廣州地鐵內燃機車空壓機不打風故障分析及改進

劉金龍

0 前言

地鐵內燃機車是保證地鐵安全運營不可缺少的設備，擔負著緊急救援、調車作業、供電設備和線路維修、線路和接觸網檢測、鋼軌打磨修復等任務。目前廣州地鐵八號線共配置4臺內燃機車用于日常地鐵施工，內燃機車上使用的空壓機主要有活塞式空壓機和螺桿式空壓機兩種[1]，其中JX-3DT型架線車采用了斯可絡SCR-10T螺桿式空壓機。隨著使用年限的增加，該型號空壓機存在的問題逐步增多，如空壓機不打風、打風不止、潤滑油乳化等故障，這都會影響內燃機車的正常運行，尤其是螺桿式空壓機不打風故障由于多次反復出現，對架線車的運用影響極大。2015年至今，JX-3DT架線車的螺桿式空壓機出現不打風故障多達3次，占空壓機故障總數50%，造成延遲交車1次、正線作業取消1次。

本文重點對螺桿式空壓機不打風故障原因進行深入分析，提出相應的檢修應對措施，并對故障應急處理措施提出獨特見解，盡可能避免螺桿式空壓機不打風故障對地鐵施工、正線運營造成的影響。同時，通過對空壓機控制方式的研究，建議對控制回路增加冗余回路用于應急情況下空壓機的強迫打風及手動打風，增加空壓機控制回路的可靠性。并總結得出相關有效迅速的應急處理措施，提高檢修與駕駛人員對空壓機故障的處理能力。

1 故障分析

1.1 螺桿式空壓機控制原理

內燃機車使用的SCR-10T螺桿空壓機是由柴油機通過皮帶傳動直接驅動空壓機轉動，空壓機的運行、停止、保護工況的實現通過總風壓力控制器KP、繼電器、電磁閥KM等部件，根據機車總風缸氣壓的大小來進行控制[2]，當總風壓力小于7bar時空壓機運行，大于8bar時空壓機停止。進氣閥各部件關系如圖1。

圖1 進氣閥的各部件關系圖

1.1.1 運行控制

機車點火鑰匙開關在STAR位→A41/B41線得電→KJ1.2/KJ5.2繼電器常閉觸點→41線得電→04線得電→KA1繼電器線圈得電吸合→KA1實現自鎖一直吸合→總風壓力控制器KP閉合→電磁閥KM得電→進氣閥打開→空壓機運行（如圖2所示）。

圖2 空壓機控制電路圖

電磁閥KM為常開式電磁閥，KM得電時，通道1關閉，控制塊的通道2與通道3導通，活塞下部的氣體通過通道3、2排出大氣（如圖3所示），進氣控制閥的活塞腔與轉子吸氣口相通，這樣在壓縮機運轉短時間后，活塞腔與活塞在壓縮機吸氣側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氣閥門打開。利用電磁閥可以有效地將進氣閥活塞內的氣體排出，確保進氣閥能夠可靠地打開。

圖3 進氣閥控制原理（電磁閥得電）

1.1.2 停止控制

當總風壓力達8.0bar時，總風壓力控制器KP斷開→電磁閥KM不得電→進氣閥閉合→空壓機停止打風，空壓機空轉；空壓機也可實現手動停止、緊急停止的運行功能，停機按鈕SB0/急停按鈕SB2斷開→電磁閥KM不得電→進氣閥閉合→空壓機停止打風（如圖2所示）。

電磁閥不得電時，電磁閥控制塊的通道1與電磁閥通道2、3相通，高壓排氣導入進氣閥的活塞腔，將推動閥的活塞向壓縮機吸氣側移動（向上），使進氣控制閥關小或關閉（如圖4所示），空壓機停止打風；

1.1.3 高溫停機報警

該空壓機具有排氣溫度過高保護，當系統所設定的最高排氣溫度為105～110℃，若超過該溫度則系統自行切斷電源。其控制原理為：溫度超過超過105℃→WDKZQ溫度控制器內部的④、⑤觸點閉合→KA2繼電器吸合→KA1繼電器失電斷開→電磁閥KM不得電→進氣閥閉合→空壓機停止打風（如圖2所示）。同時高溫報警的閃光蜂鳴器HRAL得電發出報警信息。

圖4 進氣閥控制原理（電磁閥失電）

1.2 具體原因分析

1.2.1 故障現象

2016年10月15日晚，該內燃機車運行至出廠線時，司機發現總風缸壓力低于5bar而總風壓力無法上升，空壓機打不上風，現場判斷該故障現場無條件修復，導致當晚的正線作業取消，影響較大。

當出現空壓機不打風的故障時，分析查找問題的基本思路有兩個[3]，一是沿空壓機起動控制線路查，查保險、繼電器、壓力開關、進氣控制電磁閥，如無問題，則沿氣動控制回路查找，檢查電磁閥的通路、進氣閥、單向閥的狀態。

機車返廠后，經檢查空壓機的控制電路工作正常，總壓壓力低于7bar時，進氣控制電磁閥兩端電壓25.6V，電壓正常，起動控制線路無異常；為排除是否為空壓機電磁閥KM的通路異常[4]，將電磁閥KM及其控制塊拆除后，啟動柴油機，空壓機能開始打風，總風壓力正常上升，但總風壓力達到規定的8bar后無法停止。由于進氣閥屬于常開式進氣閥，該現象符合拆除電磁閥KM后的現象。通過更換空壓機的電磁閥KM，故障現象消除。造成無法打風的故障原因確定為電磁閥KM故障，導致空壓機進氣閥一直處于關閉狀態，空壓機無法加載。

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。經測量電磁閥線圈阻值為60.3Ω，與同型號電磁閥對比一致，線圈無異常；該電磁閥控制塊結構較為簡單，當電磁閥失電時，通道1、2、3均相互導通；當電磁閥得電時，通道1被關閉，通道2、3相互導通。

對拆下電磁閥控制塊進行了通路測試，如圖5所示。對通道1內充入壓縮空氣，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，再進行通路測試，通道2、3均能正常排氣。經通路測試，可確定電磁閥KM故障的原因是內部通道2被堵塞。當通道2被堵塞時，進氣閥的活塞腔內壓力無法通過通道2卸壓，進氣閥活塞無法下移打開，導致進氣閥門一直處于關閉狀態（如圖3所示），使空壓機無法打風。

圖5 電磁閥控制塊的通路測試

1.2.3 電磁閥堵塞的原因分析

分析空壓機的控制回路及近幾次空壓機不打風故障情況，總結發現，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，且檢查發現該電磁閥的螺堵已有生銹跡象。由于通道2的內徑極為細小，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進入控制塊通道2，使通道2被堵塞；

2 改進措施

結合實際應用經驗，螺桿式空壓機不打風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。根據上述分析，為減少同類型故障的發生，提升故障發生時的應急處理速度，提出以下改進措施。

2.1 優化故障應急措施

當機車在正線出現不打風故障時，秉著“先通后復”的原則，需盡快進行應急處理，及時恢復用車，避免影響正線作業及第二天的正線運營。總結多次故障處理經驗、本次故障原理深入分析，同類型故障發生時，可通過拆卸電磁閥KM螺堵、或拆卸控制塊進行手動泄壓，快速排泄進氣閥活塞腔的壓力，及時恢復空壓機的打風功能，提升應急處理速度。

當電磁閥螺堵拆除時，進氣閥活塞腔內的壓力可通過螺堵安裝孔迅速排出，使進氣閥能立即正常打開、恢復空壓機正常運轉功能。

在2016年12月一次作業過程中，該空壓機再次出現了打不上風的故障，由于已經對相關人員進行了該應急措施的培訓，跟車人員立即通過拆卸螺堵泄壓的方式，5分鐘內即恢復了空壓機的運行，未對作業、行車產生影響，極大地提升了應急處理速度，同時也驗證了該應急處理措施切實可行，需大力推廣。

圖6 應急處理示意圖

2.2 加強檢修，定期拆解清洗

由于電磁閥KM內部的通道2具有內徑小、易堵塞的特點，需定期對該電磁閥進行拆解清洗，并檢查內部密封件的老化情況、緊固件和堵頭的銹蝕情況，對內部異常的電磁閥需及時進行更換。

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

（2）優化檢修工藝，在電磁閥的拆解清洗及檢查后，裝車前需進行通路測試，確保電磁閥狀態良好；

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

3 進一步改進措施

通過上述對已發生幾次的空壓機打不上風的典型故障原因進行了分析，其均是由于電磁閥內部堵塞導致，屬于機械類故障；同時，經對其余可能發生的造成空壓機無法正常工作的情況分析，提出了如下的幾種進一步改進措施。

3.1 應對電氣故障，增設冗余回路

經過對空壓機控制回路的研究分析，發現其控制回路并未設置相關冗余回路，一旦發生電氣類故障，同樣也會導致空壓機打不上風故障。

在電磁閥KM控制回路增加冗余回路[6]。電磁閥KM由總風壓力開關KP、溫度控制器WDKZQ自動控制，當總風壓力開關、溫度控制器發生故障時，電磁閥KM無法得電，空壓機同樣打不上風。因此，通過增加冗余回路甩掉故障的總風壓力開關、溫度控制器，直接由24V電壓通過控制開關再接到電磁閥使其動作（如圖7所示），實現旁路手動打風功能，用于應急情況下的使用。

圖7 冗余回路方案

實施方案：在空壓機控制盒處加裝自復位按鈕SB3（手動打風按鈕），其兩端分別接02、15線，當按下手動打風按鈕SB3時，可強制使電磁閥KM得電，實現手動強迫空壓機打風，如圖8所示。

3.2 完善工程車正線故障處理指南

通過對該空壓機控制原理的分析，作為執行裝置的電磁閥KM狀態決定了空壓機是否工作[7]。當電磁閥的線圈燒損或斷路時，空壓機無法打風。為制定電磁閥KM故障情況下的應急處理措施，對可能出現的電磁閥線圈故障、膠管破損、螺堵丟失等問題，進行了故障模擬，得出以下結論見表1。

通過對相關故障的模擬可以看出，當電磁閥線圈故障、膠管破損或螺堵丟失時，空壓機能夠繼續打風，但速度較慢，且總風壓力達到8bar時無法停止打風。如果發生在正線運行時，可采取“拆除電磁閥及控制塊”的方法，使空壓機恢復打風功能，同時降低柴油機轉速，不時排放總風缸的風，使總風缸壓力保持800kPa以下，作業完后及時回廠維修，可最大限度地避免對正線施工、地鐵運營造成影響。

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

為明確空壓機故障情況下的應急措施，對現行的《廣州地鐵工程車線上故障處理指南》中關于JX-3DT架線車空壓機“空壓機打風不止”和“空壓機不打風”兩種故障的應急措施，提出了共9項修訂意見，如表2。

4 總結

目前通過定期拆解清洗電磁閥、及時更換密封件不良的電磁閥，空壓機不能打風的故障已得到有效控制，空壓機性能有了穩定提升。另通過改造增加手動強迫打風功能，制定相關有效迅速的應急處理措施，修改完善正線故障處理指南等有針對性的措施，使駕駛人員對空壓機故障的處理能力有較大提高，避免了空壓機不打風故障對地鐵施工、正線運營造成的影響。