機(jī)車“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”原因分析及處理

摘要 螺桿空壓機(jī)是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力能的一種通用設(shè)備，該文依據(jù)螺桿式壓縮機(jī)工作原理及其結(jié)構(gòu)，歸納總結(jié)了“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”發(fā)生的原因，并提出了相關(guān)的處理方法，旨在提高螺桿空壓機(jī)的運(yùn)行率，減少因故障帶來(lái)的損失。

關(guān)鍵詞 螺桿空壓機(jī)；工作原理；壓縮機(jī)故障

中圖分類號(hào) U269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）01-0004-03

0 引言

風(fēng)源系統(tǒng)是整列車空氣管路系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)給機(jī)車、車輛的氣動(dòng)部件，以及制動(dòng)機(jī)生產(chǎn)并提供所需的高質(zhì)量潔凈、干燥和穩(wěn)定的壓縮空氣，機(jī)車壓縮空氣的產(chǎn)生，全由螺桿空氣壓縮機(jī)組完成，因此在風(fēng)源系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)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(huì)給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)極大的威脅，需要定期對(duì)其進(jìn)行整體檢修，以防出現(xiàn)問(wèn)題。

1 螺桿式空壓機(jī)介紹

螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件數(shù)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(shù)的工況下能保持很高的工作效率。

1.1 空壓機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

螺桿壓縮機(jī)組主要由三個(gè)部分組成，如圖1所示。即驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝置、空氣壓縮機(jī)組、風(fēng)冷卻裝置[2]，三部分由螺栓連接成為一個(gè)緊湊、自承式機(jī)組，然后通過(guò)彈性減振器和安裝架連接到車體。

空壓機(jī)主要由空氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)組成?？諝庀到y(tǒng)流程主要由空氣濾清器、進(jìn)氣閥、油氣室、油細(xì)分離器、最小壓力閥、冷卻器，安全閥和壓力開關(guān)組成。

空壓機(jī)開機(jī)時(shí)由空氣濾清器吸入空氣，并通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入主機(jī)，經(jīng)由主機(jī)壓縮腔壓縮，然后潤(rùn)滑油對(duì)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(jìn)行第一次氣、液粗分，再經(jīng)過(guò)油細(xì)分離器進(jìn)行第二次氣、液分離，當(dāng)油氣室壓力達(dá)到650 kPa時(shí)，通過(guò)最小壓力閥被壓縮的空氣排出，經(jīng)后冷卻裝置冷卻后，進(jìn)入干燥器。

空壓機(jī)組停機(jī)時(shí)，最小壓力閥關(guān)閉并切斷后部管道的高壓氣路，阻止高壓氣經(jīng)最小壓力閥返回主機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)氣閥板關(guān)閉，螺桿主機(jī)壓縮腔的高壓氣體返至低壓腔讓進(jìn)氣閥中的泄壓閥動(dòng)作，將壓縮空氣與進(jìn)氣閥吸氣口連通經(jīng)由空氣濾清器排到外界大氣。

潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要包括溫控閥、油過(guò)濾器、可視回油單向閥、油細(xì)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(jī)組起動(dòng)時(shí)，最小壓力閥處于關(guān)閉狀態(tài)，為使其優(yōu)先建立起油路循環(huán)，潤(rùn)滑油被壓入溫控閥，潤(rùn)滑油經(jīng)油冷卻器冷卻和油過(guò)濾器過(guò)濾，通過(guò)噴油口進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，然后潤(rùn)滑油隨壓縮空氣排到油氣室進(jìn)行油氣分離。

輔助回路：油氣混合氣體經(jīng)油氣室粗分后，進(jìn)入油細(xì)分離器進(jìn)行進(jìn)一步的油氣分離，聚集在機(jī)體底部的少量潤(rùn)滑油，經(jīng)回油管和可視回油單向閥，進(jìn)入機(jī)體，用來(lái)潤(rùn)滑軸承并返回油氣室。

冷風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、冷卻器等。壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，從導(dǎo)風(fēng)口吸入周圍環(huán)境中的冷風(fēng)，其經(jīng)葉輪加速甩出后，沿導(dǎo)風(fēng)罩吹向冷卻器。

1.2 控制原理

機(jī)車對(duì)空壓機(jī)控制為：在任何情況下，總風(fēng)壓力到9 bar時(shí)，空壓機(jī)將不打風(fēng)或停止打風(fēng)，在列車激活后首次打風(fēng)兩個(gè)空壓機(jī)一起打風(fēng)，總風(fēng)壓力為9 bar時(shí)停止打風(fēng)。正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)缸壓力小于7.5 bar時(shí)空壓機(jī)電源得電，僅有一臺(tái)空壓機(jī)打風(fēng)；風(fēng)缸壓力大于9 bar時(shí)空壓機(jī)電源失電，保證總風(fēng)缸內(nèi)壓縮空氣壓力維持在7.5～9 bar之間；在總風(fēng)壓力在低于6.8 bar時(shí)，兩端壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)總風(fēng)壓力達(dá)到9 bar時(shí)停止。如果司機(jī)選擇了強(qiáng)泵模式，整列車的所有壓縮機(jī)（可用，無(wú)故障，電源正常）應(yīng)立刻啟動(dòng)，當(dāng)機(jī)車總風(fēng)壓力達(dá)9 bar時(shí)，司機(jī)應(yīng)斷開強(qiáng)泵模式，壓縮機(jī)組停止工作。為保證空壓機(jī)供給空氣制動(dòng)系統(tǒng)用風(fēng)設(shè)備的空氣質(zhì)量，在任何情況下，干燥器都將保持同空壓機(jī)同步工作，壓縮機(jī)啟?？刂迫鐖D2

所示。

為保障空壓機(jī)的良好運(yùn)行，當(dāng)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，可自動(dòng)采取保護(hù)措施，減少對(duì)空壓機(jī)的損耗，因此配置了很多控制器，如溫度開關(guān)、壓力開關(guān)等。其中主要涉及對(duì)空壓機(jī)的溫度、氣壓進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)超溫、超壓時(shí)，能夠自動(dòng)停機(jī)，保證空壓機(jī)的使用壽命。

溫度開關(guān)安裝在主機(jī)機(jī)體中部（可視回油單向閥下方），溫度設(shè)定為115±5℃，處于常閉狀態(tài)，串接于控制電路，當(dāng)主機(jī)排氣溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，溫度開關(guān)斷開，空壓機(jī)斷電停機(jī)，起到超溫保護(hù)的作用[3]。

壓力開關(guān)裝在主機(jī)殼體進(jìn)氣腔處，受進(jìn)氣腔壓力控制，其斷開值設(shè)置為0.3 MPa，并串接在控制電路中。當(dāng)空壓機(jī)壓力超過(guò)0.3 MPa時(shí)，壓力開關(guān)斷開，空壓機(jī)斷電停機(jī)，空壓機(jī)停機(jī)后，必須等待14 s內(nèi)泄壓至0.3 MPa以下時(shí)方能再次啟動(dòng)[4]，溫度開關(guān)和壓力開關(guān)的控制電路圖如圖3所示。

2 案例分析

2.1 案例描述

根據(jù)某型機(jī)車實(shí)際運(yùn)營(yíng)故障反饋，其安裝使用的螺桿空壓機(jī)在停機(jī)后14 s內(nèi)未收到壓縮機(jī)壓力開關(guān)閉合的信號(hào)，導(dǎo)致出現(xiàn)“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”。

2.2 動(dòng)作分析

（1）壓縮機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣閥打開，氣體經(jīng)機(jī)頭壓縮后，經(jīng)過(guò)最小壓力閥和冷卻器到達(dá)出氣座，然后經(jīng)管路進(jìn)入干燥器氣缸（約50 L）；

（2）壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，最小壓力閥閥板關(guān)閉，機(jī)頭腔體內(nèi)的壓縮氣體通過(guò)放空管從進(jìn)氣閥內(nèi)放空 ；

（3）壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，干燥器氣缸內(nèi)的壓縮氣體回流至出氣座、冷卻器，最小壓力閥閥板關(guān)閉，起到單向功能，壓縮氣體不進(jìn)入機(jī)頭腔體內(nèi)；

（4）螺桿空壓機(jī)停機(jī)后，機(jī)體內(nèi)的壓力應(yīng)在14 s內(nèi)卸壓至300 kPa以下，同時(shí)設(shè)有重新啟動(dòng)壓力開關(guān)，機(jī)車報(bào)“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”，由于機(jī)車未及時(shí)收到壓縮機(jī)壓力開關(guān)閉合的信號(hào)，閃報(bào)故障。

2.3 原因分析

2.3.1 機(jī)理分析

造成空壓機(jī)“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”的原因有很多，例如信號(hào)線虛接、壓力開關(guān)故障、壓力開關(guān)閉合值小等，結(jié)合壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作分析，可能導(dǎo)致“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”的原因如圖4所示。

2.3.2 部件分析

（1）信號(hào)線虛接或其他錯(cuò)誤信號(hào)。

虛接是一種在生產(chǎn)過(guò)程中，因生產(chǎn)工藝不符合要求引起的不穩(wěn)定狀態(tài)；或電器因長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致一些發(fā)熱較嚴(yán)重的零部件，其焊腳處的焊點(diǎn)出現(xiàn)老化剝離引起的不穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)對(duì)焊點(diǎn)的檢查和按照電路圖對(duì)線路連接的排查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)因信號(hào)線虛接和錯(cuò)誤信號(hào)造成“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”的可能。

（2）壓縮機(jī)上的壓力開關(guān)故障或閉合值太小。

壓力開關(guān)裝在主機(jī)殼體進(jìn)氣腔處（在進(jìn)氣閥之下），串接在控制電路中，壓力開關(guān)的外觀如圖5所示，為防止帶負(fù)載啟動(dòng)，空壓機(jī)停機(jī)后，由于壓縮空氣回流，導(dǎo)致進(jìn)氣腔內(nèi)壓力驟增，當(dāng)壓力超過(guò)0.3 MPa時(shí)，壓力開關(guān)斷開，只有其內(nèi)部壓力低于0.3 MPa，并且機(jī)體內(nèi)的卸壓時(shí)間小于14 s時(shí)，壓力開關(guān)再次接通，此時(shí)空壓機(jī)方可起動(dòng)。

造成“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”的原因可能是壓力開關(guān)故障或關(guān)閉值小于設(shè)定值0.3 MPa，但檢查退回的壓力開關(guān)，其外觀并無(wú)異常，端子無(wú)變形，實(shí)測(cè)壓力開關(guān)閉合值318 kPa，符合要求。

（3）進(jìn)氣閥放空管不暢。

放空管就是把容器、管道等設(shè)備中的介質(zhì)排放出，通過(guò)對(duì)放空管的吹掃并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異物，因此不可能造成“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”。

（4）壓縮機(jī)上的最小壓力閥。

最小壓力閥位于油細(xì)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(gè)功能：

1）空壓機(jī)剛開始運(yùn)行，壓力低于0.4～0.6 MPa的時(shí)候，最小壓力閥閥板關(guān)閉，并無(wú)氣體輸出，為保證空壓機(jī)內(nèi)部迅速建立起壓力，實(shí)現(xiàn)油路循環(huán)。

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

3）空壓機(jī)停機(jī)時(shí)，空壓機(jī)開始泄壓，系統(tǒng)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(guān)閉，以防止系統(tǒng)外的壓縮空氣回流，起止回作用。

通過(guò)檢查退回的最小壓力閥閥芯及閥板（如圖6所示），發(fā)現(xiàn)閥芯O形圈磨損嚴(yán)重，閥板未見(jiàn)異常；經(jīng)氣密性測(cè)試，閥板并無(wú)漏氣現(xiàn)象；但閥芯和最小壓力閥殼體會(huì)發(fā)生卡滯，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)的壓力在14 s內(nèi)未卸壓至

0.3 MPa以下，從而造成“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”。

2.4 處理方法

由于采用的是國(guó)外進(jìn)口的O形圈，現(xiàn)在換成國(guó)產(chǎn)的O形環(huán)，兩者在工藝和材料上有所差異，產(chǎn)品在長(zhǎng)期壓縮的狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)壓縮應(yīng)力減小，壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象會(huì)慢慢擴(kuò)大，壓縮量和拉伸量也越來(lái)越小，導(dǎo)致O形圈彈性不足，失去密封能力。同時(shí)因使用環(huán)境的溫度影響，O形圈變形量越來(lái)越大，當(dāng)產(chǎn)品變形超過(guò)40%的時(shí)候就會(huì)發(fā)生泄漏，此外壓縮空氣的壓力對(duì)O形圈的變形影響程度更大。因此在長(zhǎng)時(shí)間的壓力和溫度作用下O形圈逐漸發(fā)生塑性變形，且該變形是不可逆，在運(yùn)行過(guò)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(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，從而導(dǎo)致閥芯O形圈磨損嚴(yán)重并和最小壓力閥殼體發(fā)生卡滯，最終發(fā)生泄漏，造成“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”。后續(xù)要對(duì)O形圈的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝和材料進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，根據(jù)工作環(huán)境選用適當(dāng)?shù)南鹉z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(jié)束語(yǔ)

空氣壓縮機(jī)組作為風(fēng)源系統(tǒng)中必不可少的主要部件，需要定期對(duì)其進(jìn)行整體檢修，以防出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)螺桿式空氣壓縮機(jī)“IDU顯示屏報(bào)壓縮機(jī)故障”的分析，為類似問(wèn)題的解決提供參考。同時(shí)要加強(qiáng)設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)和定期檢查，做好常規(guī)部件的儲(chǔ)備，可降低維護(hù)成本和維護(hù)強(qiáng)度，延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，減少因故障帶來(lái)的損失。

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收稿日期：2024-06-05

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