機車“IDU顯示屏報壓縮機故障”原因分析及處理

摘要 螺桿空壓機是將原動機的機械能轉化為氣體壓力能的一種通用設備，該文依據螺桿式壓縮機工作原理及其結構，歸納總結了“IDU顯示屏報壓縮機故障”發生的原因，并提出了相關的處理方法，旨在提高螺桿空壓機的運行率，減少因故障帶來的損失。

關鍵詞 螺桿空壓機；工作原理；壓縮機故障

中圖分類號 U269 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0004-03

0 引言

風源系統是整列車空氣管路系統的基礎，負責給機車、車輛的氣動部件，以及制動機生產并提供所需的高質量潔凈、干燥和穩定的壓縮空氣，機車壓縮空氣的產生，全由螺桿空氣壓縮機組完成，因此在風源系統中空氣壓縮機組是必不可少的主要部件[1]。若不能正常提供壓縮空氣，將會給機組的安全運行帶來極大的威脅，需要定期對其進行整體檢修，以防出現問題。

1 螺桿式空壓機介紹

螺桿壓縮機結構簡單、部件數量少，螺桿軸承等主要部件耐磨性好，排氣量基本不受排氣壓力影響，在絕大多數的工況下能保持很高的工作效率。

1.1 空壓機結構及工作原理

螺桿壓縮機組主要由三個部分組成，如圖1所示。即驅動電機裝置、空氣壓縮機組、風冷卻裝置[2]，三部分由螺栓連接成為一個緊湊、自承式機組，然后通過彈性減振器和安裝架連接到車體。

空壓機主要由空氣系統、潤滑油系統和冷卻系統三個系統組成。空氣系統流程主要由空氣濾清器、進氣閥、油氣室、油細分離器、最小壓力閥、冷卻器，安全閥和壓力開關組成。

空壓機開機時由空氣濾清器吸入空氣，并通過進氣閥進入主機，經由主機壓縮腔壓縮，然后潤滑油對其冷卻后排入油氣室，該油氣混合氣體在油氣室撞擊折流板進行第一次氣、液粗分，再經過油細分離器進行第二次氣、液分離，當油氣室壓力達到650 kPa時，通過最小壓力閥被壓縮的空氣排出，經后冷卻裝置冷卻后，進入干燥器。

空壓機組停機時，最小壓力閥關閉并切斷后部管道的高壓氣路，阻止高壓氣經最小壓力閥返回主機系統，同時進氣閥板關閉，螺桿主機壓縮腔的高壓氣體返至低壓腔讓進氣閥中的泄壓閥動作，將壓縮空氣與進氣閥吸氣口連通經由空氣濾清器排到外界大氣。

潤滑油系統主要包括溫控閥、油過濾器、可視回油單向閥、油細分離器、油冷卻器和油氣室，其中含有主回路與輔助回路。

主回路：空壓機組起動時，最小壓力閥處于關閉狀態，為使其優先建立起油路循環，潤滑油被壓入溫控閥，潤滑油經油冷卻器冷卻和油過濾器過濾，通過噴油口進入機體內，然后潤滑油隨壓縮空氣排到油氣室進行油氣分離。

輔助回路：油氣混合氣體經油氣室粗分后，進入油細分離器進行進一步的油氣分離，聚集在機體底部的少量潤滑油，經回油管和可視回油單向閥，進入機體，用來潤滑軸承并返回油氣室。

冷風系統包括風機、冷卻器等。壓縮機組運行時，驅動電機帶動葉輪高速旋轉，從導風口吸入周圍環境中的冷風，其經葉輪加速甩出后，沿導風罩吹向冷卻器。

1.2 控制原理

機車對空壓機控制為：在任何情況下，總風壓力到9 bar時，空壓機將不打風或停止打風，在列車激活后首次打風兩個空壓機一起打風，總風壓力為9 bar時停止打風。正常運行時，風缸壓力小于7.5 bar時空壓機電源得電，僅有一臺空壓機打風；風缸壓力大于9 bar時空壓機電源失電，保證總風缸內壓縮空氣壓力維持在7.5～9 bar之間；在總風壓力在低于6.8 bar時，兩端壓縮機同時啟動，當總風壓力達到9 bar時停止。如果司機選擇了強泵模式，整列車的所有壓縮機（可用，無故障，電源正常）應立刻啟動，當機車總風壓力達9 bar時，司機應斷開強泵模式，壓縮機組停止工作。為保證空壓機供給空氣制動系統用風設備的空氣質量，在任何情況下，干燥器都將保持同空壓機同步工作，壓縮機啟停控制如圖2

所示。

為保障空壓機的良好運行，當問題發生時，可自動采取保護措施，減少對空壓機的損耗，因此配置了很多控制器，如溫度開關、壓力開關等。其中主要涉及對空壓機的溫度、氣壓進行保護，當超溫、超壓時，能夠自動停機，保證空壓機的使用壽命。

溫度開關安裝在主機機體中部（可視回油單向閥下方），溫度設定為115±5℃，處于常閉狀態，串接于控制電路，當主機排氣溫度超過設定值時，溫度開關斷開，空壓機斷電停機，起到超溫保護的作用[3]。

壓力開關裝在主機殼體進氣腔處，受進氣腔壓力控制，其斷開值設置為0.3 MPa，并串接在控制電路中。當空壓機壓力超過0.3 MPa時，壓力開關斷開，空壓機斷電停機，空壓機停機后，必須等待14 s內泄壓至0.3 MPa以下時方能再次啟動[4]，溫度開關和壓力開關的控制電路圖如圖3所示。

2 案例分析

2.1 案例描述

根據某型機車實際運營故障反饋，其安裝使用的螺桿空壓機在停機后14 s內未收到壓縮機壓力開關閉合的信號，導致出現“IDU顯示屏報壓縮機故障”。

2.2 動作分析

（1）壓縮機工作時，進氣閥打開，氣體經機頭壓縮后，經過最小壓力閥和冷卻器到達出氣座，然后經管路進入干燥器氣缸（約50 L）；

（2）壓縮機停機時，進氣閥關閉，最小壓力閥閥板關閉，機頭腔體內的壓縮氣體通過放空管從進氣閥內放空 ；

（3）壓縮機停機時，干燥器氣缸內的壓縮氣體回流至出氣座、冷卻器，最小壓力閥閥板關閉，起到單向功能，壓縮氣體不進入機頭腔體內；

（4）螺桿空壓機停機后，機體內的壓力應在14 s內卸壓至300 kPa以下，同時設有重新啟動壓力開關，機車報“IDU顯示屏報壓縮機故障”，由于機車未及時收到壓縮機壓力開關閉合的信號，閃報故障。

2.3 原因分析

2.3.1 機理分析

造成空壓機“IDU顯示屏報壓縮機故障”的原因有很多，例如信號線虛接、壓力開關故障、壓力開關閉合值小等，結合壓縮機的結構及動作分析，可能導致“IDU顯示屏報壓縮機故障”的原因如圖4所示。

2.3.2 部件分析

（1）信號線虛接或其他錯誤信號。

虛接是一種在生產過程中，因生產工藝不符合要求引起的不穩定狀態；或電器因長時間使用導致一些發熱較嚴重的零部件，其焊腳處的焊點出現老化剝離引起的不穩定狀態，通過對焊點的檢查和按照電路圖對線路連接的排查，沒有發現因信號線虛接和錯誤信號造成“IDU顯示屏報壓縮機故障”的可能。

（2）壓縮機上的壓力開關故障或閉合值太小。

壓力開關裝在主機殼體進氣腔處（在進氣閥之下），串接在控制電路中，壓力開關的外觀如圖5所示，為防止帶負載啟動，空壓機停機后，由于壓縮空氣回流，導致進氣腔內壓力驟增，當壓力超過0.3 MPa時，壓力開關斷開，只有其內部壓力低于0.3 MPa，并且機體內的卸壓時間小于14 s時，壓力開關再次接通，此時空壓機方可起動。

造成“IDU顯示屏報壓縮機故障”的原因可能是壓力開關故障或關閉值小于設定值0.3 MPa，但檢查退回的壓力開關，其外觀并無異常，端子無變形，實測壓力開關閉合值318 kPa，符合要求。

（3）進氣閥放空管不暢。

放空管就是把容器、管道等設備中的介質排放出，通過對放空管的吹掃并沒有發現異物，因此不可能造成“IDU顯示屏報壓縮機故障”。

（4）壓縮機上的最小壓力閥。

最小壓力閥位于油細分離器座的下部，初始開啟壓力為0.4～0.6 MPa，其有以下三個功能：

1）空壓機剛開始運行，壓力低于0.4～0.6 MPa的時候，最小壓力閥閥板關閉，并無氣體輸出，為保證空壓機內部迅速建立起壓力，實現油路循環。

2）當壓力超過0.4～0.6 MPa時，最小壓力閥閥板打開，從而降低流過油氣分離器的壓縮空氣流速，提高油細分離效果，確保油細分離器不會因壓差過大而受損。

3）空壓機停機時，空壓機開始泄壓，系統壓力隨之下降，在外部空氣壓力和彈簧力的作用下最小壓力閥閥板關閉，以防止系統外的壓縮空氣回流，起止回作用。

通過檢查退回的最小壓力閥閥芯及閥板（如圖6所示），發現閥芯O形圈磨損嚴重，閥板未見異常；經氣密性測試，閥板并無漏氣現象；但閥芯和最小壓力閥殼體會發生卡滯，導致機體內的壓力在14 s內未卸壓至

0.3 MPa以下，從而造成“IDU顯示屏報壓縮機故障”。

2.4 處理方法

由于采用的是國外進口的O形圈，現在換成國產的O形環，兩者在工藝和材料上有所差異，產品在長期壓縮的狀態下會產生壓縮應力松弛現象，隨著時間的增長壓縮應力減小，壓縮應力松弛現象會慢慢擴大，壓縮量和拉伸量也越來越小，導致O形圈彈性不足，失去密封能力。同時因使用環境的溫度影響，O形圈變形量越來越大，當產品變形超過40%的時候就會發生泄漏，此外壓縮空氣的壓力對O形圈的變形影響程度更大。因此在長時間的壓力和溫度作用下O形圈逐漸發生塑性變形，且該變形是不可逆，在運行過程中O形圈被擠入密封間隙而引起間隙咬傷或O形圈在運動時出現扭曲現象，從而導致閥芯O形圈磨損嚴重并和最小壓力閥殼體發生卡滯，最終發生泄漏，造成“IDU顯示屏報壓縮機故障”。后續要對O形圈的設計、生產工藝和材料進行改進和調整，根據工作環境選用適當的橡膠材料，改善O形密封圈材料的耐壓性能，增加材料硬度，降低材料壓縮的永久變形的情況。

3 結束語

空氣壓縮機組作為風源系統中必不可少的主要部件，需要定期對其進行整體檢修，以防出現問題，通過對螺桿式空氣壓縮機“IDU顯示屏報壓縮機故障”的分析，為類似問題的解決提供參考。同時要加強設備的日常運行維護和定期檢查，做好常規部件的儲備，可降低維護成本和維護強度，延長空氣壓縮機的無故障運行時間，提高設備的運行可靠性，減少因故障帶來的損失。

參考文獻

[1]方長征，劉泉，毛金虎.DK-2型機車電空制動系統[M].北京：中國鐵道出版社， 2021：11.

[2]黃龍.移動螺桿空壓機的典型故障及使用維護[J].采礦技術， 2021（2）：158-160.

[3]周曉凱.噴油螺桿空壓機故障原因分析及改進方法[J].工程機械文摘， 2021（3）：19-22.

[4]機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件第2部分：螺桿空氣壓縮機組：TB/T 2710.2—2015[S].北京：國家鐵路局， 2016.

收稿日期：2024-06-05

作者簡介：司文強（1993—），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：制動控制。