礦山電動輪典型空調系統故障診斷及維修技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司，江西貴溪 335424)

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礦山電動輪典型空調系統故障診斷及維修技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司，江西貴溪 335424)

從大型礦山電動輪汽車典型空調系統主要設計原理入手，并根據長期生產實踐的探索，提出了相應的空調系統故障診斷及維修技術。該技術實用性、可操作性強，可借鑒度高，成本能耗水平高，可提升相似行業空調系統運行的安全可靠性、可預測性及可維護能力。

礦山電動輪；典型空調系統；故障診斷及維修

0　引言

大型礦山電動輪汽車作為特大型露天礦山普遍采用的高效運輸工具，與礦山的開采、運輸工作和礦產資源的高效開發利用息息相關，舉足輕重[1]。某銅礦銅廠和富家塢采區日采選礦石產能13×104t/d，礦石年采剝總量巨大，達1.32×108t/a。截止2015年底，該礦擁有主力運輸設備830E、730E、630E、EH3500、MT3700、R-190Ⅲ、R-170大型礦山電動輪汽車共 56臺[2], 電動輪汽車工況惡劣且復雜，常受到劇烈沖擊、顛簸振動、高溫環境及油、氣、水等的污染[3]，其空調系統可調節駕駛室內空氣的溫度、濕度、流速及清潔度，預防和去除擋風玻璃上的霧霜冰雪等，能保障司機的行車安全、舒適及身心健康。

電動輪汽車空調系統是衡量電動輪汽車功能是否齊全的重要標志，對提高其作業效率、工作質量及確保司機身心健康影響極大。但因空調維修人員往往對其典型空調系統故障存在認識上的誤區，對其系統的結構原理及控制方式不熟悉，重視程度不夠，時常會出現盲目診斷的狀況。為改善司機作業環境，提高安全性、舒適性及可靠性，確保礦山安全生產，大幅提升生產效率和成本能耗水平，針對大型電動輪典型空調系統故障進行深入研究，可為類似空調的能效監測及診斷維修的可靠性提供有益的借鑒。

1　系統主要結構原理

以EH3500型大型礦山電動輪為例，其典型空調系統主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器、安全閥、儲液桶干燥器過濾器、管路及電氣控制元件等組成封閉回路，如圖1所示。該系統高、低壓兩側各部件之間通過管路連接，低壓側主要由蒸汽管、低壓管、壓縮機輸入端及壓縮機油池等構成，高壓側主要由冷凝器、儲液桶干燥器、過濾器、壓縮機輸出軸及高壓管等構成。該封閉系統內充注著R-134a制冷劑即制冷工質，它是制冷循環的工作介質，利用制冷劑的相變來傳遞熱量，需承受預定的壓力和溫度的變化。制冷劑在壓縮機的作用下可實現壓力循環流動，通過冷凝器由氣態液化為液態時放熱；而在車內由液態蒸發為氣態時吸熱，以降低車內的溫度。制冷劑在空調系統內可實現壓縮→冷凝→膨脹→蒸發的制冷循環。

圖1　典型空調系統示意圖

空調在作制冷運行時，壓縮機由發動機帶動旋轉，低溫低壓的制冷劑氣體通過壓縮機吸入閥(低壓側)被壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出壓縮機，高溫高壓的制冷劑氣體經過管路輸送至冷凝器后，在冷凝器內散熱降溫，冷凝液化成高溫高壓的液態制冷劑，經管路流入儲液桶干燥器過濾器，進行濾雜和去濕；仍處于高壓下的液態制冷劑又被壓向安全閥，該安全閥可計量進入蒸發器的制冷劑流量，制冷劑經安全閥節流，狀態發生急劇變化，變為低溫低壓的液體和飽和的蒸汽；低溫低壓的液體制冷劑經限量后進入蒸發器后，立即開始沸騰和蒸發，蒸發器送風機通過蒸發器吹出車內潮濕的熱空氣，因制冷劑溫度低于空氣溫度，它在蒸發器內大量吸收空氣中的熱量，使流經蒸發器的空氣變冷，吹出冷風送入駕駛室，產生制冷效果，空氣冷凝器中的濕氣在運動時進入蒸發器時冷凝且落入排放盤，并由此處排出駕駛室；而制冷劑本身因吸熱而蒸發變成低溫低壓的氣態制冷劑，當制冷劑又一次通過吸入側吸入壓縮機時，整個循環完成。

2　系統故障診斷及維修技術研究

2.1制冷不良故障

制冷不良故障最為常見。制冷系統結構設計復雜，接頭線路多，運行環境惡劣，因而該故障約占系統故障的80%。

制冷劑不良。若制冷劑充入方式不當，壓縮機在系統充入制冷劑后或更換后不久，極易發生故障。若制冷能力降低時，極有可能是制冷劑量充入不足，需檢漏，排除泄漏后按規定加注制冷劑；制冷劑充入過量時，制冷效果也未必更好，此時系統將在較高的壓力下運行，可能損壞系統部件，必須排出過量的制冷劑，直至高壓側儀表下降至規定值；制冷劑中混入水分或空氣時，應排放制冷劑，抽真空后按規定加注制冷劑；制冷劑中混入臟污時，需清洗安全閥，更換儲液干燥器；制冷系統堵塞時，要用制冷劑清洗制冷系統或更換儲液干燥器。

壓縮機不良。壓縮機傳動帶打滑時，需調整傳動帶張力或更換傳動帶；電磁離合器不工作且無法修復或電磁離合器線圈燒毀時，應更換電磁離合器；壓縮機軸承燒損失效時，需更換軸承；缺冷凍機油時，要及時加油，反之則應快速放出制冷劑，再重新注入制冷劑；壓縮機全部或部分凍結，導致壓縮機皮帶輪在皮帶上打滑或離合器嚙合不轉動時，應及時維修或更換壓縮機；壓縮機本身故障失效時，則需更換壓縮機。

冷凝器不良。冷凝器有臟污或堵塞時，需及時清洗冷凝器；冷凝器泄漏時，則應及時維修或更換冷凝器。

蒸發器不良。蒸發器殼體泄漏且外殼上散發出異味時，必須清洗蒸發器；外殼結霜時，宜調整風量；需排查壓力調節閥、空調新風門關閉不嚴及蒸發器溫控調整情況等。

儲液干燥器不良。若發生壓縮機不能輸送制冷劑故障時，則需更換儲液干燥器，去除安全閥內凝結的濕氣，重新充入R-134a制冷劑前，系統需抽真空；易熔塞燒毀熔化(不在裝置內)時，則更換易熔塞。

控制電路故障。傳感部件故障或節溫器電動開關燒毀而造成失效時，會導致壓縮機嚙合器不工作故障，需檢測至離合器的電流，及時修復；發生裝置輸送未經冷卻的空氣故障時，若離合器未嚙合，需檢測電路故障，帶低壓開關的裝置需在壓縮機吸入側維持41.37 kPa，保證電路接通。

制冷劑泄漏事故。既污染環境，又增加車輛維護時間和費用。即使汽車空調正常使用，因年久失修設備裂化傾向加重，法蘭墊圈和焊縫老化、軟管接頭或閥門密封處泄漏等，導致制冷效果差或不制冷；制冷系統中無制冷劑或制冷劑發生泄漏時，壓縮機潤滑油在制冷劑泄漏過程中損失較大，會引起制冷劑和潤滑油含量降低，致使空調系統難以正常工作、壓縮機潤滑異常，要及時排查原因且修復，再充入制冷劑；制冷劑大量泄漏時，易致人凍傷、致幻、昏迷或缺氧窒息，應及時堵塞泄漏點；一旦發生制冷劑全部泄漏事故，泄漏處的設備、制冷劑管線會嚴重結凍，應立即啟動制冷劑泄漏事故應急救援預案，若制冷劑管線斷裂時，必須排查所有管線是否斷裂，且噴霧狀水抑制蒸汽或改變蒸汽云流向，避免水流接觸泄漏物。

2.2間歇制冷故障

造成冷氣輸出斷續不均的主因通常是電氣部分故障，如風機開關、風機電機、電路開關等故障；壓縮機線圈和電磁閥斷路、接地不良或連接松動；壓縮機連接裝置松動；蒸發器阻塞；空調管路中有水氣等。發生空調裝置先供冷氣、后持續送熱空氣故障，若大氣溫度過高使過熱安全開關打開時，必須使系統充分冷卻，使過熱開關得以復位；系統充入制冷劑過量時，需排出過量的制冷劑，直到高壓表下降至規定值；冷凝器風扇不工作時，應排查電氣系統；一旦小蟲或其他碎屑堵塞冷凝器線圈時，則需用空氣軟管清潔冷凝器芯子。反之，如發生裝置先供冷空氣、后送熱空氣、短時間后又開始輸送冷空氣故障，若濕氣離開干燥器，且在安全閥指針上集結結冰，使制冷劑停止流向蒸發機線圈時，會浸透干燥器，需安裝新的干燥器，對系統抽真空、充入制冷劑。

發生車輛運動時裝置制冷、車輛停止時制冷停止故障，應排查或更換風扇馬達；電路斷開時，應排查、檢修電路；節溫器開關故障時，需更換節溫器；壓縮機離合器線圈部分斷開、接頭松動或不正確接地時，導致工作中離合器過早脫開故障，應及時排查、維修或更換接頭或離合器線圈。在制冷劑溫度、濕度和大氣溫度確定的條件下，系統內的濕度皆可能導致任何裝置間歇結冰故障，需安裝新干燥器，對系統抽真空、充入制冷劑；過熱調整不當時，應及時更換安全閥；而節溫器調得過低時，則調整節溫器。

2.3送風機故障

發生選擇器處于“低”位置時，送風機在“高”位置工作，或無論選擇器如何設定，送風機只在“高”位置處工作故障，其主因是導線在送風機和壓縮機開關處交叉，需參考電路圖，必要時重新接線；因電氣故障切斷所有至空調的電路時，裝置工作良好，送風機卻突然停轉，必須參照電氣簡圖，排查裝置連接電路或接地是否正確。

發生選擇器處于任何位置送風機皆不工作故障：若選擇器開關或馬達損壞時，需更換開關或馬達；端子接頭松動或接線不當時，需緊固端子接頭或排查接線；保險絲燒斷時，必須排查是否短路，更換保險絲；選擇器控制電纜斷裂或從選擇器連接針腳處斷開時，應適時進行維修或更換。

2.4空氣流動故障

當棉絨、灰塵或羽毛堵塞蒸發機的送風機一側時，會導致空調出口處有冷卻空氣，但空氣流動不充分，無法保持駕駛室涼爽故障，需卸下送風機總成，用空氣軟管吹出蒸發機線圈的異物；制冷劑含量較低時，應馬上檢查制冷劑液位，若需要再次補充；蒸發機的送風機故障時，應排檢電氣接頭和馬達；外部空氣進入卡車駕駛室時，需關閉窗子和外部通風口；為避免傷害，決不要把壓縮空氣或氧氣吸入任何制冷劑容器或部件，在高于大氣壓力狀況下R-134a與空氣或氧氣共存，會產生易燃性混和物。

2.5潤滑油不足或過量故障

空調系統內一直保持適量的潤滑油至關重要，否則會出現一系列的問題。潤滑油不足時，易導致潤滑不良、壓縮機卡住，使活動零件產生過度的摩擦和磨損；潤滑油過量時，過量的油易黏附在系統部件上，會阻礙熱交換，造成冷卻不良等問題，也可導致壓縮機出現液擊，該狀況發生于壓縮機試圖壓縮液態油而非氣化的制冷劑時，因液體無法被壓縮，導致內部零件損壞。而充入制冷劑時，應嚴守規定的充入量，更換系統部件或系統泄漏油或制冷劑，突然從系統中排出制冷劑時，要適時添加油或更換。

當將壓縮機油充入系統時，必須嚴格按下列步驟進行檢查：進行回油操作，從卡車上拆下壓縮機；通過放油塞/或高低壓接頭排出油，檢查油是否污染且變混濁，即是否出現顏色變紅、油的不透明度增加、雜質及金屬屑等狀況，將規定的油量注入壓縮機；固定或安裝一把合適的油尺，檢查前用R-134a 清潔和冷卻油尺，插入油尺檢查油位，需轉動油尺，以確保它離開曲軸等。

2.6系統侵入空氣、濕氣故障

無論多少濕氣，皆對空調系統極端有害。一旦系統泄漏時，空氣和濕氣易侵入系統，因空氣不能凝結且輕于制冷劑，空氣混入系統后，常積存于儲液干燥器或冷凝器上部，影響冷凝器冷卻散熱效果，使冷凝壓力和溫度過高，系統高、低壓側壓力偏高，壓縮機排氣管表面燙手，整個系統制冷能力降低。需排查或更換滲漏的高壓管，重新回收制冷劑后，再抽真空、充入制冷劑。

濕氣則可能聚集或凝結在安全閥的節流孔上，使制冷劑流動時受阻，或阻礙系統中任何經過節流孔的流動。需保證濕氣不得進入節流孔；測試壓縮機軸密封區域等周圍，定位泄漏源且修理泄漏處，更換儲液干燥器內已浸透水分的干燥劑或蓄能器，回收制冷劑，排查壓縮機且添加泄漏的制冷劑油量；抽空系統中制冷劑，用秤重新充入；排查空調是否正常工作，且對該系統進行性能測試，判斷該系統是否處于最佳工況。

空調系統只能采用新的、無濕氣、經過高度精煉和脫水的制冷劑油R-134a，而R-134a系統采用聚(亞烷基)二醇PAG或酯油潤滑劑，PAG 油會以極快的速度從大氣中吸入濕氣。拆裝空調系統部件，打開盛放油的容器蓋子或制冷劑油不用時，為將濕氣吸收減至最小，必須保持所有的接頭或蓋子嚴密封閉，直至開始連接時為止；儲液桶干燥器位于系統的高壓側，系統工作時摸起來可能很熱，若體現冷凝作用的儲液桶干燥器或管線溫度較低，則表明已嚴重阻塞，無法去除濕氣，宜用真空泵抽出系統中不應存在的空氣和濕氣，將系統內的壓力降至真空狀態，水(濕氣)的沸點也降至易蒸發的溫度，蒸發的濕氣即可輕易地被真空泵抽出。

2.7制冷劑軟管總成故障

制冷劑軟管和接頭若有油污，說明該處有泄漏現象。目前制冷劑泄漏檢查辦法主要有肥皂液檢漏法、鹵素燈檢漏法、電子檢漏儀檢漏法3種[3]。接頭輕微泄漏時，可及時緊固接頭或更換“O”形圈密封；在R-134a 系統中，若制冷劑管路有老化、凸起、裂紋、擦傷、彎死褶、壓扁或折斷時，通常不建議維修損壞的軟管，只能作報廢處理；緊固接頭時，必須采用扭矩扳手、支承扳手等專用工具并及時蓋上軟管總成，以防止軟管總成產生變形和污染；從卡車充入閥處安裝或拆卸軟管的過程中，為避免制冷劑泄漏，宜采用快速連接式接頭；而橡膠密封墊有老化或裂紋現象時，則必須更換成新品。

2.8空調系統異響故障

空調系統異響是指系統工作時聲響異常或產生振動。引起該故障的主因有：

系統內制冷劑含量偏低時，表明空調系統有泄漏，導致安全閥的蒸發機線圈發出嘶嘶聲；離合器嚙合或脫開時，產生快速振動；觀察孔有氣泡；水壓較低故障，必須排查檢漏、校正系統，或再次充入制冷劑；節溫器冷態控制開關故障時，需排查開關導線接頭、接線是否正確；因吸入壓力較低，氟利昂損耗開關故障時，需及時檢漏。

壓縮機缺油是常見故障，極易辨別。壓縮機缺油時，會發出異響且下部摸起來較熱，說明曲軸箱中油位過低或無潤滑油，軸承表面磨損劇烈，溫度瞬間驟升，因電機功率大，曲軸會繼續轉動，活塞、曲軸和軸承表面易被磨損或劃傷，嚴重時活塞會被卡死，應立即添加潤滑油到位；系統濕度過高時，安全閥有異響、吸入側壓力較低時，需立即更換干燥器，對系統抽真空、充注制冷劑；軸承、張緊輪或皮帶輪故障時，運行過程中有異響且伴有嘶嘶聲或隆隆聲，或難以用手轉動皮帶輪，必須更換故障軸承；出現離合器滑動故障，若是轉子表面扭曲或離合器電樞未對準時，則必須更換部件。

傳動帶過松或打滑時，空調系統制冷效率會降低，且伴有異響或尖叫聲，需及時調節空調壓縮機張緊裝置，保證傳動帶的張緊度適宜；壓縮機有異響且伴有抖動時，說明壓縮機固定螺栓和支架安裝螺栓已松動，必須及時緊固壓縮機固定螺栓和支架安裝螺栓，避免壓縮機產生抖動；空調運行有異響且伴有機械噪聲，可能是壓縮機離合器打滑、運動件磨損或松動、排氣閥門損傷等，必須及時維修或更換備件。

系統充入制冷劑過多時，可能引起：壓縮機負荷加重，異響極大；高壓側管線發出隆隆聲或振動，壓縮機超負荷運行不久即會停機；水壓和吸入壓力過高；觀察孔內出現氣泡；耗電量陡增等故障，高濕度運轉易發生結露異常現象，甚至在壓縮機外殼上結露。制冷劑裝滿儲液干燥器后，會占據冷凝器部分容積，使冷凝器散熱面積減少，冷卻效率降低，此時歧管壓力表的高、低壓側壓力皆比正常情況下要高，應從低壓側放掉多余的制冷劑，使高壓表恢復至規定值。

2.9駕駛室內濕度過大故障

不正確操作空調時，易導致汽車駕駛室內濕度過高或通風道滴水故障，若濕度高于80%，人體水分蒸發慢，司機會有不適感，且有利于細菌繁殖，特別是高溫酷暑季節，駕駛室內濕度過大時，會抑制人體散熱，使人感到十分悶熱、煩躁；而寒冬臘月季節，駕駛室內濕度過大時，會加速熱傳導，使人覺得陰冷、抑郁。故打開汽車通風口或門窗時，需及時關閉；排水管位置設計不當或堵塞時，應根據蒸發機芯子將軟管設于高壓區域；若在45°角處出現任何可能的高壓，必須切斷軟管且使開口處朝向機器后部。

2.10制冷劑充入、排放事故

對制冷劑的任何維護、充入或排放操作，必須由受過專門訓練的合格維修人員執行。若誤將R-12制冷劑充入R-134a空調系統，會產生壓縮機卡住等嚴重問題，充入制冷劑前必須確認型號是R-134a，同時采取相應的預防措施，包括使用不同形狀的備用閥，不同的服務工具、螺紋尺寸、標識及標簽等。為防止基于R-12系統的制冷劑和潤滑劑的意外交叉混合，R-134a系統必須使用一種新型專用保養軟管的管接頭。

正確的充入決定，對空調系統的性能極為重要。充入制冷劑時，系統皆處于高壓下，在壓力下維修系統，制冷劑易排入大氣，危害環境，必須做好防范措施；若系統混入空氣，其主因通常是未采用許可的帶有校準充入機構或質量秤的加熱設備；系統充料時加探測染料，制冷劑泄漏處會遺留染料痕跡，可用紫外光(黑光)檢測出明亮的熒光[4]。從空調中排出制冷劑時，易出現排放事故，吸入制冷劑/潤滑劑蒸汽或噴霧，因而操作時必須符合SAE/UL標準，采用R-134a 專用回收裝置，且保證工作區域通風良好。

3　結束語

針對大型礦用電動輪汽車典型空調系統故障診斷與維修技術進行深入的研究，可大幅提高系統運行的安全可靠性、可維護性及可預測性，車輛可開動率高，能為礦山安全生產保駕護航，延長系統使用壽命，提升成本能耗水平，提供強有力的技術保障。

【1】李勇.楊耀東.馬飛.礦用電動輪自卸車的概況及未來發展趨勢[J].礦山機械,2010(14)：9-16.

【2】張偉旗.基于ANSYS的大型電動輪巨型輪胎失效仿真研究[J].汽車零部件,2015(11):23-26.

ZHANG W Q.Failure Simulation Research of Large Mine Electrics Wheel Giant Tires Based on ANSYS[J].Automobile Parts,2015(11):23-26.

【3】吳國棟.工程機械空調系統及其故障診斷[J].建筑機械化,2003(7)：41-43.

WU G D.Construction Machinery and Equipment Air-conditioning Systems and Their Failure Diagnosis[J].Construction Mechanization,2003(7)：41-43.

【4】張偉旗.礦用電動輪空調系統泄漏故障診斷與維修探析[J].有色冶金節能,2015(1)：30-33,41.

ZHANG W Q.Discussion on the Leakage Diagnosis and Maintenance of Air Conditioning System of Mining Electric Wheels[J].Energy Saving of Non-ferrous Metallurgy,2015(1)：30-33,41.

The Fault Diagnosis and Maintenance Technology of Mining Electric Wheel Typical Air Conditioning System

ZHANG Weiqi

(Copper Co.,Ltd.,of Jiangxi Copper Corporation，Guixi Jiangxi 335424，China)

A large mining electric wheel cars typical air-conditioning system main design principle was analyzed. According to the production practice for a long time, the corresponding air-conditioning system fault diagnosis and maintenance technology was put forward.The technology has strong practicability and maneuverability, high reference value, high cost of energy consumption level.It can improve safety and reliability, predictability, and maintainable ability of air conditioning system running in similar industry.

Mining electric wheel cars；Typical air conditioning systems； Fault diagnosis and maintenance

2016-04-01

張偉旗(1965—)，男，工學學士，高級工程師，中國機械工程學會高級會員，研究方向為礦山機械、銅加工、有色冶金、機電設備工程、教育教學研究。E-mail：zhangwq678@126.com。

U463.85+1

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1674-1986(2016)08-072-04