高速動(dòng)車組軸承預(yù)警控制參數(shù)的調(diào)查與分析

摘? 要：EN15437-2：2012只對(duì)車載軸承監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了原則性的規(guī)定，具體參數(shù)仍是開(kāi)放項(xiàng)。本文根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及某型動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營(yíng)的大量數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計(jì)分析方法結(jié)合IEC標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給出建議值，并經(jīng)裝車運(yùn)營(yíng)后，證明其合理有效。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;軸承;預(yù)警;閾值;數(shù)據(jù)采集;參數(shù);TCMS

中圖分類號(hào)：U266? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2019）24-0000-00

0 緒論

轉(zhuǎn)向架軸承是動(dòng)車組關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且工作環(huán)境惡劣，如高溫、高速、重載，因此其有很高的失效風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)其失效后將對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行安全產(chǎn)生影響。

當(dāng)軸承安裝正確且按規(guī)定維護(hù)時(shí)，疲勞將是其主要的失效原因。然而大量的軸承卻過(guò)早的失效，其主要原因源于未按規(guī)定安裝、不良的潤(rùn)滑、過(guò)載、過(guò)熱、異物污染、不平衡力和同軸度差等。失效早期可導(dǎo)致機(jī)構(gòu)異常，導(dǎo)致軸承運(yùn)行效率降低，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)將使故障擴(kuò)大，從而引發(fā)安全事故。

對(duì)于軸承監(jiān)測(cè)的形式，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都對(duì)其做了大量的研究，其重點(diǎn)監(jiān)測(cè)形式主要集中在溫度、振動(dòng)、噪音三個(gè)方面。（1）基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的傳感器安裝要求高，必須和軸承外圈有剛性連接，不能有過(guò)渡部件或密封夾層，其應(yīng)用受到一定的限制，另外還受到軸承周圍其它機(jī)械部件的振動(dòng)影響，使其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理變得復(fù)雜。（2）最近10年，很多科研機(jī)構(gòu)做了很多軸承噪聲與失效的嘗試和研究，如Tsukahara在TGV中安裝了8只故障的軸承，在15～130km/h速度下進(jìn)行了57輪的循環(huán)監(jiān)測(cè)，成功的監(jiān)測(cè)到7只故障軸承。（3）基于溫度的監(jiān)測(cè)較為直接，但一般發(fā)生報(bào)警時(shí)，軸承一般已發(fā)生較大的故障。基于此，研究基于溫度監(jiān)測(cè)的早期預(yù)警對(duì)于對(duì)故障提前預(yù)判將起到重要的作用。溫度預(yù)警重點(diǎn)要解決：1）要和軸承報(bào)警溫度相比有提前量;2）要和正常運(yùn)行下的溫度區(qū)分開(kāi)，以免引發(fā)誤報(bào)警。

和車載軸承溫度監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TSI（互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范）和EN 15437-2：2012，只對(duì)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則做了要求，但對(duì)具體參數(shù)仍在研究中，沒(méi)有給出具體數(shù)據(jù)。本文就結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)的大量數(shù)量，進(jìn)行分析，對(duì)基于溫度預(yù)警的閥值進(jìn)行研究和討論。

1 列車軸溫?cái)?shù)據(jù)采集

1.1 軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

動(dòng)車組軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由溫度傳感器、溫度采集處理主機(jī)、TCMS等組成。傳感器安裝于軸箱上接過(guò)軸承位置，采集溫度信息;溫度采集處理主機(jī)用于采集溫度信息，對(duì)軸溫狀態(tài)進(jìn)行異常判斷;TCMS用于給軸溫信息包括故障診斷信息的顯示，以及給司乘人員相關(guān)故障處理的指南信息。如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)采集要求

為得到合理的預(yù)警溫度閾值，首先需要通過(guò)對(duì)在線運(yùn)營(yíng)的列車的軸溫進(jìn)行采集。采集系統(tǒng)采用某型動(dòng)車組既有軸溫報(bào)警系統(tǒng)外加實(shí)時(shí)存貯系統(tǒng)，然后對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析。

為使得采集的數(shù)據(jù)具有典型性和可比較性，采集的數(shù)據(jù)應(yīng)滿足以下要求：

（1）數(shù)據(jù)采集范圍：同一列動(dòng)車的同一個(gè)單元組的所有軸承溫度;

（2）列車運(yùn)營(yíng)交路：選取軸承故障較高的長(zhǎng)交距交路。

2實(shí)時(shí)軸溫?cái)?shù)據(jù)分析

實(shí)時(shí)軸溫與列車速度關(guān)系如圖2所示。

從圖2曲線可得出，軸溫隨著首次運(yùn)營(yíng)的速度提高逐漸提高，隨后穩(wěn)定下來(lái)，然后和速度關(guān)聯(lián)性很小。

軸溫與本車軸溫平均值的差如圖3所示。

圖3為某型動(dòng)車組軸溫最大值與平均值的差趨勢(shì)圖，由此可以得出，其差值大約為5～8℃。

軸溫與環(huán)境溫度關(guān)系如圖4所示。

圖4為數(shù)個(gè)小時(shí)持續(xù)運(yùn)營(yíng)時(shí)的正常軸溫的最大值與環(huán)境溫度的差值曲線，可以看出，無(wú)論冬季還是夏季，其差值大約穩(wěn)定在20～30℃左右。

從圖5得出，采集數(shù)據(jù)的幾天內(nèi)，軸溫也環(huán)境溫度最大值穩(wěn)定在25℃左右。

3 軸承溫度預(yù)警閾值

根據(jù)上述數(shù)據(jù)的分析，考慮到軸承差異性及測(cè)量系統(tǒng)誤差，軸箱軸承故障預(yù)警閾值可以上述圖表的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的優(yōu)化，建議的閾值為：

（1）絕對(duì)軸溫：溫預(yù)警應(yīng)比報(bào)警差值低10～20℃，但溫度絕對(duì)值不應(yīng)超過(guò)70～80℃;

（2）相對(duì)溫度：軸溫比環(huán)境溫度的差值達(dá)到40～50℃;

（3）考慮平均值溫度：軸溫超出正常工作傳感器平均值40～50℃，考慮到陽(yáng)光直射引發(fā)軸溫初始值不均勻，此條件應(yīng)在絕對(duì)軸溫高于40～50℃時(shí)才能考慮。

4 裝車運(yùn)營(yíng)測(cè)試

采用上述設(shè)定，在某型動(dòng)車組批量改造，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的裝車運(yùn)營(yíng)測(cè)試，結(jié)果表明，按該閾值設(shè)置后，未發(fā)生誤報(bào)或漏報(bào)現(xiàn)象，故該參數(shù)的設(shè)定值合理、有效。

5 結(jié)論[1]

（1）本文通過(guò)對(duì)軸溫實(shí)時(shí)長(zhǎng)期的測(cè)量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到建議預(yù)警閾值，實(shí)際選取時(shí)應(yīng)考慮傳感器測(cè)量系統(tǒng)精度、傳感器安裝位置、軸承特性等綜合因素加以修正。

（2）根據(jù)EN12082和EN15437-2標(biāo)準(zhǔn)要求，傳感器安裝位置應(yīng)盡可能位于承載部位，如果安裝略有偏離，應(yīng)根據(jù)型式試驗(yàn)結(jié)果加以修正。

（3）根據(jù)鐵路總公司運(yùn)營(yíng)管理要求，發(fā)生預(yù)警時(shí)，列車控制系統(tǒng)應(yīng)立即給出警示，司機(jī)和機(jī)械師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)異常部位溫度的監(jiān)控;同時(shí)司機(jī)可在軸溫不再升高的情況下運(yùn)營(yíng)到下一車站停車檢查故障部位軸承溫度;如果運(yùn)營(yíng)途中發(fā)出故障部位軸溫快速升高、溫度指示消失或顯示異常時(shí)應(yīng)立即停車檢查。

參考文獻(xiàn)

[1] EN 12082：2010 Railway applications – Axleboxes - Performance testing[Z].

[2] EN 15437-2：2012 Railway applications - Axlebox condition monitoring - Interface and design requirements - Part 2： Performance and design requirements of on-board systems for temperature monitoring[Z].

收稿日期：2019-11-06

作者簡(jiǎn)介：孫新林（1978—），男，山西運(yùn)城人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電氣系統(tǒng)總體研究。