CRH3动车组轴端速度传感器故障分析与研究

王立栋 刘磊 胡洋

摘要：轴端速度传感器是动车组防滑保护系统的关键部件，传感器故障可触发列车限速、紧急制动停车。对动车组运营车辆故障的轴端速度传感器进行检测分析，发现霍尔元件损坏、传感器误报、传感器外部击打损伤、传感器探头端面电蚀是速度传感器故障的四个主因，并提出有效减少故障发生的措施。

关键词：速度传感器;故障分析;动车组

1速度传感器的分类及其防滑工作原理

铁路车辆速度传感器主要有三类：霍尔速度传感器、磁电式速度传感器、光电转速传感器。其中，霍尔速度传感器的输出信号为0～10KHz的方波电压或电流信号;磁电式速度传感器的输出信号为50～3000 Hz的近似正弦波电压信号;光电转速传感器的输出信号为0～2500 r/min的方波脉冲电压信号。由于，CRH3动车组运营速度最高可达380km/h，长时间运行轴端温度较高，不适宜使用易受温度影响的磁电式速度传感器;CRH380BL的轮对最高转速超过2400r/min，已十分接近光电转速传感器的测速最大量程，而且光电转速传感器易受油污等影响，也不适合CRH3动车组使用。以齿数为80的测速齿轮为例，霍尔传感器的量程最高可达7500r/min，而且不易受温度、环境因素影响，适合动车组使用。

如图一所示，为车辆防滑保护系统示意图，霍尔速度传感器在测试齿轮经过传感器探头时由于磁通量的变化会感应高低电平的霍尔电压，经过探头内的电壓电流转换电路、过压、反极性、耦合保护电路等硬件电路，把采集的各轴电信号经过电缆传给本车的制动控制单元后转化为速度信号。动车的防滑控制由制动控制单元与牵引控制单元完成;拖车的防滑控制由制动控制单元完成。电制动防滑和空气制动防滑是并行管理的，并且相互独立。

2速度传感器的故障检测方法：

CRH3动车组轴端速度传感器为占空比50%左右的电流型输出传感器，负载位于制动控制单元内，阻抗220Ω左右，基本技术参数如表一所示。

运营车辆更换下来的故障传感器由于没有现车的信号采集系统，我们可以按表二所示的顺序进行简单测量判断传感器的故障点。

通过以上测试检测传感器外部结构是否有损伤，技术参数是否合格。如果出现输出阻抗不正常，或者输出电流没有高低电平变化等情况，则判断为速度传感器的内部电路元器件出现故障。首先，取出传感器的电路板，观察线路板有无烧损痕迹。然后，测量电路板上的电容、电阻等元器件参数是否正常;对于单通道速度传感器出现的电路故障，可以更换相关元件到电路板的另一侧进行对比测试排查。最后，电路元器件正常，则更换端部的霍尔元件进行测试查看霍尔传感器是否损坏。

3 故障原因及相应改进措施：

对近几年故障传感器进行分析，故障主要有四类：霍尔传感器损坏、传感器误报故障、传感器外部击打损伤、传感器探头端面电蚀。运营车辆传感器出现故障后无法修复，只能更换，因此研究速度传感器故障原因及解决措施非常重要。

3.1、霍尔元件故障：霍尔元件即霍尔传感器在速度传感器故障率中比例较高，霍尔元件损坏只能更换。因此，降低霍尔元件的故障是最为重要。动车组在运行过程中，对于供电电压范围较窄的霍尔元件就很容易出现产品老化或损坏的情况，因此提高霍尔元件的供电阈值范围可以有效提高霍尔元件的使用寿命。

3.2、传感器误报：如图二所示，为速度传感器的硬件电路，目前，线上运营车辆的速度传感器的浪涌保护电路设计标准为1KV，由于车辆提供的传感器电源可能含有较高幅值的谐波成分，当超过传感器设计的浪涌防护能力时，会造成硬件电路输出引脚、电容等设备的烧损;由于传感器电缆的屏蔽层与传感器插头相连与车体等电势，耦合电路会收到干扰信号会关断输出的电流信号，导致车辆速度信号检测值出现较大误差导致车辆防滑系统保护，影响车辆稳定运行。因此，提高硬件保护电路的浪涌防护能力提高传感器的性能，另外，断开电缆与插头的屏蔽层连接可以减少干扰信号对硬件电路的影响。

3.3、传感器外部击打损伤：传感器在运行中很容易受到轨道上飞溅的石子或其它异物打击导致电缆外皮或插头损坏，如图三左侧所示，为传感器击打后插头断开的图片，该故障虽然很容易辨别，但是严重影响传感器的使用寿命。因此提高速度传感器的非金属材料特性也十分必要。另外，如图三右侧所示，传感器探头端面在运行时偶尔会受到测速齿轮的机械压痕，该故障可能是传感器气隙静态测试时合格，但测试齿轮本身或安装不合格造成气隙不等的情况无法测试，可以适当增加气隙测试点加以检测。

3.4、传感器探头端面电蚀：传感器端部由于有一圈圆形凹槽，长期使用可能积累铁屑等杂质。如图四所示，而车体上的故障电压或耦合电压在经过转向架保护接地回流时可能造成与探头的尖端放电，对传感器探头端面造成电蚀，严重影响传感器的性能。该故障可以通过对端头面的结构进行优化解决。

4 结论

经过试验检测出导致速度传感器故障的主要因素，并阐述了故障原因，提出了相应改进措施。具体效果仍需通过大量的试验验证。

参考文献

[1] TB/T 2760.2-2010：机车转速传感器  第2部分：霍尔式速度传感器.中华人民共和国铁道行业标准

[2] TB/T 2760.3-2010：机车转速传感器  第3部分：磁电式速度传感器.中华人民共和国铁道行业标准

[3] TB/T 2760.1-2010：机车转速传感器  第2部分：光电转速传感器.中华人民共和国铁道行业标准

（作者单位：中车唐山机车车辆有限公司）