GCY520 內(nèi)燃車制動(dòng)風(fēng)源系統(tǒng)故障分析及處理

李景州，趙廣樂

（1.太原中車時(shí)代軌道工程機(jī)械有限公司北京分公司，北京 100032；2.株洲國(guó)創(chuàng)軌道科技有限公司，湖南 株洲 412005）

1 制動(dòng)風(fēng)源系統(tǒng)

GCY520 內(nèi)燃車是中車北京二七機(jī)車有限公司研發(fā)制造的標(biāo)準(zhǔn)軌距液力傳動(dòng)機(jī)車，該車兼容深圳地鐵三期7、9、11 號(hào)線運(yùn)營(yíng)環(huán)境和檢修設(shè)備，滿足地鐵線路的限界要求，適用于地鐵線路的調(diào)車或小運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)，現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)已被太原中車時(shí)代軌道工程機(jī)械有限公司接收。

GCY520 內(nèi)燃車制動(dòng)系統(tǒng)采用了成熟的JZ-7 型制動(dòng)機(jī)，并采用了集成化安裝工藝，便于檢修和維護(hù)。該系統(tǒng)主要由風(fēng)源系統(tǒng)、JZ-7 型制動(dòng)機(jī)、旁路制動(dòng)、停放制動(dòng)、緊急制動(dòng)控制、壓力傳感器等部分組成。機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)并提供全車氣動(dòng)器械及列車制動(dòng)機(jī)所需要的壓縮空氣。風(fēng)源系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、預(yù)留吹掃接口、空氣干燥器、總風(fēng)缸、最小壓力閥、截?cái)嗳T、止回閥、節(jié)流閥、安全閥、總風(fēng)壓力傳感器等組成[1]。主要?dú)饴啡鐖D1所示。

GCY520 內(nèi)燃車安裝有皮帶輪驅(qū)動(dòng)的螺桿式空氣壓縮機(jī)，空壓機(jī)的啟停通過機(jī)車微機(jī)讀取總風(fēng)壓力傳感器的信號(hào)來控制，總風(fēng)壓降至（750±20）kPa 時(shí)啟動(dòng)，風(fēng)壓升至（900±20）kPa 時(shí)停止，是整車制動(dòng)系統(tǒng)的空氣來源。由于空壓機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)依靠機(jī)油形成一層油膜來提高機(jī)械效率，機(jī)油乳化后不僅會(huì)造成空壓機(jī)內(nèi)部零件的磨損，更會(huì)影響打風(fēng)性能，甚至威脅列車運(yùn)行安全[2]。

空壓機(jī)排出的壓縮空氣如果含有油氣、水分和灰塵通常會(huì)引起腐蝕和凍結(jié)，還會(huì)造成氣動(dòng)設(shè)備加速磨損。為了提高機(jī)車制動(dòng)機(jī)的可靠性，防止管路和配件銹蝕，延長(zhǎng)使用壽命和檢修周期，在空壓機(jī)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(jìn)一步清除壓縮空氣中的雜質(zhì)、液態(tài)水和油霧。

2 故障概況

目前在深圳地鐵配屬的9 臺(tái)GCY520 內(nèi)燃車中，由于使用頻率的差異，有7 臺(tái)空壓機(jī)機(jī)油乳化現(xiàn)象尤為頻繁和嚴(yán)重，大約每隔半月可清晰的觀察到機(jī)油變?yōu)槿辄S色粘稠狀。臨時(shí)采取的辦法為人工排掉總風(fēng)使空壓機(jī)持續(xù)工作30 分鐘左右，利用其自身產(chǎn)生的熱量使機(jī)箱內(nèi)的水分蒸發(fā)掉，試驗(yàn)一段時(shí)間后不僅效果不佳，而且經(jīng)常性更換空壓機(jī)油也造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。此外，有2 臺(tái)列車在運(yùn)行過程中總風(fēng)有泄漏，空壓機(jī)持續(xù)打風(fēng)，而總風(fēng)風(fēng)壓無論如何都無法達(dá)到設(shè)定值，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)干燥器內(nèi)部偶發(fā)排風(fēng)不止的故障，嚴(yán)重影響了列車的運(yùn)用，造成用戶用車緊張。

3 原因分析

3.1 機(jī)油乳化分析

機(jī)油乳化本質(zhì)上是由于空壓機(jī)內(nèi)產(chǎn)生或存留了大量水分，在空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與機(jī)油混合形成的。從“人、機(jī)、環(huán)境”三個(gè)方面綜合分析，主要有以下影響因素。

圖1 風(fēng)源系統(tǒng)主要?dú)饴?/p>

圖2 空壓機(jī)系統(tǒng)流程圖

3.1.1 濕熱空氣及人為影響

空壓機(jī)工作流程如圖2 所示，開機(jī)時(shí)空氣經(jīng)空氣濾清器和進(jìn)氣閥進(jìn)入主機(jī)壓縮腔，被潤(rùn)滑油冷卻后進(jìn)入油氣室，這種含油空氣在油氣室內(nèi)經(jīng)撞擊進(jìn)行第一次氣、液粗分，隨后經(jīng)過油細(xì)分離器進(jìn)行第二次氣、液精分，當(dāng)油氣室壓力達(dá)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(jī)時(shí)進(jìn)氣止回閥關(guān)閉，主機(jī)壓縮腔內(nèi)的高壓氣體返至低壓腔使進(jìn)氣閥中的泄壓閥動(dòng)作，將系統(tǒng)壓縮空氣與進(jìn)氣閥入氣口連通后經(jīng)空氣濾清器排出[3]。

深圳地處南方沿海地區(qū)，氣溫常年偏高，且空氣濕度平均保持在77%左右?？諌簷C(jī)工作時(shí)壓縮腔內(nèi)壓力劇增會(huì)造成水蒸氣的在空氣中的分壓高于飽和蒸汽壓，進(jìn)而發(fā)生液化現(xiàn)象并與潤(rùn)滑油混合。在日常的維護(hù)保養(yǎng)中，不僅要檢查潤(rùn)滑油的油位和狀態(tài)，還需人工打開空壓機(jī)底部的放油閥門進(jìn)行定期排水，如忽略此步驟會(huì)加劇機(jī)油乳化。

3.1.2 空壓機(jī)使用率低

空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在最小壓力閥作用下，優(yōu)先建立起潤(rùn)滑油循環(huán)所需要的壓力。潤(rùn)滑油進(jìn)入溫控閥后，經(jīng)油冷卻器或油過濾器并通過噴油口射入機(jī)體內(nèi)。溫控閥能控制恒定的潤(rùn)滑油溫度及粘度，當(dāng)潤(rùn)滑油溫低于77℃時(shí)，溫控閥阻斷油冷卻通路，潤(rùn)滑油經(jīng)過濾器直接流入機(jī)體，可快速積累油溫，進(jìn)而提升排氣溫度并達(dá)到空氣露點(diǎn)溫度之上。當(dāng)潤(rùn)滑油高于77℃時(shí)，溫控閥逐漸打開油冷卻通路，至88℃時(shí)全開，此時(shí)潤(rùn)滑油全部經(jīng)過油冷卻器后再進(jìn)入機(jī)體。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)測(cè)，在設(shè)計(jì)選型時(shí)空壓機(jī)流量偏大，導(dǎo)致打風(fēng)速度過快，實(shí)際使用率較低?？諌簷C(jī)平均每小時(shí)打風(fēng)3-4 次并延時(shí)4 分鐘，使用率最高僅達(dá)到30%。并且總風(fēng)風(fēng)壓達(dá)到后，空壓機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換至空載工況，使得機(jī)油溫升極其緩慢，導(dǎo)致壓縮機(jī)噴嘴處溫度低于露點(diǎn)溫度而析出液態(tài)水造成機(jī)油乳化。

3.2 干燥器故障分析

3.2.1 分子篩進(jìn)入止回閥

空氣干燥器是由兩個(gè)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(dāng)電控閥Ad 處于得電狀態(tài)而電控閥Ap 處于失電狀態(tài)時(shí)，右側(cè)進(jìn)氣閥Cd關(guān)閉，左側(cè)進(jìn)氣閥Cp 打開，左側(cè)排氣閥Bd 開啟，右側(cè)排氣閥Bp 關(guān)閉，此時(shí)，A2 塔開始工作吸附，A1 塔進(jìn)行循環(huán)再生。飽和濕空氣由開放的進(jìn)氣閥Cp 進(jìn)入右邊干燥塔，沿著箭頭的流向，經(jīng)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(jīng)分子篩吸附后借助壓力差打開出氣止回閥并送向總風(fēng)缸[4]?？諝飧稍锲魇褂玫姆肿雍Y為顆粒狀，其上方安裝有濾網(wǎng)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(wǎng)擋板，攜帶分子篩進(jìn)入止回閥導(dǎo)致閥芯卡滯無法歸位而造成總風(fēng)泄漏。更嚴(yán)重的是，分子篩被吹成粉末狀，一旦通過止回閥進(jìn)入制動(dòng)管路系統(tǒng)，后果將不堪設(shè)想。

3.2.2 組合閥密封失效

出氣止回閥的左右進(jìn)氣室有一小孔相連，經(jīng)A2 干燥塔吸附凈化后的空氣有一部分經(jīng)過小孔流向A1 干燥塔，自上而下帶走分子篩內(nèi)的水分進(jìn)行循環(huán)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(huì)導(dǎo)致泄漏[5]。

圖3 干燥器系統(tǒng)流程圖

4 處理辦法

4.1 機(jī)油乳化處理辦法

4.1.1 清洗油路系統(tǒng)

在機(jī)油發(fā)生乳化后應(yīng)首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完全清洗：將舊油放出加入新油，使空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 小時(shí)后，基本使油溫保持在60～80℃，將本次加入的機(jī)油放出使系統(tǒng)中殘留的各種有機(jī)物被清洗干凈。隨后再次加入新油并開機(jī)運(yùn)行三分鐘，這時(shí)機(jī)體油路都被充滿，油位會(huì)有所降低，補(bǔ)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(jī)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(jìn)入散熱器的油量，利于油溫快速積累，以防溫差過大導(dǎo)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(jìn)油管路中增加一個(gè)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(shè)有旁通管路，在干燥器故障無法正常工作時(shí)，關(guān)閉空壓機(jī)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(fēng)缸，而不影響機(jī)車供風(fēng)?？傦L(fēng)缸下部設(shè)有自動(dòng)排水閥，且自動(dòng)排水閥前裝有截?cái)嗳T，檢查此塞門應(yīng)為開啟狀態(tài)，排出總風(fēng)缸內(nèi)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(shí)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(tài)。

（3）如果發(fā)現(xiàn)止回閥閥芯座里出現(xiàn)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(wǎng)擋板。

（4）檢查總風(fēng)缸前安裝的過濾器，排查分子篩粉末是否進(jìn)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(gè)蓋卸下來，取出整個(gè)排氣閥。

（2）松開排氣活塞桿上的防松六角螺母，卸下導(dǎo)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(nèi)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(tài)不佳的密封件，同時(shí)將拆卸件清洗干凈后倒序裝回。

5 結(jié)束語

制動(dòng)系統(tǒng)的故障不分大小，任一故障都有可能嚴(yán)重影響列車的運(yùn)行安全。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的故障及時(shí)總結(jié)和處理，才能做到有的放矢。目前對(duì)深圳地鐵9 臺(tái)車初步整改后，經(jīng)實(shí)際上線運(yùn)用驗(yàn)證，空壓機(jī)改進(jìn)效果良好，干燥器故障率大大降低。