徐洋 張照杰 孟慶迪

摘要：軸溫監(jiān)測(cè)法操作簡單、反應(yīng)迅速，運(yùn)用效果良好，已成為保障列車運(yùn)行安全的重要手段。本文主要以我國某型動(dòng)車組為基準(zhǔn)，討論了動(dòng)車組軸溫監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及工作原理，闡述了溫度傳感器的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員有所幫助，進(jìn)而保障動(dòng)車組列車的安全可靠的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：軸溫檢測(cè)系統(tǒng);軸溫傳感器;原理

1.引言

近年來，電氣技術(shù)在我國軌道交通業(yè)得以應(yīng)用和發(fā)展，電氣化的應(yīng)用也極大的促進(jìn)了我國軌道交通事業(yè)的發(fā)展，軌道交通設(shè)備也進(jìn)入了快速增長階段。高速動(dòng)車組技術(shù)進(jìn)入我國的時(shí)間不長，很多核心技術(shù)還在不斷的吸收與發(fā)展，但中國高鐵早已名揚(yáng)海外，是我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中十分重要的里程碑。軸承是連接輪對(duì)的核心部件，其工作狀態(tài)直接影響列車運(yùn)行安全。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，缺油、少油、損傷、摩擦、摻雜等因素都會(huì)引起軸承溫度異常上升，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理可能導(dǎo)致“燃軸”等嚴(yán)重事故。此外，因運(yùn)行環(huán)境、載重等因素的影響，軸承壽命離散度較大。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸溫變化對(duì)于判斷軸承運(yùn)行狀況，采取針對(duì)性的防護(hù)、處理措施，保障列車運(yùn)行安全，具有重要意義。

2.系統(tǒng)介紹

動(dòng)車組軸溫報(bào)警系統(tǒng)主要功能是通過溫度傳感器采集列車軸箱、齒輪箱以及牽引電機(jī)的溫度信息，由車上溫度檢測(cè)單元將采集到的溫度信息進(jìn)行處理，并將溫度信息及報(bào)警信息發(fā)送給車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)軸溫?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)剿緳C(jī)室顯示模塊，列車司機(jī)員能及時(shí)了解列車動(dòng)力系統(tǒng)溫度情況，并能及時(shí)作出正確的操作指示。軸溫檢測(cè)系統(tǒng)主要包括軸溫檢測(cè)主機(jī)、傳感器、電纜及連接器、配套PTU軟件等。

3.系統(tǒng)工作原理

動(dòng)車組軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度檢測(cè)單元組成。溫度檢測(cè)單元通過檢測(cè)傳感器傳送來的電阻阻值，經(jīng)內(nèi)部程序運(yùn)算后得到被測(cè)設(shè)備的溫度，通過電流環(huán)通信端口把溫度值發(fā)送到車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，用于車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)監(jiān)控屏顯示。溫度檢測(cè)單元將內(nèi)部程序運(yùn)算后得到的被測(cè)設(shè)備溫度與被測(cè)設(shè)備預(yù)設(shè)的溫度報(bào)警值進(jìn)行比對(duì)，超過報(bào)警值時(shí)將溫度報(bào)警狀態(tài)通過電流環(huán)通訊端口輸出給車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，用于溫度報(bào)警顯示。

3.1單片機(jī)在溫度檢測(cè)單元中的應(yīng)用

溫度檢測(cè)單元中由單片機(jī)作為核心控制器件，分析溫度傳感器采集的列車軸箱、齒輪箱以及牽引電機(jī)的溫度信息，將采集的溫度信息處理。相對(duì)于普通的微型計(jì)算機(jī)來說，單片機(jī)作為核心控制器件，主要是因?yàn)槠渚哂幸韵碌狞c(diǎn)：成本低而且使用方便，由于體積小能夠非常靈活的運(yùn)用到其他的控制模單元中。由于單片機(jī)能夠處理簡單的數(shù)學(xué)算法，因此在其硬件構(gòu)造上相對(duì)比較簡單生產(chǎn)制造的工藝要求也比較低。單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，方便生產(chǎn)過程中的批量生產(chǎn)，大大縮減了制造成本。容易掌控。單片機(jī)使控制流程更加精簡，由于在芯片內(nèi)部構(gòu)成上采用了很多常用的控制電路模塊，在實(shí)際運(yùn)用中，能夠調(diào)用定時(shí)器、位處理器、特殊功能寄存器等功能模塊，使控制的控制過程更簡單。性能強(qiáng)，可靠性高，能在各種惡劣的環(huán)境中工作，能在零下50度到85度溫度范圍內(nèi)工作。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到了在列車車下的信息采集過程，以及列車車廂體的振動(dòng)，還有各種信息的干擾，因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用性能優(yōu)異的單片機(jī)來控制程序。使用范圍廣，節(jié)能省電。單片機(jī)的功耗非常小，能夠很方便的找到供電條件，即使在列車無電作業(yè)的狀態(tài)下，能夠通過接入外接電源給單片機(jī)供電，大大方便了使用過程。

單片機(jī)系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，單片機(jī)系統(tǒng)使設(shè)計(jì)方案更加簡單，設(shè)計(jì)方法更加靈巧。過去通常采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的控制電路系統(tǒng)，現(xiàn)在可以通過單片機(jī)用軟件編程的方法來取代很多功能性的硬件電路系統(tǒng)，簡化了電路的硬件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的生產(chǎn)成本更低。

4.溫度傳感器介紹

溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量類儀器的核心組成部分，其類型與數(shù)量非常多。按測(cè)量方式主要可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

由于動(dòng)車組軸箱與齒輪箱均位于列車車下，車輪與鐵軌之間摩擦與震動(dòng)。傳感器在車下使用環(huán)境惡劣，對(duì)于產(chǎn)品性能的要求非常強(qiáng)，列車上采集分析溫度數(shù)據(jù)精度比較高，軸溫傳感器通常采用熱敏電阻傳感器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分體式，能夠很好的利用熱電阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)規(guī)避其缺點(diǎn)。

熱電阻式傳感器優(yōu)點(diǎn)：在所有常用溫度計(jì)中，熱阻式傳感器準(zhǔn)確度最高。輸出信號(hào)強(qiáng)，靈敏度高，適合精確度要求較高的條件。測(cè)溫范圍廣，穩(wěn)定性好。無需參考點(diǎn)。溫度值可由測(cè)得的電阻值直接求出。輸出線性好。只用簡單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。

熱電阻式傳感器缺點(diǎn)：采用細(xì)金屬絲的熱電阻元件抗機(jī)械沖擊與振動(dòng)性能差。元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應(yīng)時(shí)間長。不適宜測(cè)量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。

5.結(jié)束語

隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，高鐵及動(dòng)車組列車已經(jīng)在軌道交通的舞臺(tái)上大放異彩。我國國家鐵路建設(shè)不斷的發(fā)展，高速鐵路覆蓋率逐年增高，動(dòng)車組作為高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分，速度更快，對(duì)動(dòng)車組列車及其零部件的質(zhì)量要求也更高。為保障我國高速動(dòng)車組的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提升列車運(yùn)營速度、提高列車長期服役性能，有必要對(duì)動(dòng)車組軸溫檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及其傳感器展開系統(tǒng)的研究，從而使我國軌道交通車輛設(shè)計(jì)制造水平得到大幅度提高。

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