矿山电动轮典型空调系统故障诊断及维修技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪 335424)



矿山电动轮典型空调系统故障诊断及维修技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪 335424)

从大型矿山电动轮汽车典型空调系统主要设计原理入手，并根据长期生产实践的探索，提出了相应的空调系统故障诊断及维修技术。该技术实用性、可操作性强，可借鉴度高，成本能耗水平高，可提升相似行业空调系统运行的安全可靠性、可预测性及可维护能力。

矿山电动轮；典型空调系统；故障诊断及维修

0　引言

大型矿山电动轮汽车作为特大型露天矿山普遍采用的高效运输工具，与矿山的开采、运输工作和矿产资源的高效开发利用息息相关，举足轻重[1]。某铜矿铜厂和富家坞采区日采选矿石产能13×104t/d，矿石年采剥总量巨大，达1.32×108t/a。截止2015年底，该矿拥有主力运输设备830E、730E、630E、EH3500、MT3700、R-190Ⅲ、R-170大型矿山电动轮汽车共 56台[2], 电动轮汽车工况恶劣且复杂，常受到剧烈冲击、颠簸振动、高温环境及油、气、水等的污染[3]，其空调系统可调节驾驶室内空气的温度、湿度、流速及清洁度，预防和去除挡风玻璃上的雾霜冰雪等，能保障司机的行车安全、舒适及身心健康。

电动轮汽车空调系统是衡量电动轮汽车功能是否齐全的重要标志，对提高其作业效率、工作质量及确保司机身心健康影响极大。但因空调维修人员往往对其典型空调系统故障存在认识上的误区，对其系统的结构原理及控制方式不熟悉，重视程度不够，时常会出现盲目诊断的状况。为改善司机作业环境，提高安全性、舒适性及可靠性，确保矿山安全生产，大幅提升生产效率和成本能耗水平，针对大型电动轮典型空调系统故障进行深入研究，可为类似空调的能效监测及诊断维修的可靠性提供有益的借鉴。

1　系统主要结构原理

以EH3500型大型矿山电动轮为例，其典型空调系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、安全阀、储液桶干燥器过滤器、管路及电气控制元件等组成封闭回路，如图1所示。该系统高、低压两侧各部件之间通过管路连接，低压侧主要由蒸汽管、低压管、压缩机输入端及压缩机油池等构成，高压侧主要由冷凝器、储液桶干燥器、过滤器、压缩机输出轴及高压管等构成。该封闭系统内充注着R-134a制冷剂即制冷工质，它是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，需承受预定的压力和温度的变化。制冷剂在压缩机的作用下可实现压力循环流动，通过冷凝器由气态液化为液态时放热；而在车内由液态蒸发为气态时吸热，以降低车内的温度。制冷剂在空调系统内可实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发的制冷循环。

图1　典型空调系统示意图

空调在作制冷运行时，压缩机由发动机带动旋转，低温低压的制冷剂气体通过压缩机吸入阀(低压侧)被压缩成高温高压的制冷剂气体后排出压缩机，高温高压的制冷剂气体经过管路输送至冷凝器后，在冷凝器内散热降温，冷凝液化成高温高压的液态制冷剂，经管路流入储液桶干燥器过滤器，进行滤杂和去湿；仍处于高压下的液态制冷剂又被压向安全阀，该安全阀可计量进入蒸发器的制冷剂流量，制冷剂经安全阀节流，状态发生急剧变化，变为低温低压的液体和饱和的蒸汽；低温低压的液体制冷剂经限量后进入蒸发器后，立即开始沸腾和蒸发，蒸发器送风机通过蒸发器吹出车内潮湿的热空气，因制冷剂温度低于空气温度，它在蒸发器内大量吸收空气中的热量，使流经蒸发器的空气变冷，吹出冷风送入驾驶室，产生制冷效果，空气冷凝器中的湿气在运动时进入蒸发器时冷凝且落入排放盘，并由此处排出驾驶室；而制冷剂本身因吸热而蒸发变成低温低压的气态制冷剂，当制冷剂又一次通过吸入侧吸入压缩机时，整个循环完成。

2　系统故障诊断及维修技术研究

2.1制冷不良故障

制冷不良故障最为常见。制冷系统结构设计复杂，接头线路多，运行环境恶劣，因而该故障约占系统故障的80%。

制冷剂不良。若制冷剂充入方式不当，压缩机在系统充入制冷剂后或更换后不久，极易发生故障。若制冷能力降低时，极有可能是制冷剂量充入不足，需检漏，排除泄漏后按规定加注制冷剂；制冷剂充入过量时，制冷效果也未必更好，此时系统将在较高的压力下运行，可能损坏系统部件，必须排出过量的制冷剂，直至高压侧仪表下降至规定值；制冷剂中混入水分或空气时，应排放制冷剂，抽真空后按规定加注制冷剂；制冷剂中混入脏污时，需清洗安全阀，更换储液干燥器；制冷系统堵塞时，要用制冷剂清洗制冷系统或更换储液干燥器。

压缩机不良。压缩机传动带打滑时，需调整传动带张力或更换传动带；电磁离合器不工作且无法修复或电磁离合器线圈烧毁时，应更换电磁离合器；压缩机轴承烧损失效时，需更换轴承；缺冷冻机油时，要及时加油，反之则应快速放出制冷剂，再重新注入制冷剂；压缩机全部或部分冻结，导致压缩机皮带轮在皮带上打滑或离合器啮合不转动时，应及时维修或更换压缩机；压缩机本身故障失效时，则需更换压缩机。

冷凝器不良。冷凝器有脏污或堵塞时，需及时清洗冷凝器；冷凝器泄漏时，则应及时维修或更换冷凝器。

蒸发器不良。蒸发器壳体泄漏且外壳上散发出异味时，必须清洗蒸发器；外壳结霜时，宜调整风量；需排查压力调节阀、空调新风门关闭不严及蒸发器温控调整情况等。

储液干燥器不良。若发生压缩机不能输送制冷剂故障时，则需更换储液干燥器，去除安全阀内凝结的湿气，重新充入R-134a制冷剂前，系统需抽真空；易熔塞烧毁熔化(不在装置内)时，则更换易熔塞。

控制电路故障。传感部件故障或节温器电动开关烧毁而造成失效时，会导致压缩机啮合器不工作故障，需检测至离合器的电流，及时修复；发生装置输送未经冷却的空气故障时，若离合器未啮合，需检测电路故障，带低压开关的装置需在压缩机吸入侧维持41.37 kPa，保证电路接通。

制冷剂泄漏事故。既污染环境，又增加车辆维护时间和费用。即使汽车空调正常使用，因年久失修设备裂化倾向加重，法兰垫圈和焊缝老化、软管接头或阀门密封处泄漏等，导致制冷效果差或不制冷；制冷系统中无制冷剂或制冷剂发生泄漏时，压缩机润滑油在制冷剂泄漏过程中损失较大，会引起制冷剂和润滑油含量降低，致使空调系统难以正常工作、压缩机润滑异常，要及时排查原因且修复，再充入制冷剂；制冷剂大量泄漏时，易致人冻伤、致幻、昏迷或缺氧窒息，应及时堵塞泄漏点；一旦发生制冷剂全部泄漏事故，泄漏处的设备、制冷剂管线会严重结冻，应立即启动制冷剂泄漏事故应急救援预案，若制冷剂管线断裂时，必须排查所有管线是否断裂，且喷雾状水抑制蒸汽或改变蒸汽云流向，避免水流接触泄漏物。

2.2间歇制冷故障

造成冷气输出断续不均的主因通常是电气部分故障，如风机开关、风机电机、电路开关等故障；压缩机线圈和电磁阀断路、接地不良或连接松动；压缩机连接装置松动；蒸发器阻塞；空调管路中有水气等。发生空调装置先供冷气、后持续送热空气故障，若大气温度过高使过热安全开关打开时，必须使系统充分冷却，使过热开关得以复位；系统充入制冷剂过量时，需排出过量的制冷剂，直到高压表下降至规定值；冷凝器风扇不工作时，应排查电气系统；一旦小虫或其他碎屑堵塞冷凝器线圈时，则需用空气软管清洁冷凝器芯子。反之，如发生装置先供冷空气、后送热空气、短时间后又开始输送冷空气故障，若湿气离开干燥器，且在安全阀指针上集结结冰，使制冷剂停止流向蒸发机线圈时，会浸透干燥器，需安装新的干燥器，对系统抽真空、充入制冷剂。

发生车辆运动时装置制冷、车辆停止时制冷停止故障，应排查或更换风扇马达；电路断开时，应排查、检修电路；节温器开关故障时，需更换节温器；压缩机离合器线圈部分断开、接头松动或不正确接地时，导致工作中离合器过早脱开故障，应及时排查、维修或更换接头或离合器线圈。在制冷剂温度、湿度和大气温度确定的条件下，系统内的湿度皆可能导致任何装置间歇结冰故障，需安装新干燥器，对系统抽真空、充入制冷剂；过热调整不当时，应及时更换安全阀；而节温器调得过低时，则调整节温器。

2.3送风机故障

发生选择器处于“低”位置时，送风机在“高”位置工作，或无论选择器如何设定，送风机只在“高”位置处工作故障，其主因是导线在送风机和压缩机开关处交叉，需参考电路图，必要时重新接线；因电气故障切断所有至空调的电路时，装置工作良好，送风机却突然停转，必须参照电气简图，排查装置连接电路或接地是否正确。

发生选择器处于任何位置送风机皆不工作故障：若选择器开关或马达损坏时，需更换开关或马达；端子接头松动或接线不当时，需紧固端子接头或排查接线；保险丝烧断时，必须排查是否短路，更换保险丝；选择器控制电缆断裂或从选择器连接针脚处断开时，应适时进行维修或更换。

2.4空气流动故障

当棉绒、灰尘或羽毛堵塞蒸发机的送风机一侧时，会导致空调出口处有冷却空气，但空气流动不充分，无法保持驾驶室凉爽故障，需卸下送风机总成，用空气软管吹出蒸发机线圈的异物；制冷剂含量较低时，应马上检查制冷剂液位，若需要再次补充；蒸发机的送风机故障时，应排检电气接头和马达；外部空气进入卡车驾驶室时，需关闭窗子和外部通风口；为避免伤害，决不要把压缩空气或氧气吸入任何制冷剂容器或部件，在高于大气压力状况下R-134a与空气或氧气共存，会产生易燃性混和物。

2.5润滑油不足或过量故障

空调系统内一直保持适量的润滑油至关重要，否则会出现一系列的问题。润滑油不足时，易导致润滑不良、压缩机卡住，使活动零件产生过度的摩擦和磨损；润滑油过量时，过量的油易黏附在系统部件上，会阻碍热交换，造成冷却不良等问题，也可导致压缩机出现液击，该状况发生于压缩机试图压缩液态油而非气化的制冷剂时，因液体无法被压缩，导致内部零件损坏。而充入制冷剂时，应严守规定的充入量，更换系统部件或系统泄漏油或制冷剂，突然从系统中排出制冷剂时，要适时添加油或更换。

当将压缩机油充入系统时，必须严格按下列步骤进行检查：进行回油操作，从卡车上拆下压缩机；通过放油塞/或高低压接头排出油，检查油是否污染且变混浊，即是否出现颜色变红、油的不透明度增加、杂质及金属屑等状况，将规定的油量注入压缩机；固定或安装一把合适的油尺，检查前用R-134a 清洁和冷却油尺，插入油尺检查油位，需转动油尺，以确保它离开曲轴等。

2.6系统侵入空气、湿气故障

无论多少湿气，皆对空调系统极端有害。一旦系统泄漏时，空气和湿气易侵入系统，因空气不能凝结且轻于制冷剂，空气混入系统后，常积存于储液干燥器或冷凝器上部，影响冷凝器冷却散热效果，使冷凝压力和温度过高，系统高、低压侧压力偏高，压缩机排气管表面烫手，整个系统制冷能力降低。需排查或更换渗漏的高压管，重新回收制冷剂后，再抽真空、充入制冷剂。

湿气则可能聚集或凝结在安全阀的节流孔上，使制冷剂流动时受阻，或阻碍系统中任何经过节流孔的流动。需保证湿气不得进入节流孔；测试压缩机轴密封区域等周围，定位泄漏源且修理泄漏处，更换储液干燥器内已浸透水分的干燥剂或蓄能器，回收制冷剂，排查压缩机且添加泄漏的制冷剂油量；抽空系统中制冷剂，用秤重新充入；排查空调是否正常工作，且对该系统进行性能测试，判断该系统是否处于最佳工况。

空调系统只能采用新的、无湿气、经过高度精炼和脱水的制冷剂油R-134a，而R-134a系统采用聚(亚烷基)二醇PAG或酯油润滑剂，PAG 油会以极快的速度从大气中吸入湿气。拆装空调系统部件，打开盛放油的容器盖子或制冷剂油不用时，为将湿气吸收减至最小，必须保持所有的接头或盖子严密封闭，直至开始连接时为止；储液桶干燥器位于系统的高压侧，系统工作时摸起来可能很热，若体现冷凝作用的储液桶干燥器或管线温度较低，则表明已严重阻塞，无法去除湿气，宜用真空泵抽出系统中不应存在的空气和湿气，将系统内的压力降至真空状态，水(湿气)的沸点也降至易蒸发的温度，蒸发的湿气即可轻易地被真空泵抽出。

2.7制冷剂软管总成故障

制冷剂软管和接头若有油污，说明该处有泄漏现象。目前制冷剂泄漏检查办法主要有肥皂液检漏法、卤素灯检漏法、电子检漏仪检漏法3种[3]。接头轻微泄漏时，可及时紧固接头或更换“O”形圈密封；在R-134a 系统中，若制冷剂管路有老化、凸起、裂纹、擦伤、弯死褶、压扁或折断时，通常不建议维修损坏的软管，只能作报废处理；紧固接头时，必须采用扭矩扳手、支承扳手等专用工具并及时盖上软管总成，以防止软管总成产生变形和污染；从卡车充入阀处安装或拆卸软管的过程中，为避免制冷剂泄漏，宜采用快速连接式接头；而橡胶密封垫有老化或裂纹现象时，则必须更换成新品。

2.8空调系统异响故障

空调系统异响是指系统工作时声响异常或产生振动。引起该故障的主因有：

系统内制冷剂含量偏低时，表明空调系统有泄漏，导致安全阀的蒸发机线圈发出嘶嘶声；离合器啮合或脱开时，产生快速振动；观察孔有气泡；水压较低故障，必须排查检漏、校正系统，或再次充入制冷剂；节温器冷态控制开关故障时，需排查开关导线接头、接线是否正确；因吸入压力较低，氟利昂损耗开关故障时，需及时检漏。

压缩机缺油是常见故障，极易辨别。压缩机缺油时，会发出异响且下部摸起来较热，说明曲轴箱中油位过低或无润滑油，轴承表面磨损剧烈，温度瞬间骤升，因电机功率大，曲轴会继续转动，活塞、曲轴和轴承表面易被磨损或划伤，严重时活塞会被卡死，应立即添加润滑油到位；系统湿度过高时，安全阀有异响、吸入侧压力较低时，需立即更换干燥器，对系统抽真空、充注制冷剂；轴承、张紧轮或皮带轮故障时，运行过程中有异响且伴有嘶嘶声或隆隆声，或难以用手转动皮带轮，必须更换故障轴承；出现离合器滑动故障，若是转子表面扭曲或离合器电枢未对准时，则必须更换部件。

传动带过松或打滑时，空调系统制冷效率会降低，且伴有异响或尖叫声，需及时调节空调压缩机张紧装置，保证传动带的张紧度适宜；压缩机有异响且伴有抖动时，说明压缩机固定螺栓和支架安装螺栓已松动，必须及时紧固压缩机固定螺栓和支架安装螺栓，避免压缩机产生抖动；空调运行有异响且伴有机械噪声，可能是压缩机离合器打滑、运动件磨损或松动、排气阀门损伤等，必须及时维修或更换备件。

系统充入制冷剂过多时，可能引起：压缩机负荷加重，异响极大；高压侧管线发出隆隆声或振动，压缩机超负荷运行不久即会停机；水压和吸入压力过高；观察孔内出现气泡；耗电量陡增等故障，高湿度运转易发生结露异常现象，甚至在压缩机外壳上结露。制冷剂装满储液干燥器后，会占据冷凝器部分容积，使冷凝器散热面积减少，冷却效率降低，此时歧管压力表的高、低压侧压力皆比正常情况下要高，应从低压侧放掉多余的制冷剂，使高压表恢复至规定值。

2.9驾驶室内湿度过大故障

不正确操作空调时，易导致汽车驾驶室内湿度过高或通风道滴水故障，若湿度高于80%，人体水分蒸发慢，司机会有不适感，且有利于细菌繁殖，特别是高温酷暑季节，驾驶室内湿度过大时，会抑制人体散热，使人感到十分闷热、烦躁；而寒冬腊月季节，驾驶室内湿度过大时，会加速热传导，使人觉得阴冷、抑郁。故打开汽车通风口或门窗时，需及时关闭；排水管位置设计不当或堵塞时，应根据蒸发机芯子将软管设于高压区域；若在45°角处出现任何可能的高压，必须切断软管且使开口处朝向机器后部。

2.10制冷剂充入、排放事故

对制冷剂的任何维护、充入或排放操作，必须由受过专门训练的合格维修人员执行。若误将R-12制冷剂充入R-134a空调系统，会产生压缩机卡住等严重问题，充入制冷剂前必须确认型号是R-134a，同时采取相应的预防措施，包括使用不同形状的备用阀，不同的服务工具、螺纹尺寸、标识及标签等。为防止基于R-12系统的制冷剂和润滑剂的意外交叉混合，R-134a系统必须使用一种新型专用保养软管的管接头。

正确的充入决定，对空调系统的性能极为重要。充入制冷剂时，系统皆处于高压下，在压力下维修系统，制冷剂易排入大气，危害环境，必须做好防范措施；若系统混入空气，其主因通常是未采用许可的带有校准充入机构或质量秤的加热设备；系统充料时加探测染料，制冷剂泄漏处会遗留染料痕迹，可用紫外光(黑光)检测出明亮的荧光[4]。从空调中排出制冷剂时，易出现排放事故，吸入制冷剂/润滑剂蒸汽或喷雾，因而操作时必须符合SAE/UL标准，采用R-134a 专用回收装置，且保证工作区域通风良好。

3　结束语

针对大型矿用电动轮汽车典型空调系统故障诊断与维修技术进行深入的研究，可大幅提高系统运行的安全可靠性、可维护性及可预测性，车辆可开动率高，能为矿山安全生产保驾护航，延长系统使用寿命，提升成本能耗水平，提供强有力的技术保障。

【1】李勇.杨耀东.马飞.矿用电动轮自卸车的概况及未来发展趋势[J].矿山机械,2010(14)：9-16.

【2】张伟旗.基于ANSYS的大型电动轮巨型轮胎失效仿真研究[J].汽车零部件,2015(11):23-26.

ZHANG W Q.Failure Simulation Research of Large Mine Electrics Wheel Giant Tires Based on ANSYS[J].Automobile Parts,2015(11):23-26.

【3】吴国栋.工程机械空调系统及其故障诊断[J].建筑机械化,2003(7)：41-43.

WU G D.Construction Machinery and Equipment Air-conditioning Systems and Their Failure Diagnosis[J].Construction Mechanization,2003(7)：41-43.

【4】张伟旗.矿用电动轮空调系统泄漏故障诊断与维修探析[J].有色冶金节能,2015(1)：30-33,41.

ZHANG W Q.Discussion on the Leakage Diagnosis and Maintenance of Air Conditioning System of Mining Electric Wheels[J].Energy Saving of Non-ferrous Metallurgy,2015(1)：30-33,41.

The Fault Diagnosis and Maintenance Technology of Mining Electric Wheel Typical Air Conditioning System

ZHANG Weiqi

(Copper Co.,Ltd.,of Jiangxi Copper Corporation，Guixi Jiangxi 335424，China)

A large mining electric wheel cars typical air-conditioning system main design principle was analyzed. According to the production practice for a long time, the corresponding air-conditioning system fault diagnosis and maintenance technology was put forward.The technology has strong practicability and maneuverability, high reference value, high cost of energy consumption level.It can improve safety and reliability, predictability, and maintainable ability of air conditioning system running in similar industry.

Mining electric wheel cars；Typical air conditioning systems； Fault diagnosis and maintenance

2016-04-01

张伟旗(1965—)，男，工学学士，高级工程师，中国机械工程学会高级会员，研究方向为矿山机械、铜加工、有色冶金、机电设备工程、教育教学研究。E-mail：zhangwq678@126.com。

U463.85+1

B

1674-1986(2016)08-072-04