HXN3型机车空压机工作原理及故障处理.docx

HXN3型机车空压机工作原理及故障处理陈吉超，迟青光，王来宾，张瑛(中国北车集团大连机车车辆，辽宁省 大连市116022 )摘 要：HXN3型机车由大连机车车辆同美国EMD公司共同开发研制。目前配属沈局辽 段和京局怀段。针对HXN3型机车在工厂调试和机务段运行过程中空压机报警的问题，本文通过对 该型机车空压机运行原理的介绍，具体地阐述了几种空压机故障处理的方案。通过理论与实践的结 合，该型机车空压机的故障处理将变得更加高效简单。关键词：HXN3；机车；空压机；故障处理中图分类号：TK424.1文献标识码：BHXN3型内燃机车由中国北车集团大连机车 车辆与美国EMD公司共同研制，用于干 线货运牵引。机车功率为6000马力，是目前国 内外同类产品中技术比拟先进、功率较大的节能 环保型内燃机车。其具有持续牵引力大，低油耗, 低排放以及运行速度快，耐久可靠性高等一系列 优点HXN3型机车安装有两台螺杆式空气压缩机 组，也就是我们所说的空压机。空压机是机车的总 风源，负责将空气压缩到机车的三个风缸中，用于 实现机车空气制动、撒沙、鸣笛、百页窗开关等功 能。特别指出，机车的1风缸和2风缸为总风缸， 3风缸为辅助风缸。总风缸可以为3风缸充风。当 总风缸无风时，可以通过操纵机车Fire显示屏，实 现辅助风泵手动打风功能，用于机车启机。1螺杆式空气压缩机HXN3型内燃机车采用两台克诺尔SL22-56 型螺杆式空气压缩机组作为机车的供风设备。为 表达方便，以下简称空气压缩机组为空压机。空 压机额定流量2400L/min；工作压力9bar；转速 2660r/mino除克诺尔空压机外,该型机车还安 装有标鼎等厂家的空压机。本文仅以克诺尔空压 机为例，阐述空压机的原理和故障处理方法。在压缩空气过程中，外界空气首先通过空气 滤清器，进入到压缩机内。其再经由压缩机的压 缩和油气别离器的过滤。最后从空压机输出。考 虑到机车对风源的性能要求，在空压机之后，机 车装配有空气干燥器，精细油气别离器和冷凝水 收集单元。为了到达降低空压机驱动交流电机启动电 流的目的，该型机车的空压机安装有空载装置 (Idling Device)。根据机车的逻辑要求，空载装 置内的电磁阀产生动作，进而控制空压机进气通 道的开启与关闭。该电磁阀，即空压机打风电磁 阀。控制线圈为MVCCR。线圈的控制逻辑由车图1螺杆式空气压缩机组示意图1、驱动交流电机 2、空气滤清器3、油视镜4、油过滤器5、空载气缸6、油气复合冷却器载微机EM2000通过数字输入输出板DI0300提 供。也就是说，EM2000根据打风要求控制空压 机逆变器工作。当空压机刚开始工作时，线圈 MVCCR并未立即得电。此时，进气通道为关闭 状态。空压机空载启动。几秒后，EM2000对 MVCCR发出控制指令，使空载装置开通空压机 进气通道。这样，在到达运用转速后，空压机开 始压缩空气。所以，空载装置起到降低空压机启 动电流的作用。对于空压机而言，机油是至关重要的。机油 可以起到润滑机械和散热的作用。该型空压机要 求使用安德鲁3057M型润滑油。空压机安装有 油/气复合冷却器。其有效地降低了机油和出口 压缩空气的温度。空压机设置了油控单元。油控 单元内的温控阀根据机油温度决定对机油的处 理。油温高于一定温度，那么机油就开始通过油/ 气复合冷却器进行散热。油温低于一定温度，那么 机油通过加热套管进行加热。空压机气缸出风口处安装有最小压力阀。用 于建立空压机工作时机油循环所需的最小压力。 空压机开始工作时，最小压力释放阀为关闭状 态。这样，当打风时，空压机气缸内的气压得以 迅速地建立，以保证机油在空压机内循环。当空 压机气缸内压力到达某一阀值时，最小压力释放 阀在压力的作用下变为开启状态。这样，压缩空 气被传送到机车下游气动系统中。当EM2000控 制空压机停机时，最小压力释放阀变为关闭状 态，以消除下游气动系统对空压机气缸的逆流。 与此同时，空压机气缸开始通过释放设备自动卸 载。为保护空压机气缸，其内部还设置有平安 阀，以防止空压机腔内压力过大，造成爆炸。针对机油温度和机油压力，EM2000通过对 空压机相关状态的监控，实施如下三种保护功 能。空压机机油温度低CLTS (Compressor Low Temperature Switch)保护。当温度较低时，机油 会产生乳化，不利于润滑。空压机通过设置在内 部的温度继电器TR来实现CLTS保护。TR为常 开触点。其闭合阀值为-20,断开阀值为-10。 当空压机油温低时，TR动作，机油开始预加热。 当从而空压机完成CLTS保护功能。该保护由空 压机自身完成。DI0300接受CLTS的反应信号。空压机油温高 CHTS ( Compressor High Temperature Switch)保护。空压机内部设置有串 联的温度控制器TS和热熔丝TFo温度控制器本 质上是一个温度继电器。其为常闭点。动作阀值 为112C。随着机油温度的升高，温控阀动作。 机油开始通过油气复合冷却器向外散热。如果机 油温度仍旧持续缓慢升高，并到达112±5。 那么，TS断开。CHTS保护动作。空压机将CHTS 信号反应到EM2000中。EM2000将锁定空压机 逆变器。此外，如果机油温度快速升高造成TF 熔断，CHTS保护也将动作，使空压机逆变器锁 定。空压机油/气别离压力低CLSP (Compressor Low Oil Separate Pressure)保护。空压机机体内 的进气压力要求小于2.7bar。气缸内的压缩空气 压力要求大于6.5baro当机体内的压力大于 2.7bar时，空压机禁止启动。此时该保护动作。 由于机体内的压力过大，空压机将通过释放阀排 风减压。2电气工作原理主电路两台空压机供电方式相同，但供电回路独 立。其均采用“交一直一交”的供电方式。输入 的交流电由辅助发电机的“L1-L2-L3”绕组提供。 该交流电经过二极管组成的三相全桥整流桥变 换成直流电。最后，直流电再由空压机逆变器变 换为三相交流电，提供给驱动空压机的三相交流 电机。空压机逆变器的直流侧并联5500"的支 撑电容。直流侧正端串联0.5mH的平波电感。 电容和电感起稳压和滤波的作用。考虑对空压机 逆变器的保护，三相全桥整流的交流侧的每一相 都串联熔断器，起短路保护和过电流保护功能。 2.2控制电路逆变器是空压机控制的核心部件。其有四个 接口：图3空压机逆变器DC160VDC750V 直流输入接口；(1) AC165V/90HZ 交流输出接口；(2) CAN总线插座。实现空压机逆变器 同EM2000的实时通讯；(3) PWR插座。为逆变器提供DC74V工 作电源。该DC74V取自空压机控制断路器的主 触点。EM2000通过CAN总线实现对空压机逆变 器的控制与监控。当逆变器检测到PWR输入的 DC74V时，逆变器启动，等待EM2000的控制 指令。为了实现EM2000对两台空压机逆变器的 区别，PWR插头内部设置了不同的跳线方式。 “逆变器一”的PWR3插头将插芯18、22、24 短接；“逆变器二”的PWR4插头将插芯18、23、 24短接。EM2000对打风阀的控制和空压机状态的监 控，是通过多路器和DI0300实现的。这局部线 路都连接到空压机自身接线盒的端子排TB AC 上。接线盒中共有9条外部接线。(1 )#1 连接到 MUWA1,#2 连接到 MUWllo 实现EM2000对CLSP保护的监控。(2 ) #3连接到 MUWC4, #4连接到 MUW33。实现EM2000对CHTS保护的监控。(3)#5 连接至IACCB, #6 连接至!J ACCPA3o ACCB和ACCPA3连接到打风阀继电器线圈 MVCCRo实现EM2000对空载装置的控制。(4 )#7 连接至lj ACCPA2, #8 连接至lj ACCA。 当机油温度低于-20时，TR闭合。空压机向 EM2000反应机油温度低。同时加热套管HTR 开始工作。HTR为空压机内部两个并联的加热 电阻(E1和E2)o当温度高于-10C时，TR断开 HTR停止工作。(4) #9连接到ACCNAo当空压机油温低 时，CLTS动作，HRT导通得电，实现空压机 对机油的加热功能。在机油加热过程中，空压机 禁止启动。空载装置PS图4空压机控制电路直特别指出CLTS、CHTS和CLSP的翻译问 题。在HXN3的电气图纸中，CLTS翻译为空压 机低油温；在Fire显示屏中，翻译为油压低。笔 者认为应理解为空压机油温低，简称油温低。在HXN3的电气图纸中，CHTS翻译为空压 机状态码2；在Fire显示屏中，翻译为油温高。 笔者认为，应理解为空压机油温高，简称油温高。在HXN3的电气图纸中，CLSP翻译为空压 机油压低和空压机油气别离器油压低；在Fire 显示屏中，翻译为低油压。笔者认应理解为空压 机油压低，简称油压低。3故障处理在对空压机控制原理的具体介绍基础之上， 下文列举了一些在出厂调试和机务段维修中常 见的故障，并且给出了具体的解决方案。(1)空压机断路器未闭合在出厂调试过程中，发现此种状况多为线路 问题。如果线路连线正确，那么应当检查 DIO300、空压机断路器辅助触点和DIP板。(2)空压机停机一一逆变器通讯故障首先确定CAN总线的连接是否可靠。然后 检查是否有DC74V经过PWR输入到空压机逆 变器中，以及内部跳线的接法。当上述线路正确 可靠的情形下，可以确定逆变器通讯板故障。值 得一提的是，在机务段维修过程中，发现CAN 总线混入干扰后，逆变器会被锁定。因此线路问 题是主要问题。(3)空压机停机一一逆变器锁定当驱动电机反转或空压机产生保护时，此类 故障可能会发生。因检查空压机主电路和控制电 路。特别指出，出厂调试时空压机第一次启机或 主电路进行撤除安装后第一次启机，该故障可能 是由于电机反转产生，但概率较小。此类故障的 解决应当更多的关注空压机保护的动作。确定是 因为控制电路的线路问题而产生的“假保护”， 还是因为空压机动作不良而产生的“真保护”。(4)空压机欠流一一传动轴可能故障首先重启空压机，以排除程序问题。当排除 程序问题后，那么可以考虑线路问题和逆变器问 题。检查逆变器侧直流输入侧和交流输出侧电 路，确定空压机是否真的欠流。如果线路正常， 那么可以考虑是逆变器问题。在机务段维修过程 中，此类故障多是因为机油少或变质造成。当确 定机油存在问题时，应按照维修手册进行处理。(5)空压机欠电流一一电机可能开路由于空压机欠电流，可以优先考虑逆变器直 流侧故障。二极管整流桥和熔断器是检查重点。 当熔断器熔断或二极管击穿时，三相全波整流桥 输入缺相，势必造成整流桥输出电压低。以至于 无法满足逆变器输入值。造成空压机欠电流故 障。如果直流侧检查无故障，那么可以检查逆变 器与交流驱动电机之间的电路。这局部电路排除 后，应当检查交流驱动电机。(6)空压机加载延迟一一油气别离压力高 只有当PS检测到空压机进气压力小于 2.7bar时空压机才允许启动。在出厂调试过程 中，此类问题多为线路问题。当确定线路正确后， 可以考虑电磁阀PS的动作情况。(7)空压机已经工作，但不向总风缸充风， 且无故障记录在确保管路连接正确的情况下，故障原因可 能是空载装置的打风电磁阀故障。通过查看Fire 显示屏的DI03,确定控制逻辑已经由EM2000 给出。然后进一步检查DI03到电磁阀的线路。 在出厂调试过程中，问题主要表现为线路问题。 在机务段维修过程中，建议检查电磁阀。在机务段维修过程中，空压机故障的原因除 了电气原因外，多数是由于维护不及时和机油问 题造成的。因此，机车在出厂后，机务段人员应 严格按照产品维护手册进行维护，以免造成不必 要的麻烦和损失。4结论本文较为详尽地介绍了 HXN3型内燃机车 空压机的控制原理。并在此基础之上，结合机车 出厂调试和机务段维修过程中出现的问题，介绍 了几种故障处理方案。通过对空压机控制原理和 故障处理的阐述，本文将对机车调试和机务段维 修工作产生实际指导意义，使得调试和维修工作 更加高效简单。参考文献(References)：1崔泽伟.HXn3型机车质量问题浅谈内燃机车： 2010, (8)： 39-42.2张宝凯，纪长龙.HXN3型机车空压机问题及解决办 法J.内燃机车：2011, (3)： 44-45.3刘慧，慕毓嵩.HXn3型机车空压机逆变器锁定故障原 因分析及故障处理J.内燃机车:2011, (1)： 41-43.Working Principle and Fault Handling for Air Compressor of HXN3 LocomotiveCHEN Ji-chao, CHI Qing-guang, WANG Lai-bin, ZHANG Ying(Dalian Locomotive and Rolling Stock Ltd., Dalian City. 116022)Abstract： HXN3 locomotive was researched and developed by Dalian Locomotive and Rolling Stock Ltd. and EMD company of USA. Now, it is allocated to Tongliao locomotive depot and Huairou locomotive depot. For solving the air compressofs faults which occurred during debugging in factory and working in locomotive depot, this paper described some methods of fault handling, based on introducing the working principle of air compressor. According to the combination of theory and practice, fault handling of this locomotive's air compressor will become simpler and more efficient.Key words： HXN3； Locomotive； Air Compressor； Fault Handling