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电力机车空气压缩机控制策略研究张同恺

发表时间：2020/6/2 来源：《基层建设》2019年第35期作者：张同恺

[导读] 摘要：机车空压机是为制动系统、辅助设备及风动器械提供压缩空气，实现机车制动、撒砂、及电器设备的动作。

        郑州局集团有限公司新乡机务段河南新乡 453000
        摘要：机车空压机是为制动系统、辅助设备及风动器械提供压缩空气，实现机车制动、撒砂、及电器设备的动作。运行中若因空压机故障导致总风缸压力低，会使机车触发惩罚制动或者牵引封锁，严重影响机车的正常运转。
        关键词：电力机车；空压机；控制
        引言
        对比既有韶山系列电力机车及活塞式空压机，新型和谐机车螺杆式空压机在控制策略、工作性能都有明显优势，能有效提升风源系统的稳定性，同时降低了噪音对机车乘务人员的干扰。同时，HXD3D机车根据需要适时转换空压机工作模式，保护空压机。当压缩机油发生轻微乳化或需频繁启动时，可设置为延时工作模式，以减少压缩机频繁启动对电机及机头的损害，减缓压缩机机油乳化速度。另外，压力控制器故障或长大下坡道周期循环制动后需要快速缓解时，需要置强泵模式，但需密切注意总风缸压力，待总风缸充满后及时断开。
        1. 机车空压机分类
        空气压缩机按照工作原理主要有离心式、活塞式、螺杆式。我国铁道机车上主要采用活塞式和螺杆式空压缩机。螺杆式空压机因运行平稳、噪音小、机油消耗量低、故障率低等优点，有替代活塞式空压机的趋势，并且在新造和谐系列机车上均装设。
        2. 空压机控制电路分析
        目前机车上空压机均设2台，部分韶山系列车机车技改后活塞式和螺杆式各1台；和谐系列机车设2台螺杆式空压机。以上两种型号空压机，启动方式都有手动和强泵两种方式。总风缸压力信号经压力控制器进行转换、触发至空压机控制电路，控制空压机的启停。当总风缸压力低于750Kpa时，空压机工作；达到950Kpa，停止工作（个别车型因压力控制器设置不一样，略有差别），因此空压机的工作特点是频繁启动、间歇性的。空压机由三相异步电机驱动，因空压机停机后高压气缸机及管路中残留了达1000kPa的压力空气，造成空压机再次启动瞬间负载较大，因此须装设无负荷启动电空阀，以消除气体背压。现以SS4G和HXD3机车为例，分别说明活塞式空压机和螺杆式空压机的控制策略。

        图1 SS4G机车空压机控制电路
        2.1 SS4G机车空压机控制策略
        SS4G机车上有螺杆和活塞式空压机各1台，其工作模式是间歇性的，以活塞式空压机为例，控制电路如图1所示：第一，自动位。闭合空压机启动扳键405SK，当总风压力低于（750±20）kPa时，压力控制器517KF闭合，经过566KA触头、579QS隔离开关，使空压机接触器203KM线圈得电吸合，压缩机启动。同时203KM反联锁触头使延时继电器523KT失电，无负荷启动电空阀247YV延时3s失电，空压机空转3s，3s后开始打风，达到（950±20）时，压力控制器517KF断开，203KM线圈失电，空压机停转。同时203KM反联锁触头闭合使延时继电器523KT得电，无负荷启动电空阀247YV得电，排掉残留的高压空气，为下一次工作准备。第二，强泵位。闭合强泵开关408SK，空压机接触器203KM线圈得电吸合，当总风缸压力升至（1000±20）kPa时，高压安全阀动作并连续排气，此时将开关断开。
        2.2 HXD3D机车空压机控制策略
        HXD3D机车采2台螺杆式空压机，由三相异步电动机驱动。空压机通过两个压力控制器控制空压机的启停，使其具有间歇和连续两种工作模式。第一，自动位。当压缩机扳键开关闭合后两种工作模式下启停压力如下：1）间歇工作模式当总风缸压力低于680±20）kPa时，控制2台空压机依次启动，达到（900±20）kPa停止；当总风缸压力在（750±20）kPa时，控制非司机操纵端空压机启动，达到（900±20）kPa停止。2）连续工作模式当总风缸压力低于680±20）kPa时，控制2台空压机依次启动，达到（900±20）kPa停止；当总风缸压力在（750±20）kPa时，控制非司机操纵端空压机启动，达到（900±20）kPa停止。和间歇工作模式不同，连续工作模式增加压缩机空载运行功能。压缩机空载运行时只进行内部循环，不向总风缸供风。第二，强泵位。空压机开关置于“强泵”位，两空压机机依次起动，此时不受压力控制器控制，当总风缸压力升至950±20kPa时，高压安全阀动作并连续排气，此时应将开关断开[1]。
        3. 常见故障及处理方法
        3.1排气量不足
        (1)空气滤清器堵塞。电力机车工作环境恶劣，加之其机械室密封不严，空气中夹杂着大量矿粉和尘土，久而久之，空压机吸入空气时，矿粉和尘土会聚集在空气滤清器的过滤网上，进而影响空气的吸入，使排气量减少。因此，要定期清洗空气滤清器。(2)压缩机的零部件磨损严重。空压机的气缸、活塞、活塞环磨损严重，彼此之间的间隙增大，泄漏量增加会影响到压缩机的排气量.压缩机的零部件磨损超限所导致的排气量下降，可以通过及时更换零件来解决。属于正常磨损时，需及时更换易损件，如活塞环等。属于安装不正确，间隙留得不合适时，应按图纸给予纠正，如无图纸时，可取经验资料，对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙，如为铸铁活塞时，间隙值为气缸直径的0.06%～0.09%;对于铝合金活塞，间隙为气缸直径的0.12%～0.18%；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。(3)空压机吸、排气阀出现故障。在吸、排气阀的阀片间掉有异物或是阀口、阀片磨损，使阀口封闭不严，产生漏气也会影响排气量。仔细检查，分析具体问题后排除故障。
        3.2空压机有异音或振动
        (1)电力机车在长期的运行过程中，因空压机底角螺丝松动而出现振动。因此，司机日常点检时[2]，发现空压机底角螺丝松动应及时紧固。(2)活塞与气缸间隙过小，直接撞击缸盖;活塞连杆与活塞连接螺帽松动或脱落，活塞向上串动碰撞气缸盖;气缸中掉入金属物，以及气缸中积水，均可在气缸中发出敲击声。曲轴箱内曲轴断、曲瓦螺栓、螺帽、连杆螺栓、曲轴曲瓦磨损严重等可在曲轴箱发出敲击声。排气阀折断，阀片弹簧损坏可在阀体部位听到异常声音。因此，应及时回库检修，检修工根据声音的性质和发出部位来判断故障位置。
        3.3空压机停止运转
        当总风缸压力空气未达到定压时，出现空压机停止运转。(1)高压安全阀的高压调整弹簧调整的太松。检修时打开高压安全阀的高压调整部的锁紧螺母，顺时针方向拧紧调节手轮，直到达到定压为止。(2)低压安全阀低压调整部下部的调整螺栓未调整好。检修时可卸下低压安全阀低压调整部的下部，松开防缓螺母，然后顺时针方向旋转调整螺栓，直到达到定压为止[3]。
        结论
        简而言之，文章以SS4G和HXD3D机车空压机为载体，通过研究空压机控制电路，对比分析控制策略上的异同，在机车操纵、检修方面提出了合理化的操纵方式及思路。
        参考文献
        [1]刘全乐，赵德平．活塞式空压机的常见故障与处理[J].煤，2017，(10):35－36．
        [2]白忠辉．活塞式空气压缩机的维护[J].新疆化工，2019，(2):22－23．
        [3]王国利．活塞式压缩机常见故障分析及应对措施[J].黄金科学技术，2018，(5):54-55.