GCY520 內燃車制動風源系統故障分析及處理

李景州，趙廣樂

（1.太原中車時代軌道工程機械有限公司北京分公司，北京 100032；2.株洲國創軌道科技有限公司，湖南 株洲 412005）

1 制動風源系統

GCY520 內燃車是中車北京二七機車有限公司研發制造的標準軌距液力傳動機車，該車兼容深圳地鐵三期7、9、11 號線運營環境和檢修設備，滿足地鐵線路的限界要求，適用于地鐵線路的調車或小運轉作業，現相關業務已被太原中車時代軌道工程機械有限公司接收。

GCY520 內燃車制動系統采用了成熟的JZ-7 型制動機，并采用了集成化安裝工藝，便于檢修和維護。該系統主要由風源系統、JZ-7 型制動機、旁路制動、停放制動、緊急制動控制、壓力傳感器等部分組成。機車風源系統負責生產并提供全車氣動器械及列車制動機所需要的壓縮空氣。風源系統主要由空氣壓縮機、預留吹掃接口、空氣干燥器、總風缸、最小壓力閥、截斷塞門、止回閥、節流閥、安全閥、總風壓力傳感器等組成[1]。主要氣路如圖1所示。

GCY520 內燃車安裝有皮帶輪驅動的螺桿式空氣壓縮機，空壓機的啟停通過機車微機讀取總風壓力傳感器的信號來控制，總風壓降至（750±20）kPa 時啟動，風壓升至（900±20）kPa 時停止，是整車制動系統的空氣來源。由于空壓機潤滑系統依靠機油形成一層油膜來提高機械效率，機油乳化后不僅會造成空壓機內部零件的磨損，更會影響打風性能，甚至威脅列車運行安全[2]。

空壓機排出的壓縮空氣如果含有油氣、水分和灰塵通常會引起腐蝕和凍結，還會造成氣動設備加速磨損。為了提高機車制動機的可靠性，防止管路和配件銹蝕，延長使用壽命和檢修周期，在空壓機后安裝了帶電子排水過濾器的空氣干燥器，該裝置能通過分子篩進一步清除壓縮空氣中的雜質、液態水和油霧。

2 故障概況

目前在深圳地鐵配屬的9 臺GCY520 內燃車中，由于使用頻率的差異，有7 臺空壓機機油乳化現象尤為頻繁和嚴重，大約每隔半月可清晰的觀察到機油變為乳黃色粘稠狀。臨時采取的辦法為人工排掉總風使空壓機持續工作30 分鐘左右，利用其自身產生的熱量使機箱內的水分蒸發掉，試驗一段時間后不僅效果不佳，而且經常性更換空壓機油也造成了巨大經濟損失。此外，有2 臺列車在運行過程中總風有泄漏，空壓機持續打風，而總風風壓無論如何都無法達到設定值，后經排查發現干燥器內部偶發排風不止的故障，嚴重影響了列車的運用，造成用戶用車緊張。

3 原因分析

3.1 機油乳化分析

機油乳化本質上是由于空壓機內產生或存留了大量水分，在空壓機運轉過程中與機油混合形成的。從“人、機、環境”三個方面綜合分析，主要有以下影響因素。

圖1 風源系統主要氣路

圖2 空壓機系統流程圖

3.1.1 濕熱空氣及人為影響

空壓機工作流程如圖2 所示，開機時空氣經空氣濾清器和進氣閥進入主機壓縮腔，被潤滑油冷卻后進入油氣室，這種含油空氣在油氣室內經撞擊進行第一次氣、液粗分，隨后經過油細分離器進行第二次氣、液精分，當油氣室壓力達到輸出壓力后，被壓縮的空氣通過最小壓力閥和后冷卻器排出。最小壓力閥具有止回作用，可切斷后部高壓氣路，停機時進氣止回閥關閉，主機壓縮腔內的高壓氣體返至低壓腔使進氣閥中的泄壓閥動作，將系統壓縮空氣與進氣閥入氣口連通后經空氣濾清器排出[3]。

深圳地處南方沿海地區，氣溫常年偏高，且空氣濕度平均保持在77%左右。空壓機工作時壓縮腔內壓力劇增會造成水蒸氣的在空氣中的分壓高于飽和蒸汽壓，進而發生液化現象并與潤滑油混合。在日常的維護保養中，不僅要檢查潤滑油的油位和狀態，還需人工打開空壓機底部的放油閥門進行定期排水，如忽略此步驟會加劇機油乳化。

3.1.2 空壓機使用率低

空壓機啟動時，在最小壓力閥作用下，優先建立起潤滑油循環所需要的壓力。潤滑油進入溫控閥后，經油冷卻器或油過濾器并通過噴油口射入機體內。溫控閥能控制恒定的潤滑油溫度及粘度，當潤滑油溫低于77℃時，溫控閥阻斷油冷卻通路，潤滑油經過濾器直接流入機體，可快速積累油溫，進而提升排氣溫度并達到空氣露點溫度之上。當潤滑油高于77℃時，溫控閥逐漸打開油冷卻通路，至88℃時全開，此時潤滑油全部經過油冷卻器后再進入機體。

經過現場調研和實測，在設計選型時空壓機流量偏大，導致打風速度過快，實際使用率較低。空壓機平均每小時打風3-4 次并延時4 分鐘，使用率最高僅達到30%。并且總風風壓達到后，空壓機會轉換至空載工況，使得機油溫升極其緩慢，導致壓縮機噴嘴處溫度低于露點溫度而析出液態水造成機油乳化。

3.2 干燥器故障分析

3.2.1 分子篩進入止回閥

空氣干燥器是由兩個干燥塔交替工作的無熱再生式除濕凈化裝置，工作原理如圖3 所示。當電控閥Ad 處于得電狀態而電控閥Ap 處于失電狀態時，右側進氣閥Cd關閉，左側進氣閥Cp 打開，左側排氣閥Bd 開啟，右側排氣閥Bp 關閉，此時，A2 塔開始工作吸附，A1 塔進行循環再生。飽和濕空氣由開放的進氣閥Cp 進入右邊干燥塔，沿著箭頭的流向，經過干燥器下部的油水分離器除去部分較大的油水氣及灰塵，后經分子篩吸附后借助壓力差打開出氣止回閥并送向總風缸[4]。空氣干燥器使用的分子篩為顆粒狀，其上方安裝有濾網擋板和彈簧，如果分子篩加入的量不足，彈簧壓縮量減小，在壓縮空氣的壓力下易吹翻濾網擋板，攜帶分子篩進入止回閥導致閥芯卡滯無法歸位而造成總風泄漏。更嚴重的是，分子篩被吹成粉末狀，一旦通過止回閥進入制動管路系統，后果將不堪設想。

3.2.2 組合閥密封失效

出氣止回閥的左右進氣室有一小孔相連，經A2 干燥塔吸附凈化后的空氣有一部分經過小孔流向A1 干燥塔，自上而下帶走分子篩內的水分進行循環再生，并帶著離心式油水分離器下部的水滴、油滴及塵埃由排氣閥排出。組合閥閥芯或閥口損傷、密封橡膠件老化、彈簧疲勞失效，均可能會導致泄漏[5]。

圖3 干燥器系統流程圖

4 處理辦法

4.1 機油乳化處理辦法

4.1.1 清洗油路系統

在機油發生乳化后應首先對系統進行完全清洗：將舊油放出加入新油，使空壓機運轉2～3 小時后，基本使油溫保持在60～80℃，將本次加入的機油放出使系統中殘留的各種有機物被清洗干凈。隨后再次加入新油并開機運行三分鐘，這時機體油路都被充滿，油位會有所降低，補足至max 油位線即可。

4.1.2 提高溫控閥精度

為了避免空壓機使用率的影響，考慮將溫控閥的配合精度提高，減少在油溫不高的情況下通過間隙進入散熱器的油量，利于油溫快速積累，以防溫差過大導致水蒸氣在噴嘴處液化。具體方案其一是將溫控閥83 攝氏度閥芯更換為90 攝氏度閥芯；其二是在散熱器進油管路中增加一個單向閥并去掉傳感器及電磁閥。

4.2 干燥器故障處理辦法

4.2.1 切除干燥器

干燥器設有旁通管路，在干燥器故障無法正常工作時，關閉空壓機與干燥器連通管路的閥門，打開旁通管路閥門，使壓縮空氣直通總風缸，而不影響機車供風。總風缸下部設有自動排水閥，且自動排水閥前裝有截斷塞門，檢查此塞門應為開啟狀態，排出總風缸內的積水。

4.2.2 排查止回閥

（1）將閥芯座從閥體上旋下來，同時從閥體中取出彈簧和閥芯。

（2）依次將再生螺堵、O 形密封圈和再生螺釘卸下，檢查閥墊橡膠狀態。

（3）如果發現止回閥閥芯座里出現分子篩粉末，則需要將分子篩清理干凈，更換適量的分子篩使其上部彈簧能牢牢壓死濾網擋板。

（4）檢查總風缸前安裝的過濾器，排查分子篩粉末是否進入空氣管路中。

4.2.3 排查組合閥

（1）將組合閥左右兩邊的四個蓋卸下來，取出整個排氣閥。

（2）松開排氣活塞桿上的防松六角螺母，卸下導向塊和排氣活塞。

（3）將排氣活塞桿連同活塞和密封座從活塞套內取出。

（4）檢查橡膠件是否老化損壞、閥芯的閥口是否損傷、彈簧是否疲勞失效。

（5）更換狀態不佳的密封件，同時將拆卸件清洗干凈后倒序裝回。

5 結束語

制動系統的故障不分大小，任一故障都有可能嚴重影響列車的運行安全。對制動系統的故障及時總結和處理，才能做到有的放矢。目前對深圳地鐵9 臺車初步整改后，經實際上線運用驗證，空壓機改進效果良好，干燥器故障率大大降低。