廣州地鐵內(nèi)燃機(jī)車空壓機(jī)不打風(fēng)故障分析及改進(jìn)

劉金龍

0 前言

地鐵內(nèi)燃機(jī)車是保證地鐵安全運(yùn)營不可缺少的設(shè)備，擔(dān)負(fù)著緊急救援、調(diào)車作業(yè)、供電設(shè)備和線路維修、線路和接觸網(wǎng)檢測(cè)、鋼軌打磨修復(fù)等任務(wù)。目前廣州地鐵八號(hào)線共配置4臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車用于日常地鐵施工，內(nèi)燃機(jī)車上使用的空壓機(jī)主要有活塞式空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)兩種[1]，其中JX-3DT型架線車采用了斯可絡(luò)SCR-10T螺桿式空壓機(jī)。隨著使用年限的增加，該型號(hào)空壓機(jī)存在的問題逐步增多，如空壓機(jī)不打風(fēng)、打風(fēng)不止、潤滑油乳化等故障，這都會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)車的正常運(yùn)行，尤其是螺桿式空壓機(jī)不打風(fēng)故障由于多次反復(fù)出現(xiàn)，對(duì)架線車的運(yùn)用影響極大。2015年至今，JX-3DT架線車的螺桿式空壓機(jī)出現(xiàn)不打風(fēng)故障多達(dá)3次，占空壓機(jī)故障總數(shù)50%，造成延遲交車1次、正線作業(yè)取消1次。

本文重點(diǎn)對(duì)螺桿式空壓機(jī)不打風(fēng)故障原因進(jìn)行深入分析，提出相應(yīng)的檢修應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)故障應(yīng)急處理措施提出獨(dú)特見解，盡可能避免螺桿式空壓機(jī)不打風(fēng)故障對(duì)地鐵施工、正線運(yùn)營造成的影響。同時(shí)，通過對(duì)空壓機(jī)控制方式的研究，建議對(duì)控制回路增加冗余回路用于應(yīng)急情況下空壓機(jī)的強(qiáng)迫打風(fēng)及手動(dòng)打風(fēng)，增加空壓機(jī)控制回路的可靠性。并總結(jié)得出相關(guān)有效迅速的應(yīng)急處理措施，提高檢修與駕駛?cè)藛T對(duì)空壓機(jī)故障的處理能力。

1 故障分析

1.1 螺桿式空壓機(jī)控制原理

內(nèi)燃機(jī)車使用的SCR-10T螺桿空壓機(jī)是由柴油機(jī)通過皮帶傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，空壓機(jī)的運(yùn)行、停止、保護(hù)工況的實(shí)現(xiàn)通過總風(fēng)壓力控制器KP、繼電器、電磁閥KM等部件，根據(jù)機(jī)車總風(fēng)缸氣壓的大小來進(jìn)行控制[2]，當(dāng)總風(fēng)壓力小于7bar時(shí)空壓機(jī)運(yùn)行，大于8bar時(shí)空壓機(jī)停止。進(jìn)氣閥各部件關(guān)系如圖1。

圖1 進(jìn)氣閥的各部件關(guān)系圖

1.1.1 運(yùn)行控制

機(jī)車點(diǎn)火鑰匙開關(guān)在STAR位→A41/B41線得電→KJ1.2/KJ5.2繼電器常閉觸點(diǎn)→41線得電→04線得電→KA1繼電器線圈得電吸合→KA1實(shí)現(xiàn)自鎖一直吸合→總風(fēng)壓力控制器KP閉合→電磁閥KM得電→進(jìn)氣閥打開→空壓機(jī)運(yùn)行（如圖2所示）。

圖2 空壓機(jī)控制電路圖

電磁閥KM為常開式電磁閥，KM得電時(shí)，通道1關(guān)閉，控制塊的通道2與通道3導(dǎo)通，活塞下部的氣體通過通道3、2排出大氣（如圖3所示），進(jìn)氣控制閥的活塞腔與轉(zhuǎn)子吸氣口相通，這樣在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)短時(shí)間后，活塞腔與活塞在壓縮機(jī)吸氣側(cè)的面上形成一定壓差，依靠活塞上下壓差并克服彈簧力作用將進(jìn)氣閥門打開。利用電磁閥可以有效地將進(jìn)氣閥活塞內(nèi)的氣體排出，確保進(jìn)氣閥能夠可靠地打開。

圖3 進(jìn)氣閥控制原理（電磁閥得電）

1.1.2 停止控制

當(dāng)總風(fēng)壓力達(dá)8.0bar時(shí)，總風(fēng)壓力控制器KP斷開→電磁閥KM不得電→進(jìn)氣閥閉合→空壓機(jī)停止打風(fēng)，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)；空壓機(jī)也可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止、緊急停止的運(yùn)行功能，停機(jī)按鈕SB0/急停按鈕SB2斷開→電磁閥KM不得電→進(jìn)氣閥閉合→空壓機(jī)停止打風(fēng)（如圖2所示）。

電磁閥不得電時(shí)，電磁閥控制塊的通道1與電磁閥通道2、3相通，高壓排氣導(dǎo)入進(jìn)氣閥的活塞腔，將推動(dòng)閥的活塞向壓縮機(jī)吸氣側(cè)移動(dòng)（向上），使進(jìn)氣控制閥關(guān)小或關(guān)閉（如圖4所示），空壓機(jī)停止打風(fēng)；

1.1.3 高溫停機(jī)報(bào)警

該空壓機(jī)具有排氣溫度過高保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)所設(shè)定的最高排氣溫度為105～110℃，若超過該溫度則系統(tǒng)自行切斷電源。其控制原理為：溫度超過超過105℃→WDKZQ溫度控制器內(nèi)部的④、⑤觸點(diǎn)閉合→KA2繼電器吸合→KA1繼電器失電斷開→電磁閥KM不得電→進(jìn)氣閥閉合→空壓機(jī)停止打風(fēng)（如圖2所示）。同時(shí)高溫報(bào)警的閃光蜂鳴器HRAL得電發(fā)出報(bào)警信息。

圖4 進(jìn)氣閥控制原理（電磁閥失電）

1.2 具體原因分析

1.2.1 故障現(xiàn)象

2016年10月15日晚，該內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行至出廠線時(shí)，司機(jī)發(fā)現(xiàn)總風(fēng)缸壓力低于5bar而總風(fēng)壓力無法上升，空壓機(jī)打不上風(fēng)，現(xiàn)場(chǎng)判斷該故障現(xiàn)場(chǎng)無條件修復(fù)，導(dǎo)致當(dāng)晚的正線作業(yè)取消，影響較大。

當(dāng)出現(xiàn)空壓機(jī)不打風(fēng)的故障時(shí)，分析查找問題的基本思路有兩個(gè)[3]，一是沿空壓機(jī)起動(dòng)控制線路查，查保險(xiǎn)、繼電器、壓力開關(guān)、進(jìn)氣控制電磁閥，如無問題，則沿氣動(dòng)控制回路查找，檢查電磁閥的通路、進(jìn)氣閥、單向閥的狀態(tài)。

機(jī)車返廠后，經(jīng)檢查空壓機(jī)的控制電路工作正常，總壓壓力低于7bar時(shí)，進(jìn)氣控制電磁閥兩端電壓25.6V，電壓正常，起動(dòng)控制線路無異常；為排除是否為空壓機(jī)電磁閥KM的通路異常[4]，將電磁閥KM及其控制塊拆除后，啟動(dòng)柴油機(jī)，空壓機(jī)能開始打風(fēng)，總風(fēng)壓力正常上升，但總風(fēng)壓力達(dá)到規(guī)定的8bar后無法停止。由于進(jìn)氣閥屬于常開式進(jìn)氣閥，該現(xiàn)象符合拆除電磁閥KM后的現(xiàn)象。通過更換空壓機(jī)的電磁閥KM，故障現(xiàn)象消除。造成無法打風(fēng)的故障原因確定為電磁閥KM故障，導(dǎo)致空壓機(jī)進(jìn)氣閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，空壓機(jī)無法加載。

1.2.2 電磁閥拆解檢查

電磁閥KM主要由線圈、閥芯、控制塊等組成。經(jīng)測(cè)量電磁閥線圈阻值為60.3Ω，與同型號(hào)電磁閥對(duì)比一致，線圈無異常；該電磁閥控制塊結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，當(dāng)電磁閥失電時(shí)，通道1、2、3均相互導(dǎo)通；當(dāng)電磁閥得電時(shí)，通道1被關(guān)閉，通道2、3相互導(dǎo)通。

對(duì)拆下電磁閥控制塊進(jìn)行了通路測(cè)試，如圖5所示。對(duì)通道1內(nèi)充入壓縮空氣，通道3能正常排氣，而通道2無氣體排出，說明通道2被堵塞。將控制塊完全拆解并清洗后，再進(jìn)行通路測(cè)試，通道2、3均能正常排氣。經(jīng)通路測(cè)試，可確定電磁閥KM故障的原因是內(nèi)部通道2被堵塞。當(dāng)通道2被堵塞時(shí)，進(jìn)氣閥的活塞腔內(nèi)壓力無法通過通道2卸壓，進(jìn)氣閥活塞無法下移打開，導(dǎo)致進(jìn)氣閥門一直處于關(guān)閉狀態(tài)（如圖3所示），使空壓機(jī)無法打風(fēng)。

圖5 電磁閥控制塊的通路測(cè)試

1.2.3 電磁閥堵塞的原因分析

分析空壓機(jī)的控制回路及近幾次空壓機(jī)不打風(fēng)故障情況，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，造成電磁閥堵塞的故障原因有以下幾方面：

（1）電磁閥控制塊加工孔的堵頭容易生銹，且檢查發(fā)現(xiàn)該電磁閥的螺堵已有生銹跡象。由于通道2的內(nèi)徑極為細(xì)小，容易被鐵銹堵塞；

（2）電磁閥閥芯頂部膠墊老化脫落，部分膠墊碎末從電磁閥通道1進(jìn)入控制塊通道2，使通道2被堵塞；

2 改進(jìn)措施

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，螺桿式空壓機(jī)不打風(fēng)故障原因是電磁閥通道被堵塞居多，而電磁閥線圈故障、控制回路故障極少。根據(jù)上述分析，為減少同類型故障的發(fā)生，提升故障發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處理速度，提出以下改進(jìn)措施。

2.1 優(yōu)化故障應(yīng)急措施

當(dāng)機(jī)車在正線出現(xiàn)不打風(fēng)故障時(shí)，秉著“先通后復(fù)”的原則，需盡快進(jìn)行應(yīng)急處理，及時(shí)恢復(fù)用車，避免影響正線作業(yè)及第二天的正線運(yùn)營。總結(jié)多次故障處理經(jīng)驗(yàn)、本次故障原理深入分析，同類型故障發(fā)生時(shí)，可通過拆卸電磁閥KM螺堵、或拆卸控制塊進(jìn)行手動(dòng)泄壓，快速排泄進(jìn)氣閥活塞腔的壓力，及時(shí)恢復(fù)空壓機(jī)的打風(fēng)功能，提升應(yīng)急處理速度。

當(dāng)電磁閥螺堵拆除時(shí)，進(jìn)氣閥活塞腔內(nèi)的壓力可通過螺堵安裝孔迅速排出，使進(jìn)氣閥能立即正常打開、恢復(fù)空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)功能。

在2016年12月一次作業(yè)過程中，該空壓機(jī)再次出現(xiàn)了打不上風(fēng)的故障，由于已經(jīng)對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行了該應(yīng)急措施的培訓(xùn)，跟車人員立即通過拆卸螺堵泄壓的方式，5分鐘內(nèi)即恢復(fù)了空壓機(jī)的運(yùn)行，未對(duì)作業(yè)、行車產(chǎn)生影響，極大地提升了應(yīng)急處理速度，同時(shí)也驗(yàn)證了該應(yīng)急處理措施切實(shí)可行，需大力推廣。

圖6 應(yīng)急處理示意圖

2.2 加強(qiáng)檢修，定期拆解清洗

由于電磁閥KM內(nèi)部的通道2具有內(nèi)徑小、易堵塞的特點(diǎn)，需定期對(duì)該電磁閥進(jìn)行拆解清洗，并檢查內(nèi)部密封件的老化情況、緊固件和堵頭的銹蝕情況，對(duì)內(nèi)部異常的電磁閥需及時(shí)進(jìn)行更換。

（1）每年開展一次[5]電磁閥的拆解清洗檢查，對(duì)密封件老化、螺堵生銹的電磁閥及時(shí)進(jìn)行更換；

（2）優(yōu)化檢修工藝，在電磁閥的拆解清洗及檢查后，裝車前需進(jìn)行通路測(cè)試，確保電磁閥狀態(tài)良好；

（3）由于電磁閥使用年限過長時(shí)，內(nèi)部密封墊老化易破損，特別是閥芯針頭應(yīng)需頻繁動(dòng)作，其針頭膠墊易破損，破損老化后的膠墊在風(fēng)壓沖擊下進(jìn)入通道2小孔，易導(dǎo)致小孔堵塞進(jìn)而空壓機(jī)不能打風(fēng)，故需縮短電磁閥的更換周期，建議每4年進(jìn)行一次更換。

3 進(jìn)一步改進(jìn)措施

通過上述對(duì)已發(fā)生幾次的空壓機(jī)打不上風(fēng)的典型故障原因進(jìn)行了分析，其均是由于電磁閥內(nèi)部堵塞導(dǎo)致，屬于機(jī)械類故障；同時(shí)，經(jīng)對(duì)其余可能發(fā)生的造成空壓機(jī)無法正常工作的情況分析，提出了如下的幾種進(jìn)一步改進(jìn)措施。

3.1 應(yīng)對(duì)電氣故障，增設(shè)冗余回路

經(jīng)過對(duì)空壓機(jī)控制回路的研究分析，發(fā)現(xiàn)其控制回路并未設(shè)置相關(guān)冗余回路，一旦發(fā)生電氣類故障，同樣也會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)打不上風(fēng)故障。

在電磁閥KM控制回路增加冗余回路[6]。電磁閥KM由總風(fēng)壓力開關(guān)KP、溫度控制器WDKZQ自動(dòng)控制，當(dāng)總風(fēng)壓力開關(guān)、溫度控制器發(fā)生故障時(shí)，電磁閥KM無法得電，空壓機(jī)同樣打不上風(fēng)。因此，通過增加冗余回路甩掉故障的總風(fēng)壓力開關(guān)、溫度控制器，直接由24V電壓通過控制開關(guān)再接到電磁閥使其動(dòng)作（如圖7所示），實(shí)現(xiàn)旁路手動(dòng)打風(fēng)功能，用于應(yīng)急情況下的使用。

圖7 冗余回路方案

實(shí)施方案：在空壓機(jī)控制盒處加裝自復(fù)位按鈕SB3（手動(dòng)打風(fēng)按鈕），其兩端分別接02、15線，當(dāng)按下手動(dòng)打風(fēng)按鈕SB3時(shí)，可強(qiáng)制使電磁閥KM得電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)強(qiáng)迫空壓機(jī)打風(fēng)，如圖8所示。

3.2 完善工程車正線故障處理指南

通過對(duì)該空壓機(jī)控制原理的分析，作為執(zhí)行裝置的電磁閥KM狀態(tài)決定了空壓機(jī)是否工作[7]。當(dāng)電磁閥的線圈燒損或斷路時(shí)，空壓機(jī)無法打風(fēng)。為制定電磁閥KM故障情況下的應(yīng)急處理措施，對(duì)可能出現(xiàn)的電磁閥線圈故障、膠管破損、螺堵丟失等問題，進(jìn)行了故障模擬，得出以下結(jié)論見表1。

通過對(duì)相關(guān)故障的模擬可以看出，當(dāng)電磁閥線圈故障、膠管破損或螺堵丟失時(shí)，空壓機(jī)能夠繼續(xù)打風(fēng)，但速度較慢，且總風(fēng)壓力達(dá)到8bar時(shí)無法停止打風(fēng)。如果發(fā)生在正線運(yùn)行時(shí)，可采取“拆除電磁閥及控制塊”的方法，使空壓機(jī)恢復(fù)打風(fēng)功能，同時(shí)降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，不時(shí)排放總風(fēng)缸的風(fēng)，使總風(fēng)缸壓力保持800kPa以下，作業(yè)完后及時(shí)回廠維修，可最大限度地避免對(duì)正線施工、地鐵運(yùn)營造成影響。

圖8 冗余回路改造電路圖

表1 故障模擬情況

表2 故障處理指南修訂意見

為明確空壓機(jī)故障情況下的應(yīng)急措施，對(duì)現(xiàn)行的《廣州地鐵工程車線上故障處理指南》中關(guān)于JX-3DT架線車空壓機(jī)“空壓機(jī)打風(fēng)不止”和“空壓機(jī)不打風(fēng)”兩種故障的應(yīng)急措施，提出了共9項(xiàng)修訂意見，如表2。

4 總結(jié)

目前通過定期拆解清洗電磁閥、及時(shí)更換密封件不良的電磁閥，空壓機(jī)不能打風(fēng)的故障已得到有效控制，空壓機(jī)性能有了穩(wěn)定提升。另通過改造增加手動(dòng)強(qiáng)迫打風(fēng)功能，制定相關(guān)有效迅速的應(yīng)急處理措施，修改完善正線故障處理指南等有針對(duì)性的措施，使駕駛?cè)藛T對(duì)空壓機(jī)故障的處理能力有較大提高，避免了空壓機(jī)不打風(fēng)故障對(duì)地鐵施工、正線運(yùn)營造成的影響。