高速动车组轴承预警控制参数的调查与分析

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　　摘  要：EN15437-2：2012只对车载轴承监控系统的设计做了原则性的规定，具体参数仍是开放项。本文根据设计经验及某型动车组实际运营的大量数据，基于统计分析方法结合IEC标准及设计经验，给出建议值，并经装车运营后，证明其合理有效。
　　关键词：动车组;轴承;预警;阈值;数据采集;参数;TCMS
　　中图分类号：U266    文献标识码：A       文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
　　0 绪论
　　转向架轴承是动车组关键部件之一，其结构复杂，且工作环境恶劣，如高温、高速、重载，因此其有很高的失效风险，当其失效后将对动车组运行安全产生影响。
　　当轴承安装正确且按规定维护时，疲劳将是其主要的失效原因。然而大量的轴承却过早的失效，其主要原因源于未按规定安装、不良的润滑、过载、过热、异物污染、不平衡力和同轴度差等。失效早期可导致机构异常，导致轴承运行效率降低，如不能及时发现将使故障扩大，从而引发安全事故。
　　对于轴承监测的形式，近年来国内外都对其做了大量的研究，其重点监测形式主要集中在温度、振动、噪音三个方面。（1）基于振动监测的传感器安装要求高，必须和轴承外圈有刚性连接，不能有过渡部件或密封夹层，其应用受到一定的限制，另外还受到轴承周围其它机械部件的振动影响，使其监测的数据处理变得复杂。（2）最近10年，很多科研机构做了很多轴承噪声与失效的尝试和研究，如Tsukahara在TGV中安装了8只故障的轴承，在15～130km/h速度下进行了57轮的循环监测，成功的监测到7只故障轴承。（3）基于温度的监测较为直接，但一般发生报警时，轴承一般已发生较大的故障。基于此，研究基于温度监测的早期预警对于对故障提前预判将起到重要的作用。温度预警重点要解决：1）要和轴承报警温度相比有提前量;2）要和正常运行下的温度区分开，以免引发误报警。
　　和车载轴承温度监控系统有关的国际标准TSI（互联互通技术规范）和EN 15437-2：2012，只对设计监测系统的设计原则做了要求，但对具体参数仍在研究中，没有给出具体数据。本文就结合实际运营的大量数量，进行分析，对基于温度预警的阀值进行研究和讨论。
　　1 列车轴温数据采集
　　1.1 轴温监测系统
　　动车组轴温监测系统一般由温度传感器、温度采集处理主机、TCMS等组成。传感器安装于轴箱上接过轴承位置，采集温度信息;温度采集处理主机用于采集温度信息，对轴温状态进行异常判断;TCMS用于给轴温信息包括故障诊断信息的显示，以及给司乘人员相关故障处理的指南信息。如图1所示。
　　1.2 数据采集要求
　　为得到合理的预警温度阈值，首先需要通过对在线运营的列车的轴温进行采集。采集系统采用某型动车组既有轴温报警系统外加实时存贮系统，然后对采集的数据进行二次分析。
　　为使得采集的数据具有典型性和可比较性，采集的数据应满足以下要求：
　　（1）数据采集范围：同一列动车的同一个单元组的所有轴承温度;
　　（2）列车运营交路：选取轴承故障较高的长交距交路。
　　2实时轴温数据分析
　　实时轴温与列车速度关系如图2所示。
　　从图2曲线可得出，轴温随着首次运营的速度提高逐渐提高，随后稳定下来，然后和速度关联性很小。
　　轴温与本车轴温平均值的差如图3所示。
　　图3为某型动车组轴温最大值与平均值的差趋势图，由此可以得出，其差值大约为5～8℃。
　　轴温与环境温度关系如图4所示。
　　图4为数个小时持续运营时的正常轴温的最大值与环境温度的差值曲线，可以看出，无论冬季还是夏季，其差值大约稳定在20～30℃左右。
　　从图5得出，采集数据的几天内，轴温也环境温度最大值稳定在25℃左右。
　　3 轴承温度预警阈值
　　根据上述数据的分析，考虑到轴承差异性及测量系统误差，轴箱轴承故障预警阈值可以上述图表的基础上进行合理的优化，建议的阈值为：
　　（1）绝对轴温：温预警应比报警差值低10～20℃，但温度绝对值不应超过70～80℃;
　　（2）相对温度：轴温比环境温度的差值达到40～50℃;
　　（3）考虑平均值温度：轴温超出正常工作传感器平均值40～50℃，考虑到阳光直射引发轴温初始值不均匀，此条件应在绝对轴温高于40～50℃时才能考虑。
　　4 装车运营测试
　　采用上述设定，在某型动车组批量改造，经过3个月的装车运营测试，结果表明，按该阈值设置后，未发生误报或漏报现象，故该参数的设定值合理、有效。
　　5 结論[1]
　　（1）本文通过对轴温实时长期的测量，根据统计结果得到建议预警阈值，实际选取时应考虑传感器测量系统精度、传感器安装位置、轴承特性等综合因素加以修正。
　　（2）根据EN12082和EN15437-2标准要求，传感器安装位置应尽可能位于承载部位，如果安装略有偏离，应根据型式试验结果加以修正。
　　（3）根据铁路总公司运营管理要求，发生预警时，列车控制系统应立即给出警示，司机和机械师应加强对异常部位温度的监控;同时司机可在轴温不再升高的情况下运营到下一车站停车检查故障部位轴承温度;如果运营途中发出故障部位轴温快速升高、温度指示消失或显示异常时应立即停车检查。
　　参考文献
　　[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
　　作者简介：孙新林（1978—），男，山西运城人，硕士，高级工程师，研究方向：电气系统总体研究。
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