3508B型發動機起動馬達故障分析及對策

曹偉劍

摘要：發動機是鋼軌打磨車的動力源，與行車安全息息相關。本文主要分析了GMC-96X型鋼軌打磨車發動機起動馬達故障情況，并提出了相應的對策措施。

關鍵詞：鋼軌打磨車;起動馬達故障;對策措施

中圖分類號：V2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0135-03

0 ?引言

隨著我國鐵路尤其是高速鐵路的快速發展，對鐵路的養護越來越重要，GMC-96X型鋼軌打磨車的運用也越來越多，伴隨產生了較多使用故障。2020年9月，某鋼軌打磨車3508B型發動機起動馬達故障，致使當日施工取消。發動機是鋼軌打磨車的動力源，與高鐵行車安全息息相關，近年來起動馬達故障頻發，構成運用安全風險，應引起我們的高度警覺。

1 ?故障經過

2020年9月，某鋼軌打磨車機組人員作出車前準備時，發現3508B型發動機無法正常起動，斷路器34QF320（10A）跳閘，啟動信號電源D420斷開（圖1），F3101A無法得電（當電門開關打開時，D420長得電，打開發動機啟動開關，ECM輸出使F3101得電，繼電器K31閉合，F3101A應得電）。檢查確認起動馬達M11、M12各接線良好，接地線無松動，蓄電池起動電壓（33）正常，但起動馬達無動作，故判斷馬達故障，施工取消。次日起動馬達送達現場，更換后修復。

2 ?原因分析

2.1 故障車輛基本情況

GMC-96X型鋼軌打磨車，生產廠家：金鷹重型工程機械有限公司;發動機型號3508B，生產廠家：美國卡特彼勒公司，序列號C8R00146，工作小時8343h。

2.2 現場調查

①C8R00146號3508B卡特彼勒發動機標牌（圖2）。

②發動機起動馬達外觀狀態區別。

3508B發動機配有兩個同型號起動馬達，馬達型號237-1962或338-3454。M11起動馬達（圖3，固定法蘭為噴涂的黃色面漆）;M12起動馬達（圖4，固定法蘭為噴涂的黑色面漆）。

③調查經過。

現場檢查發動機ECM模塊故障記錄，無異常起動等記錄。檢查起動馬達時發現：馬達小齒輪護罩內均存在大量金屬異物（打磨鋼軌后產生的金屬粉末，以下簡稱“鐵粉”）。進一步拆解起動馬達時，發現撥叉與馬達軸處也存在大量鐵粉（圖5）。

通電測試：M11起動馬達通電后，小齒輪輕微動作但未伸出（正常情況是通電后小齒輪伸出并會保持伸出狀態）;M12起動馬達通電后，小齒輪迅速伸出且能保持伸出狀態，斷電后小齒輪能迅速縮回。用萬用表檢查定子線圈絕緣性能：M11起動馬達定子線圈對地電阻為44MΩ，絕緣性能良好;M12起動馬達定子線圈對地電阻為1MΩ，絕緣性能較差。

判斷：M11起動馬達的起動電磁閥吸拉線圈損壞，導致小齒輪不能伸出，短接簧片不能接通，起動馬達無法正常工作;M12起動馬達可能存在定子線圈絕緣損壞或線圈過載燒蝕故障，導致起動馬達不能工作（圖6）。

3 ?深度分析

3.1 起動馬達工作原理

起動電磁閥結構原理：電磁閥內部使用了兩副線圈，這兩副線圈被稱為保持線圈和吸拉線圈（圖7）。兩副線圈繞同一閥芯并有相同的匝數。但是，吸拉線圈使用了直徑較大的電線以便產生更大的磁場。當起動電磁閥通電后，來自蓄電池的電流一部分流經保持線圈，其余的電流經過吸拉線圈流向起動馬達接線柱，該電流隨后流經起動馬達定子線圈后接地。小齒輪伸出至工作位置（距離齒輪護罩9mm位置）時短接簧片導通，吸拉線圈瞬間斷電（被短接簧片短路），保持線圈繼續工作。含有較小電流的保持線圈長時間工作，這一時間就是發動機起動所需的時間（起動所需時間不超過10s），保持線圈產生的熱量在可接受的水平。

起動馬達起動發動機過程雖然很短，但分為兩個階段進行。

第一階段：當鑰匙開關信號接通時，起動電磁閥的吸拉線圈與保持線圈同時通電工作，電磁閥芯將會移動，從而通過一個撥叉推動起動馬達小齒輪。隨著撥叉移動，小齒輪齒圈與發動機飛輪齒圈嚙合。第二階段：當簧片與觸點接通時蓄電池和起動馬達之間的電路接通，定子線圈與電樞產生足夠的磁場，驅動電樞轉動，小齒輪就會帶動發動機飛輪旋轉，起動馬達離合器向起動馬達提供保護，避免起動馬達在起動瞬間轉得太快。當鑰匙開關被釋放時，起動馬達小齒輪將移離飛輪齒圈，起動結束。

3.2 起動馬達故障分析

根據拆解檢查、通電檢查、用萬用表檢查的結果，我們認為：飛輪盤軸孔蓋板缺失（圖8），致使M11起動馬達撥叉與馬達軸處堆積大量鐵粉是本次故障的根本原因。

撥叉與馬達軸處的大量鐵粉銹蝕后粘結在撥叉與馬達軸表面，導致撥叉與馬達軸工作時發卡，小齒輪伸出不到位，電磁閥吸拉線圈一直處于大電流工作狀態，線圈溫度不斷上升，最終導致吸拉線圈過熱損壞，且短接簧片無法與觸點接觸，定子線圈無法工作，M11起動馬達無法參與發動機起動過程。由于GMC-96X打磨車的設計特點，3508B發動機起動時的負載較大（圖9），兩端傳動路線分別為：發動機→液力變矩器→空壓機、發動機→分動箱→驅動泵X2。

伴隨著發動機持續起動，M12起動馬達必須克服全部負載做功，這導致M12起動馬達定子線圈中的電流迅速增大，定子線圈溫度也不斷升高過熱。定子線圈不斷受到熱負荷作用，線圈最終過載受損，M12起動馬達也無法正常工作，最后發動機出現無法起動故障。

4 ?對策措施

①日常檢查飛輪盤軸孔蓋板，如缺失須第一時間補齊。定期拆卸起動馬達，檢查清理起動小齒輪防護罩與撥叉、馬達軸處的鐵粉。②定期對起動馬達的工作狀態進行檢查，依次拆除兩個起動馬達起動控制線（起動電磁閥S端子接線）進行斷電試驗：瞬間點動起動開關（不起動發動機，避免起動馬達過載），觀察發動機輸出軸是否轉動一定角度，簡單判斷通電狀態下起動馬達是否正常。一旦發現發動機輸出軸出現不轉動的情況，應及時進行排查，非緊急情況下應避免使用單個馬達起動發動機。③起動馬達相關電器元件接線必須正確無誤，接觸良好，絕對不允許有虛接、短路等現象。④應定期檢查蓄電池接線情況，保證蓄電池工作性能良好。⑤每次起動發動機的時間不得超過10s。若起動不成功，則需間隔至少2分鐘后才允許下一次起動，如果第3次還不能使發動機正常起動，則應上報并進行故障排查。⑥發動機一旦獨立運轉，嚴禁誤操作起動開關再次起動發動機，避免損壞起動馬達小齒輪和發動機飛輪齒圈。⑦定期檢查發動機外部車體起動控制系統元器件狀態，如起動繼電器、斷路器、鑰匙開關等。

5 ?結束語

從以上對3508B型發動機起動馬達的故障分析，找到了問題的癥結所在并提出對策措施，提高了鋼軌打磨車的安全運用管控水平。

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