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技术与检测Һ㊀城市轨道车辆风源系统常见故障分析及排查策略孙㊀瑞摘㊀要:车辆风源系统是城市轨道交通空气制动系统的重要组成部分ꎬ其功能的好坏直接影响列车运行的可靠性ꎮ文章介绍了车辆风源系统几种常见的故障情况ꎬ并对其故障原因进行分析ꎬ提供了典型故障处理㊁排查的基本思路ꎮ针对因环境因素导致的相关问题ꎬ提出了预防故障的基本措施ꎮ关键词:车辆风源系统ꎻ空压机ꎻ双塔干燥器ꎻ故障分析一㊁概述车辆风源系统是城市轨道车辆空气制动系统的重要组成部分ꎬ其主要功能是为空气制动系统提供一定压力范围的压缩气体ꎮ风源系统的工作状态直接影响了车辆空气制动的效果ꎬ过低的空气压力还会触发车辆的紧急制动等保护措施ꎬ产生一定的行车安全隐患ꎬ严重影响旅客的乘车体验ꎮ苏州轨道交通３号线电客车车辆风源系统由克诺尔公司供货ꎬ主要由空气压缩机㊁干燥器㊁储风缸㊁管路及截断塞门等组成ꎮ空气压缩机为ＶＶ１２０型空压机ꎬ其工作电压为ＡＣ３８０Ｖꎬ每分钟可为制动系统提供９２０Ｌ的冷却空气ꎮ干燥器采用的是双塔干燥器ꎬ工作电压为ＤＣ１１０Ｖꎬ以两塔交替干燥㊁再生来进行对压缩气体的干燥ꎬ以满足出口压缩空气的相对湿度在３５％以下的要求ꎬ它的切换周期为１２０秒ꎮ每节车配备３个１００Ｌ的储风缸ꎬ分别为主风缸㊁制动风缸和悬挂风缸ꎬ为对应的系统提供相应的压缩空气ꎮ二㊁空气压缩机故障空气压缩机作为风源系统的核心设备ꎬ为列车提供必要的压缩气体ꎬ空压机的良好工作是城市轨道车辆安全有效运行的重要保证ꎮ因此在日常检修作业过程中ꎬ应按照维护手册的相关要求定期对空压机进行相应的保养ꎬ以提高其运行可靠性ꎮ空压机常见故障有以下几类:(一)空压机无法正常启动由于空压机为成熟稳定类产品ꎬ且车辆段一般不具备空压机的拆解条件ꎬ其内部故障时主要以送厂家维修为主ꎬ故在此仅讨论非空压机本身原因所导致的无法启动ꎮ在空压机本身无故障的情况下ꎬ空压机启动接触器ＣＭＫ控制空压机得失电ꎬ从而实现空压机的启停ꎮ因此在故障排查时ꎬ应首先确认ＣＭＫ接触器是否得电ꎮ当ＣＭＫ接触器得电而空压机未启动时ꎬ则应重点检查ＣＭＫ接触器的触点状态及空压机相关电源进线状态ꎻ当ＣＭＫ接触器未得电时ꎬ则应从空压机启动条件来判断ꎬ由电路图可知ꎬＣＭＫ得电的方式共有两种ꎬ①网络正常情况下ꎬＶＣＵ根据主风压力进行控制ꎻ②当主风压力低于７ｂａｒ时ꎬ按下强迫泵风按钮或进入紧急牵引模式ꎮ此时可根据实际情况ꎬ按照两种启动方式逐级排查ꎬ查找具体问题点ꎮ此外还需注意ꎬＣＭＫ接触器的得电与否是通过ＣＭＲ继电器的一组触点来控制的ꎬ因此还需关注此继电器的功能状态ꎮ(二)空压机油乳化对城市轨道车辆而言ꎬ常见的导致空压机乳化的原因有以下三种ꎮ①列车长时间静置ꎬ导致空压机组的运转率较低ꎬ无法实现运转率高于３０％的要求ꎻ②列车空压机排量冗余过大ꎬ使得列车每次启动供风时间较短ꎬ空压机启动时间较短ꎬ导致空压机油室内的润滑油温度长期处于较低状态ꎻ③列车运行在高温㊁高湿的外部环境下ꎬ如苏州㊁南京㊁上海等地ꎬ每年的梅雨季节ꎬ空气湿度较大且气温较高ꎬ及其容易发生空压机油乳化现象ꎮ由于导致空压机油乳化的条件较多ꎬ因此当发生空压机油乳化问题时ꎬ应结合当前列车实际情况ꎬ来采取相应措施ꎮ若是由于天气原因ꎬ如进入梅雨季节㊁连续高温降雨等或列车长时间静置ꎬ空压机未能充分启动ꎬ此时可采用 打气 的方式即使空压机持续启动ꎬ将空压机内的润滑油持续加热ꎬ促使润滑油内的水分逐步气化分离ꎬ由此缓解空压机油乳化现象ꎮ三㊁双塔干燥器故障双塔干燥器主要用来干燥经空压机压缩后的气体ꎬ以满足压缩空气相对湿度在３５％以下的要求ꎮ双塔干燥器同时在两种状态下工作ꎬ其共有两个干燥塔ꎬ当压缩空气在一个干燥塔里干燥时ꎬ干燥剂就在另一个干燥塔里再生ꎬ经过１２０秒后ꎬ两塔工作状态切换ꎮ因此ꎬ双塔干燥器的好坏直接影响了风源系统供风质量的高低ꎬ下面就双塔干燥器的常见故障讨论其原因及排查策略ꎮ双塔干燥器两个工作塔功能切换和时间设置ꎬ是由其控制模块实现的ꎬ因此当控制模块内的部件发生故障如电磁阀故障㊁电源故障时ꎬ双塔干燥器不能实现两塔功能的切换ꎬ干燥剂不能很好的实现干燥和再生ꎬ压缩空气的干燥效果也会大幅下降ꎮ因此发生双塔干燥器控制类故障时ꎬ可以在车下观察双塔切换消音器工作切换时间ꎬ是否符合要求ꎮ同时也可用万用表ꎬ对双塔干燥器控制模块内的接线进行测量ꎬ检查内部线路是否联通ꎮ此类检查应纳入电客车的日常维护保养过程中ꎬ定期对双塔干燥器切换功能㊁切换时间进行测试ꎬ避免发生类似故障ꎮ四㊁结语在分析车辆风源系统类故障时ꎬ应掌握其控制的基本逻辑ꎬ根据故障现象从上至下ꎬ从简单至复杂来进行故障排查ꎮ对于没有明显故障现象或设备本身无法观察到故障情况的ꎬ可从该设备影响的其他设备情况来判断ꎬ同时可辅以相关检测设备进行检测ꎬ提前预防故障ꎮ对于因环境因素或其他原因导致的故障ꎬ应提前做好预案ꎬ每年定时进行相关养护ꎬ提高车辆风源系统设备可靠性ꎮ参考文献:[１]殳企平.城市轨道交通车辆制动技术[Ｍ].北京:知识产权出版社ꎬ２０１１.[２]李天一ꎬ王雯ꎬ安震.车辆制动系统螺杆空压机组润滑油防乳化控制[Ｊ].城市轨道交通研究ꎬ２０２０ꎬ２３(４):５１. [３]陶波.广州地铁三号线车辆空压机油乳化原因分析与故障处理[Ｊ].柴油机ꎬ２００７ꎬ２９(４):５２.[４]吴敏.吸附式干燥器设计中应考虑的问题[Ｊ].压缩机技术ꎬ２０００(４):２１.作者简介:孙瑞ꎬ苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司ꎮ９５１。
城市轨道交通电客车的风源系统是为列车设计提供压缩空气的设备装置，其提供的压缩空气保证了城市轨道交通车辆制动系统和转向架系统的正常工作。
风源系统提供的压缩空气保证了空气制动系统的正常工作，目前常用的空气制动系统主要是采用直通式的空气制动方式，除了风源系统外还包括空气制动控制系统和基础制动装置。
空气制动控制系统直接控制空气制动力的释放和施加，当接到制动指令后，制动控制单元通过控制电流大小的方式来调节转换阀的电磁力，进而来实现对空气压力的调节。
空气压力进行增压缸后，通过推动活塞的运动来使压力传输到制动盘上，实现对城市轨道交通电客车的制动。
1 城市轨道交通电客车风源系统的智能控制分析城市轨道交通电客车停靠站点密集且距离较近，最近站点之间相距距离有时甚至可达几百米，因此，这就对列车到达站台时的定位精确性有很高的要求，故而对城市轨道交通电客车的风源系统就有着更高的性能要求。
如何实现城市轨道交通电客车风源系统的智能化发展，保证其工作的可靠性已经成为相关技术人员重点研究的问题。
1.1 城市轨道交通电客车风源系统智能控制的设计要求智能控制模块是实现城市轨道交通电客车风源系统智能化控制的关键部件，智能控制模块主要包括传感器技术和嵌入式控制技术两部分，其中嵌入式系统的设计实现风源系统智能控制的核心。
风源系统由供风模块和智能控制模块共同作用实现功能，智能模块可以接收到城市轨道交通电客车控制中心发出的控制信号，并能进行相应的指令操作，实现风源系统不同功能之间的切换，使得风源系统可以为列车上的制动系统提供符合标准的压缩空气。
1.2 城市轨道交通电客车风源系统智能控制的技术要求城市轨道交通电客车风源系统智能控制的技术要求包括以下几个方面：首先，可以通过远程控制信号进行控制，随即风源控制系统会根据上层的启动信号和停止信号完成对本部分的控制。
在接到上级的信号指令后，风源模块的智能控制系统就需要指示风机进行工作，在保证输出压缩空气质量的同时还需要考虑到风源模块的使用寿命和能耗。
空气制动，又称为机械制动或摩擦制动。
城市轨道交通车辆常用的空气制动方式有闸瓦制动和盘形制动。
空气制动主要以压缩空气为动力，压缩空气由车辆的供气系统供给。
一空气制动系统的组成城市轨道交通车辆的空气制动系统由供气系统、基础制动装置（常见的有闸瓦制动系统与盘形制动装置）、防滑装置和制动控制单元组成。
供气系统主要由空气压缩机、空气干燥剂、压力控制装置和管路组成，供气系统除了给车辆制动系统供气外，还向车辆的空气悬架设备，车门控制装置（气动门），气动喇叭，刮水器及车钩操作气动控制设备等需要压缩空气的设备供气。
防滑装置适用于车轮与钢轨黏着不良时，对制动力进行控制的装置。
它的作用是：防止车轮即将抱死；避免滑动并最佳地利用粘着力，以获取最短的制动距离。
制动控制单元是空气制动的核心部件，它接受微机制动控制单元（EBCU)的指令，然后再指示制动执行部件动作。
其组成部分有：模拟转换阀、紧急阀、称重阀和均匀阀等。
这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，实现了集成化。
这样避免用管道连接而造成容易泄露和占用空间大等问题。
二、空气制动系统的控制方式空气制动系统按其作用原理的不同，可以分为直通式空气制动机，自动式空气制动机和直通自动式空气制动机。
1.直通式空气制动机直通式空气制动机的机构如图所示空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。
制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不同位置。
在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀Ex (Exhaust) 口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸、制动管和Ex口各不相通；在制动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。
（1）制动位驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。
制动管是一根贯穿整个列车，两端封闭的管路。
压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。
制动力的大小，取决于制动缸内压缩空气的压力，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。
一般情况下，城轨车辆采用电动车组模式，以单元进行编组，所以其风源系统也是以单元来供气，每一单元设置一套风源系统，相邻车辆的主风管通过截断塞门和软管相连，由两个以上单元组成的列车就具有两套以上风源系统。
风源系统包括：空气压缩机、主风缸、脚踏泵以及空气管路系统等。
用风设备主要包括：制动装置，空气悬挂装置、车门控制装置、以及风喇叭、雨刮器、受电弓气动设备、车钩操作气动设备等。
风源系统制造的空气压缩机为用风设备的驱动提供动力，而压缩空气的净化和干燥处理是不可或缺的，其目的是除去压缩空气中所含有的灰尘、杂质、油滴和水分等，保证制动系统及其他用风设备长时间可靠地工作。
3.1 空气压缩机
城轨车辆采用的空气压缩机要求噪声低、振动小、结构紧凑、维护方便、环境实用性强的特点。
目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。
3.1.1 活塞式空气压缩机
由固定机构、运动机构、进排气机构、中间冷却装置和润滑装置等几部分组成。
其中，固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括曲轴、连杆、活塞；进排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等.如图3.1
图3.1活塞式空气压缩机结构图
1-润滑油泵；2-体；3-油压表；4-空气滤清器；5、8-进气阀片；6-排气阀片；7、9-低压活塞；10-高压活塞；11-主风缸；12-压力控制器；13-上集气箱；14-散热管；15-下集气
它是由电机通过联轴节驱动空压机曲轴转动，曲柄连杆机构带动高、低压缸活塞同时在气缸内做上下往复运动。
由于曲柄中部的三个轴颈在轴向平面内互成120°，两个低压活塞和一个高压活塞分别相隔120°转角。
当低压活塞下行时，活塞顶面与缸盖形成真空，经空气滤清器的大气推开进气阀门，进入低压汽缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作品用下关闭。
当低压活塞上行时，气缸内的空气被压缩，其压力大于排气阀片上方压力与排气弹簧的弹力之和时压缩排气阀弹簧而推开排气阀片，具有一定压力的空气排出缸外，而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。
两个低压缸送出的低压空气，都经过汽缸盖的统一通道进入中冷器。
经中冷器冷却后，再进入高压缸，进行第二次压缩，压缩后的空气经排气阀口、主风管路送入主风缸储存。
高压活塞的进排气作用与压力活塞的进排气作用相同。
3.1.2 螺杆式空气压缩机
螺杆式空气压缩机具有以下特点：（1）噪声小、振动小。
（2）可靠性高和寿命长。
（3）维护简单。
（4）螺杆式空气压缩机的工作原理分三个部分：压缩机的吸气、压缩、排气三个阶段。
如图3.2
图3.2 螺杆式空气压缩机系统流程图
1-螺杆式空气压缩机；2-联轴器；3-冷却风机；4-电动机；5-空、油冷却器(机油冷却单元)；6-冷却器(压缩空气后冷单元)；7-压力开关；8-进气阀；9-真空指示器；10-空气滤清器；11-油细分离器；12-最小压力维持阀；13-安全阀；14-温度开关；15-视油镜；16-泄油阀；17-温度控制阀；18-油气筒组成；19-机油过滤器；20-逆止阀。
①吸气过程。
随着转子的运动，齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大在其内部形成了一定的真空，而此时该齿间容积仅仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。
在随后的转子旋转过程中，阳转子的齿不断地从阴转子的齿槽中脱离出来，此时齿间容积也不断地扩大，并与吸气口保持连通。
随着转子的旋转齿间容积达到了最大值，并在此位置齿间容积与吸气口断开，吸气过程结束。
吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封，齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，即封闭过程。
②压缩过程。
随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减少，被密封在齿间容积中的气体所占据的体积也随之减少，导致气体压力升高，从而实现气体的压缩过程。
压缩过程可一直持续到齿间容积即将与排气口连通之前。
③齿间容积与排气口连通后即开始排气过程，随着齿间容积的不断缩小，具有内压缩终了压力的气体逐渐通过排气口被排出，这一过程一直持续到齿末端的型线完全啮合为止，此时齿间容积内的气体通过排气口被完全排出，封闭的齿间容积的体积将变为零。
螺杆式空气压缩机的工作循环，是在啮合的螺杆齿和齿沟间，一个接一个周而复始连续不断地进行的。
而且它的压缩过程只是当齿沟里的空气被排挤进排气腔的过程中才完成的，所以没有像活塞式压缩机那样的振动和排气阀启闭形成的冲击噪声。
3.2空气干燥器
空气压缩机输出的压缩空气中含有较高的水分、油分和机械杂质等，必须经过空气干燥器将其中的水分，油分和机械杂质除去，才能达到车辆上用风设备对压缩空气的要求。
液态的水，油微粒及机械杂质在滤清器中基本被除去，压缩空气的相对湿度降低是避免用风过程中出现冷凝水危害的主要方式，它依靠空气干燥器来完成。
3.2.1 单塔式空气干燥器
单塔式空气干燥器是一种无热再生作用的干燥器。
如图3.3
空气干燥器工作过程：空气压缩机工作时，电空阀13失电，活塞下方通过排气阀15排向大气，活塞12在弹簧力作用下关闭排泄阀9，而空压机输出的压力空气从干燥塔中部的进口管Ⅰ进入干燥塔，首先到达油水分离器，当含有油分和机械杂质的压缩空气经过“拉希格”圈时，油滴吸附在“拉希格”圈的缝隙中，机械杂质则不能通过“拉希格”圈的缝隙，这样就将压缩空气中的油分和机械杂质滤去，然后再进入干燥筒内与吸附剂相遇，吸附剂大量地吸收水分，使从干燥筒上方输出的压缩空气的相对湿度降低，达到车辆用风系统的要求。
如图所示的干燥筒下方1/4高度处为装有“拉希格”圈8的油水分离器，而上方3/4高度处为装有吸附剂6的空气干燥筒1。
图3.3 单塔式空气干燥器
1 空气干燥器；
2 弹簧；
3 单向阀；
4 带孔挡板；
5 干燥筒筒体；
6 吸附剂；
7 油水分离器；
8 “拉希格”圈；
9 排泄阀；10 消音器；
11 弹簧；12 活塞；13 电空阀；14 线圈；15 排气阀；16 衔铁；
17 带排气的截断塞门；18 再生风缸；19 节流孔。
3.2.2 双筒式空气干燥器
双筒式空气干燥器结构如图3.4
图3.4 双筒式空气干燥器作用原理
（干燥筒19a为吸附工况，干燥筒19b为干燥工况）
19－干燥筒；19.7－吸附剂；19.11－油水分离器；24－止回阀；25－干燥器座；34－双活塞阀； 34.15－克诺尔K形环；34.17－克诺尔K形环；43－电磁阀；50－再生节流孔；55－预控制阀；56－克诺尔K形环；70－克诺尔K形环；71－旁通阀；92、93－隔热材；A－排泄口；O1～O3－排气口；P1－进气口；P2－出气口；V1～V10－阀座
工作原理：双筒干燥器工作为干燥与再生两个工况同时进行，压力空气在一个筒中流过并干燥时，另外一个筒中的吸附剂即再生。
从空气压缩机输出的压力空气首先经过装有“拉希格”圈的油水分离器，除去空气中的液态油、水、尘埃等。
然后，压力空气再流过干燥筒中的吸附剂，吸附剂吸附压力空气中的水分。
一部分干燥过的压力空气（约13%~18%）被分流出来,经过再生节流膨胀后,进入另一个干燥塔对已吸水饱和的吸附剂进行脱水再生,再生工作后的压力空气经过油水分离器时，再把积聚在“拉希格”圈上的油、水及机械杂质等。
