高速動車組軸承預警控制參數(shù)的調查與分析

摘? 要：EN15437-2：2012只對車載軸承監(jiān)控系統(tǒng)的設計做了原則性的規(guī)定，具體參數(shù)仍是開放項。本文根據(jù)設計經驗及某型動車組實際運營的大量數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計分析方法結合IEC標準及設計經驗，給出建議值，并經裝車運營后，證明其合理有效。

關鍵詞：動車組;軸承;預警;閾值;數(shù)據(jù)采集;參數(shù);TCMS

中圖分類號：U266? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0 緒論

轉向架軸承是動車組關鍵部件之一，其結構復雜，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險，當其失效后將對動車組運行安全產生影響。

當軸承安裝正確且按規(guī)定維護時，疲勞將是其主要的失效原因。然而大量的軸承卻過早的失效，其主要原因源于未按規(guī)定安裝、不良的潤滑、過載、過熱、異物污染、不平衡力和同軸度差等。失效早期可導致機構異常，導致軸承運行效率降低，如不能及時發(fā)現(xiàn)將使故障擴大，從而引發(fā)安全事故。

對于軸承監(jiān)測的形式，近年來國內外都對其做了大量的研究，其重點監(jiān)測形式主要集中在溫度、振動、噪音三個方面。（1）基于振動監(jiān)測的傳感器安裝要求高，必須和軸承外圈有剛性連接，不能有過渡部件或密封夾層，其應用受到一定的限制，另外還受到軸承周圍其它機械部件的振動影響，使其監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理變得復雜。（2）最近10年，很多科研機構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速度下進行了57輪的循環(huán)監(jiān)測，成功的監(jiān)測到7只故障軸承。（3）基于溫度的監(jiān)測較為直接，但一般發(fā)生報警時，軸承一般已發(fā)生較大的故障?；诖?，研究基于溫度監(jiān)測的早期預警對于對故障提前預判將起到重要的作用。溫度預警重點要解決：1）要和軸承報警溫度相比有提前量;2）要和正常運行下的溫度區(qū)分開，以免引發(fā)誤報警。

和車載軸承溫度監(jiān)控系統(tǒng)有關的國際標準TSI（互聯(lián)互通技術規(guī)范）和EN 15437-2：2012，只對設計監(jiān)測系統(tǒng)的設計原則做了要求，但對具體參數(shù)仍在研究中，沒有給出具體數(shù)據(jù)。本文就結合實際運營的大量數(shù)量，進行分析，對基于溫度預警的閥值進行研究和討論。

1 列車軸溫數(shù)據(jù)采集

1.1 軸溫監(jiān)測系統(tǒng)

動車組軸溫監(jiān)測系統(tǒng)一般由溫度傳感器、溫度采集處理主機、TCMS等組成。傳感器安裝于軸箱上接過軸承位置，采集溫度信息;溫度采集處理主機用于采集溫度信息，對軸溫狀態(tài)進行異常判斷;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

為得到合理的預警溫度閾值，首先需要通過對在線運營的列車的軸溫進行采集。采集系統(tǒng)采用某型動車組既有軸溫報警系統(tǒng)外加實時存貯系統(tǒng)，然后對采集的數(shù)據(jù)進行二次分析。

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)應滿足以下要求：

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

（2）列車運營交路：選取軸承故障較高的長交距交路。

2實時軸溫數(shù)據(jù)分析

實時軸溫與列車速度關系如圖2所示。

從圖2曲線可得出，軸溫隨著首次運營的速度提高逐漸提高，隨后穩(wěn)定下來，然后和速度關聯(lián)性很小。

軸溫與本車軸溫平均值的差如圖3所示。

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

軸溫與環(huán)境溫度關系如圖4所示。

圖4為數(shù)個小時持續(xù)運營時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，軸溫也環(huán)境溫度最大值穩(wěn)定在25℃左右。

3 軸承溫度預警閾值

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

（1）絕對軸溫：溫預警應比報警差值低10～20℃，但溫度絕對值不應超過70～80℃;

（2）相對溫度：軸溫比環(huán)境溫度的差值達到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℃，考慮到陽光直射引發(fā)軸溫初始值不均勻，此條件應在絕對軸溫高于40～50℃時才能考慮。

4 裝車運營測試

采用上述設定，在某型動車組批量改造，經過3個月的裝車運營測試，結果表明，按該閾值設置后，未發(fā)生誤報或漏報現(xiàn)象，故該參數(shù)的設定值合理、有效。

5 結論[1]

（1）本文通過對軸溫實時長期的測量，根據(jù)統(tǒng)計結果得到建議預警閾值，實際選取時應考慮傳感器測量系統(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標準要求，傳感器安裝位置應盡可能位于承載部位，如果安裝略有偏離，應根據(jù)型式試驗結果加以修正。

（3）根據(jù)鐵路總公司運營管理要求，發(fā)生預警時，列車控制系統(tǒng)應立即給出警示，司機和機械師應加強對異常部位溫度的監(jiān)控;同時司機可在軸溫不再升高的情況下運營到下一車站停車檢查故障部位軸承溫度;如果運營途中發(fā)出故障部位軸溫快速升高、溫度指示消失或顯示異常時應立即停車檢查。

參考文獻

[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

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