìn)入夏季前，運(yùn)用部門可對牽引電機(jī)冷卻裝置過濾器進(jìn)行一輪深入清潔，主要是清除附著在過濾器內(nèi)部的毛絮、灰塵等異物。清潔完畢后，將風(fēng)機(jī)切換至高速模式，在電機(jī)傳動端出風(fēng)口位置利用風(fēng)速測量儀測量牽引電機(jī)通風(fēng)量且風(fēng)速值不低于10 m/s。

3.3 走行部溫度數(shù)據(jù)分析

CRH380B型動車組安裝有高速動車組遠(yuǎn)程無線傳輸系統(tǒng)(WTDS)，運(yùn)用部門使用遠(yuǎn)程客戶端可實(shí)時監(jiān)控走行部溫度數(shù)據(jù)。對走行部溫度監(jiān)控分為軸箱軸承、齒輪箱軸承、牽引電機(jī)軸承和牽引電機(jī)定子溫度4種，通過對溫度數(shù)據(jù)分析，可以提前鎖定存在故障隱患的軸承、溫度傳感器，這一方法在預(yù)防走行部溫度故障方面起到了良好的效果。結(jié)合該車型歷史運(yùn)用數(shù)據(jù)，走行部溫度報警故障多發(fā)生在長大區(qū)間內(nèi)，所以運(yùn)用部門在每次調(diào)整運(yùn)行圖時，需要根據(jù)擔(dān)當(dāng)交路將列車以300 km/h 速度持續(xù)運(yùn)行1 h以上的車次納入重點(diǎn)監(jiān)控范圍，防止溫度預(yù)警、報警故障發(fā)生。

3.4 運(yùn)用維修重點(diǎn)建議

(1)外觀狀態(tài)檢查是判斷設(shè)備狀態(tài)的必要手段，日?？蓪榆嚱M防水膠泥、牽引電機(jī)和齒輪箱感溫標(biāo)貼納入重點(diǎn)檢查范圍，發(fā)現(xiàn)破損膠泥、感溫標(biāo)貼及時補(bǔ)裝，發(fā)現(xiàn)感溫標(biāo)貼溫度變化異常時下載車載數(shù)據(jù)對牽引電機(jī)或者齒輪箱溫度進(jìn)行確認(rèn)，提前發(fā)現(xiàn)故障部位，消除故障隱患。

(2)齒輪箱作為油冷部件，潤滑油的品質(zhì)對冷卻效果起到至關(guān)重要的作用。運(yùn)用中齒輪箱油曾出現(xiàn)過油位超限、乳化、變色、金屬含量超標(biāo)問題，影響了齒輪箱軸承的散熱效果。為確保齒輪箱工作狀態(tài)，一是一級修檢查時確認(rèn)油位在正常范圍內(nèi)，齒輪箱無漏油、滲油現(xiàn)象，油色正常，無乳化；二是對齒輪箱油進(jìn)行油脂化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)金屬含量超標(biāo)時及時更換齒輪箱油，并做好數(shù)據(jù)跟蹤，跟蹤過程中再次發(fā)生超標(biāo)問題則更換輪對。

(3)使用WTDS分析動車組Compact Pt100故障。Compact Pt100多次發(fā)生閃報故障，通過WTDS可以準(zhǔn)確鎖定故障部位，動車組運(yùn)行中可以通知隨車機(jī)械師進(jìn)行空開復(fù)位消除故障，待動車組入庫后更換故障部件。

4 結(jié)束語

動車組走行部對列車運(yùn)輸秩序、運(yùn)行安全具有重要影響，通過分析動車組走行部溫度故障，制定故障預(yù)防措施，對走行部預(yù)警報警故障做到可防、可控，對降低動車組故障率、提高運(yùn)行品質(zhì)具有重要作用。