中国电业与能源2023年8期

HXN5机车空压机故障的分析

许兆水

中国铁路哈尔滨局集团有限公司佳木斯机务段质量验收室 黑龙江佳木斯市  154002

摘要：HXN5型机车的控制方面存在各类问题，其中空压机故障尤为频繁。为了解决这一问题，近几年进行了对HXN机车空压机故障的分析，并结合自动控制理论进行了深入研究。研究的重点在于剖析故障原因并提出相应的解决措施。容错控制技术是一种有效的解决HXN5型机车空压机故障的方法。该技术不仅可以提高机车的运行效率和安全性，还可以在其他工业领域中得到广泛应用。

关键词：HXN5；机车空压机；故障分析

引言

由于铁路运输的高速、大负荷特性，列车的安全性显得尤为重要。然而，空气制动系统故障往往会导致机车无法停下来，给行车安全带来极大威胁。因此，保证空气制动系统的正常运行显得尤为重要。HXN5机车是中国铁路最重要的机车之一，然而，它出现了多次空压机故障，严重影响了列车的运行安全和运输生产任务。因此，对空压机的故障问题进行研究是非常有必要的。只有深入了解空压机的故障原因，才能有效地对其进行维护和保养，保证列车的运行安全[1]。

1 控制器

DS是HXN5型内燃机车上的控制微机单元，是控制系统终端显示接口和整个控制系统的处理核心。它能够接收机车操作者的指令并读取机车运行状态，协调信息后产生一组指令并传送到其他模块单元上，实现智能控制和保护。DS作为控制系统的核心，具有非常重要的作用。

然而，DS的输入/输出能力有限，接口扩展受到限制。因此，DS需要通过CIO控制板来收集操作人员的指令信息和机车工作状态的重要信息，以便整个系统的自动控制。CIO控制板是DS的重要外设，能够扩展DS的输入和输出接口，提高DS的控制能力，从而使整个控制系统更加完善。

DS的智能控制和保护功能是其最大的特点。通过DS，操作人员可以轻松控制机车的运行状态，并且可以在必要的时候保护机车安全。例如，在机车超速或者机车出现故障时，DS可以及时发出警报并采取措施，防止事故的发生。同时，DS还能够对机车进行智能的监测和分析，提高机车的运行效率和安全性。

机车电子-机械装置是机车上一个重要的部分，用于控制机车的各种运行状态。其中，CIO是机车电子-机械装置的主要接口，承担着重要的任务。首先，CIO能够输入数据给智能显示器或接受来自控制器的控制信号。这意味着CIO能够通过智能显示器或控制器控制机车的运行状态，例如速度、加速度等。同时，CIO也能够将来自传感器的数据传递给智能显示器或控制器，以便及时报告机车的运行状况。

其次，CIO能够诊断机车上的故障，并及时报告给智能显示器。这种故障诊断能力非常重要，因为可以及时发现机车运行中的故障，并及时修复。如果没有CIO，就需要人工检查机车，这将耗费大量时间和精力。

2 传感器

2.1总传感器

空压机的控制系统是由多个部件组成的，其中最重要的部件之一就是总传感器。总传感器是一个能够同时监测多个参数的传感器，它能够实时地测量机器运行时的各种数据，如温度、压力等。

在空压机控制回路中，总风缸压力传感器(MR1)是一个非常关键的部件，它直接作为输入信号传递给CIO。CIO是一个能够接收和处理传感器信号的电路板，它会对MR1的输入信号进行处理，将其转化为可供控制器(DS)使用的信号。

控制器(DS)是空压机控制系统的大脑，它能够根据CIO传递过来的信号对空压机的运转进行控制。当MR1的输入信号超过一定阈值时，CIO会将处理后的信号传递给DS，让其控制空压机的运转。当空压机运转过程中，MR1的输入信号下降到一定程度时，CIO再次处理这个信号，并将其传递给DS，让其控制空压机停转。

为了确保总风缸压力传感器的正确性和可靠性，采用冗余配置(MR1和MRR两个压力传感器)能够有效保障总风缸有正确的压力指示。这意味着，即使一个传感器发生故障，另一个传感器仍然可以正常工作，确保系统的稳定性和可靠性。

2.2空压机排气温度传感器

空压机排气温度传感器是一种重要的保护元件，它能够在空压机工作时监测排气温度，防止温度过高导致设备损坏。当空压机排气温度高于设定值时，传感器会发出信号通知控制系统，控制系统会根据传感器的信号来判断是否需要停止空压机的工作，从而保护设备的安全运行。

空压机排气温度高会导致空压机不工作，这是因为高温会导致设备的损坏和故障。如果不及时处理，可能会导致空压机无法正常工作，甚至造成损失。因此，空压机排气温度传感器的作用非常重要。

排气温度高的原因有多种，包括空压机油位低、旁通阀或断油阀故障、油气分离器堵塞、空气滤清器脏、油过滤器脏、传感器故障等。这些原因都可能导致空压机排气温度升高，如果不及时解决，就会造成设备的损坏。

空压机排气温度传感器保障空压机在特定温度范围内工作。当传感器监测到温度超出设定值后，控制系统会向DS发送指令，控制空压机停止工作。这种保护机制能够有效地避免设备的损坏和故障，保证设备的安全运行。

2.3空压机出口压力传感器

如果空压机出口压力低，就会导致空压机无法正常工作，这对生产效率和生产质量都会产生不良影响。空压机出口压力低的原因有很多，其中包括空滤芯堵塞、油气分离器堵塞、最小压力阀故障、传感器故障等。这些问题都会导致空压机出口压力不足，从而影响生产效率和产品质量。

为了保障空压机出口压力充足，空压机出口压力传感器成为了空压机控制系统中的保护元件之一。空压机出口压力传感器能够实时监测空压机出口压力，一旦发现压力低于设定值，就会通过控制系统发出警报。如果空压机出口压力过低，控制系统会通过CIO处理后给DS发送指令控制空压机停止工作，以避免出现更大的问题。因此，空压机出口压力传感器在保障生产过程中的稳定和高效方面起着至关重要的作用。

3 执行机构

  3.1 接触器

首先，空压机接触器受智能显示器 DS 指令驱动。这意味着控制系统可以通过智能显示器 DS 来向接触器发送指令，从而控制空压机的启停、运行状态等。这种方式不仅方便了操作人员的控制，而且在实现自动化控制方面也有了很大的进步。

其次，接触器通过电动作实现辅助发电机和空压机的三相电源连接。这是因为空压机的工作需要大量的电能支持，而接触器的作用就是将电能传递给空压机。接触器的电动作也可以实现空压机的启停，以达到节能的目的。

第三，每个空压机对应三个接触器，控制系统通过选择功率接触器来进行特殊操作。这是因为不同的操作需要不同的电能支持，而功率接触器可以根据需要选择不同的电源进行连接。这样可以保证空压机的稳定运行，并且可以有效地减少能源浪费。接触器故障会导致空压机无法工作。这是因为接触器是空压机的重要控制部件，一旦出现故障就会影响到空压机的正常运行。如果发现接触器故障，需要及时进行维修或更换，以保证空压机的正常运行。

3.2 旁通阀和断油阀

旁通阀在空压机中扮演着重要的角色。它是由电源控制的四位五通电磁阀，可以控制气源的提供，以及压缩机的排气口和进气口相互连接的同时切断断油阀的气源从而防止其动作。这样可以降低压缩机启动时的扭矩，并限制进入压缩机缸体的润滑油。

断油阀是一个气动式的两位两通阀门，用于打开和关闭到每台压缩机的喷油通道。通过机体排气管上的压力气源来控制断油阀的打开和关闭。这种阀门是非常重要的，因为它可以保持压缩机的润滑油处于适当的水平，从而确保空压机的正常运转。

如果旁通阀出现故障，保持打开的情况下，它会阻止断油阀的动作，从而限制空压机缸体内润滑油的热量交换，导致空压机报高温故障。而如果旁通阀保持关闭，断油阀则会保持与机体贯通，导致其向机体喷油，从而导致空压机油泄露油量减少。

结语

HXN5型内燃机车空压机控制系统是一种智能控制网络，但是系统中的各元部件故障会影响控制系统的工作性能。因此，需要采取有效措施来降低控制系统本身元部件故障对空压机工作的影响，从而降低整个系统的故障率。实际应用中，可以根据具体情况选择合适的容错控制方法，以保证控制系统的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]王毛晴.HXN_5机车空压机故障的分析[J].上海铁道科技,2016(4):160-162.