CRH3 型动车组失稳检测系统浅析

刘志成 杨孟轲

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：失稳检测系统是列车安全、可靠运行的重要保障，它能够实时监测转向架蛇行运动和车体倾斜角度。当监测数据超过阈值时，该系统通过失稳主机及时向制动装置发出制动信号，并向控制室发出报警信号。本文浅述CRH3型动车组失稳检测系统功能和工作方式，对失稳主机、失稳检测传感器和平稳性检测传感器的组成和功能进行分析，论述失稳检测系统阈值比较的工作过程。

关键字：失稳主机;失稳检测传感器;失稳检测系

一、失稳检测系统研究意义

失稳检测系统是列车运行时必不可少的检测装置，它的主要功能是实时监测车辆运行时的稳定性，利用传感器检测车体的横向加速度、垂向加速度及纵向加速度，进而获取转向架轮对、空簧、车体等部位的实时状态，并以电信号的方式传送到失稳检测系统主机。该系统的车辆可靠性评价参照GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中关于车体振动加速度的要求，结合列车转向架监测的成熟经验，建立动车组综合诊断模型，实时评估列车运行状态^[1-2]。该系统具有如下功能:（1）在线信息存储及数据下载功能。实时保存列车运行时车体的横向、纵向、垂向加速度信息，同时可以自动保存每次报警前后5分钟内的加速度传感器输出值，且总存储时间不小于15天，数据下载接口采用USB接口。（2）系统自身检测功能。该系统实时检测自身各部件的工作是否正常，快速发现设备故障并能够及时输出故障诊断结果。（3）网络通信功能。失稳检测主机具备MVB/以太网通信接口，能接收列车网络下发的时间、速度、公里标等公共信息，并将稳定性诊断结果实时上报列车网络。

二、失稳检测系统组成

2.1失稳检测主机

动车组失稳检测主机位于车上电器柜中，采用3U金属机箱，以保证良好的屏蔽功能，同时兼备较好的抗振性能^[3]。从硬件结构角度，失稳主机可以分成电源板、信号采集板、通讯板、处理器和存储器等部件，传感器采集到的电信号经过信号采集板卡输送到处理器中，再经过通信板卡传送到列车网络中；从信号处理角度，失稳主机可以分失稳检测和平稳性监控两个模块，每个模块具备独立的电源板和信号采集板，能独立采集处理失稳检测信号和平稳检测信号。如图2.1所示，图（a）为失稳检测主机设计图；图（b）为失稳检测主机实物图。

（a） （b）

图2.1 失稳检测主机

2.2失稳传感器

动车组失稳检测传感器由横向加速度传感器、宝塔接头、信号线缆、线缆防护管及Amphenol接头组成，水平固定在转向架上，能将转向架横向、垂向、纵向加速度值转化为电流信号，输出给监控主机。传感器的各个部件组装在一起，在使用时要求整体使用，所以在实际安装和调试时禁止拆卸部件。失稳传感器应用12V直流电源供电，输出电流范围在4mA至20mA，工作温度在-40摄氏度到85摄氏度之间。如图2.2所示，图（a）为失稳检测传感器三维模型图，图（b）为失稳检测传感器实物图。

（a） （b）

图2.2 失稳检测传感器

2.3平稳性监控传感器

平稳性监控传感器由车体加速度传感器、传感器信号电缆、电缆连接器、电缆护套及电缆卡组成，需水平固定车体底部。平稳性监控传感器的主要功能是将列车车体的横向、垂向、纵向加速度值转化为电流信号，然后将该信号发送至检测主机进行判断处理。平稳性监控传感器是对车体位置的监控，对运行中的列车车体实时监测，以确保列车运行中的舒适度与安全性。图2.3 为平稳性监控传感器。

图2.3平稳性监控传感器

动车组失稳检测主机、失稳检测传感器、平稳性监控传感器等部件构成了动车组失稳检测系统，该系统实时检测动车运行时的位置参数，保证列车安全稳定运行。当系统检测到车体位置参数超过预先设定的阈值时，由失稳检测主机主动发出列车限速信号，并及时向控制室发送报警信号，以便相关人员采取紧急措施。

三、失稳系统工作流程

失稳系统工作流程如下图所示，图3.1为列车失稳系统组成图。图3.2为失稳系统程序流程图。

图3.1列车失稳系统组成图 图3.2失稳系统程序流程图

动车组的每辆车都装配失稳检测系统，每套系统有两组传感器装置，分别位于车体的一位端和二位端车下，利用列车网络将不同节车辆失稳检测系统连接起来，一并反馈到控制室。其工作流程主要分为三个步骤：（1）传感器检测转向架以及车体的位置信息；（2）传感器将位置信息转换为电信号，通过信号线缆将电信号传送至失稳主机；（3）失稳主机对信号进行阈值判断，进而向制动装置和控制室发出相应的信号。

总结

失稳检测系统在列车安全运行领域具有重要的研究价值，是确保列车稳定运行的重要部分。失稳检测系统的主要功能有：在线信息存储及数据下载功能；系统自身故障检测功能；网络通信功能等，通过列车网络将每辆车的失稳检测系统连接起来。当检测信号值超过主机预设阈值时，则失稳主机立即向列车制动装置发出制动信号，并向控制室发出报警信号，告知工作人员列车发生失稳故障。正是由于失稳检测系统的存在，才保证了动车组的安全、可靠运行。

参考文献

蔡里军.基于FPGA的高速列车转向架蛇行失稳检测装置[D].西南交通大学,2012.

赵灿.转向架失稳检测装置电磁兼容研究[D].西南交通大学,2015.

刘海龙,于佳,贾伟男.基于中国标准动车组失稳检测系统的调试故障浅析[J]. 中国战略新兴产业, 2018, No.156(24):66-66.