3508B型发动机起动马达故障分析及对策

曹伟剑

摘要：发动机是钢轨打磨车的动力源，与行车安全息息相关。本文主要分析了GMC-96X型钢轨打磨车发动机起动马达故障情况，并提出了相应的对策措施。

关键词：钢轨打磨车;起动马达故障;对策措施

中图分类号：V2                                             文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0135-03

0  引言

随着我国铁路尤其是高速铁路的快速发展，对铁路的养护越来越重要，GMC-96X型钢轨打磨车的运用也越来越多，伴随产生了较多使用故障。2020年9月，某钢轨打磨车3508B型发动机起动马达故障，致使当日施工取消。发动机是钢轨打磨车的动力源，与高铁行车安全息息相关，近年来起动马达故障频发，构成运用安全风险，应引起我们的高度警觉。

1  故障经过

2020年9月，某钢轨打磨车机组人员作出车前准备时，发现3508B型发动机无法正常起动，断路器34QF320（10A）跳闸，启动信号电源D420断开（图1），F3101A无法得电（当电门开关打开时，D420长得电，打开发动机启动开关，ECM输出使F3101得电，继电器K31闭合，F3101A应得电）。检查确认起动马达M11、M12各接线良好，接地线无松动，蓄电池起动电压（33）正常，但起动马达无动作，故判断马达故障，施工取消。次日起动马达送达现场，更换后修复。

2  原因分析

2.1 故障车辆基本情况

GMC-96X型钢轨打磨车，生产厂家：金鹰重型工程机械有限公司;发动机型号3508B，生产厂家：美国卡特彼勒公司，序列号C8R00146，工作小时8343h。

2.2 现场调查

①C8R00146号3508B卡特彼勒发动机标牌（图2）。

②发动机起动马达外观状态区别。

3508B发动机配有两个同型号起动马达，马达型号237-1962或338-3454。M11起动马达（图3，固定法兰为喷涂的黄色面漆）;M12起动马达（图4，固定法兰为喷涂的黑色面漆）。

③调查经过。

现场检查发动机ECM模块故障记录，无异常起动等记录。检查起动马达时发现：马达小齿轮护罩内均存在大量金属异物（打磨钢轨后产生的金属粉末，以下简称“铁粉”）。进一步拆解起动马达时，发现拨叉与马达轴处也存在大量铁粉（图5）。

通电测试：M11起动马达通电后，小齿轮轻微动作但未伸出（正常情况是通电后小齿轮伸出并会保持伸出状态）;M12起动马达通电后，小齿轮迅速伸出且能保持伸出状态，断电后小齿轮能迅速缩回。用万用表检查定子线圈绝缘性能：M11起动马达定子线圈对地电阻为44MΩ，绝缘性能良好;M12起动马达定子线圈对地电阻为1MΩ，绝缘性能较差。

判断：M11起动马达的起动电磁阀吸拉线圈损坏，导致小齿轮不能伸出，短接簧片不能接通，起动马达无法正常工作;M12起动马达可能存在定子线圈绝缘损坏或线圈过载烧蚀故障，导致起动马达不能工作（图6）。

3  深度分析

3.1 起动马达工作原理

起动电磁阀结构原理：电磁阀内部使用了两副线圈，这两副线圈被称为保持线圈和吸拉线圈（图7）。两副线圈绕同一阀芯并有相同的匝数。但是，吸拉线圈使用了直径较大的电线以便产生更大的磁场。当起动电磁阀通电后，来自蓄电池的电流一部分流经保持线圈，其余的电流经过吸拉线圈流向起动马达接线柱，该电流随后流经起动马达定子线圈后接地。小齿轮伸出至工作位置（距离齿轮护罩9mm位置）時短接簧片导通，吸拉线圈瞬间断电（被短接簧片短路），保持线圈继续工作。含有较小电流的保持线圈长时间工作，这一时间就是发动机起动所需的时间（起动所需时间不超过10s），保持线圈产生的热量在可接受的水平。

起动马达起动发动机过程虽然很短，但分为两个阶段进行。

第一阶段：当钥匙开关信号接通时，起动电磁阀的吸拉线圈与保持线圈同时通电工作，电磁阀芯将会移动，从而通过一个拨叉推动起动马达小齿轮。随着拨叉移动，小齿轮齿圈与发动机飞轮齿圈啮合。第二阶段：当簧片与触点接通时蓄电池和起动马达之间的电路接通，定子线圈与电枢产生足够的磁场，驱动电枢转动，小齿轮就会带动发动机飞轮旋转，起动马达离合器向起动马达提供保护，避免起动马达在起动瞬间转得太快。当钥匙开关被释放时，起动马达小齿轮将移离飞轮齿圈，起动结束。

3.2 起动马达故障分析

根据拆解检查、通电检查、用万用表检查的结果，我们认为：飞轮盘轴孔盖板缺失（图8），致使M11起动马达拨叉与马达轴处堆积大量铁粉是本次故障的根本原因。

拨叉与马达轴处的大量铁粉锈蚀后粘结在拨叉与马达轴表面，导致拨叉与马达轴工作时发卡，小齿轮伸出不到位，电磁阀吸拉线圈一直处于大电流工作状态，线圈温度不断上升，最终导致吸拉线圈过热损坏，且短接簧片无法与触点接触，定子线圈无法工作，M11起动马达无法参与发动机起动过程。由于GMC-96X打磨车的设计特点，3508B发动机起动时的负载较大（图9），两端传动路线分别为：发动机→液力变矩器→空压机、发动机→分动箱→驱动泵X2。

伴随着发动机持续起动，M12起动马达必须克服全部负载做功，这导致M12起动马达定子线圈中的电流迅速增大，定子线圈温度也不断升高过热。定子线圈不断受到热负荷作用，线圈最终过载受损，M12起动马达也无法正常工作，最后发动机出现无法起动故障。

4  对策措施

①日常检查飞轮盘轴孔盖板，如缺失须第一时间补齐。定期拆卸起动马达，检查清理起动小齿轮防护罩与拨叉、马达轴处的铁粉。②定期对起动马达的工作状态进行检查，依次拆除两个起动马达起动控制线（起动电磁阀S端子接线）进行断电试验：瞬间点动起动开关（不起动发动机，避免起动马达过载），观察发动机输出轴是否转动一定角度，简单判断通电状态下起动马达是否正常。一旦发现发动机输出轴出现不转动的情况，应及时进行排查，非紧急情况下应避免使用单个马达起动发动机。③起动马达相关电器元件接线必须正确无误，接触良好，绝对不允许有虚接、短路等现象。④应定期检查蓄电池接线情况，保证蓄电池工作性能良好。⑤每次起动发动机的时间不得超过10s。若起动不成功，则需间隔至少2分钟后才允许下一次起动，如果第3次还不能使发动机正常起动，则应上报并进行故障排查。⑥发动机一旦独立运转，严禁误操作起动开关再次起动发动机，避免损坏起动马达小齿轮和发动机飞轮齿圈。⑦定期检查发动机外部车体起动控制系统元器件状态，如起动继电器、断路器、钥匙开关等。

5  结束语

从以上对3508B型发动机起动马达的故障分析，找到了问题的症结所在并提出对策措施，提高了钢轨打磨车的安全运用管控水平。

参考文献：

[1]薛世润.基于PC机与LabVIEW技术的机车信号检测系统[D].2015.

[2]黃振海.关于汽车启动机故障维修的思考[J].时代汽车，2019（008）：135-136.

[3]丁行海.商用车电控柴油机无法起动故障分析[J].汽车维修，2019（002）：7-9.

[4]陈伟，许林，王凯.核电厂小型柴油发电机启动马达故障原因分析及处理[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2019，9（2）：45.

[5]母忠林，谭正国.道依茨柴油机结构与维修[M].化学工业出版社，2012.

[6]于家和，张宝明.道依茨柴油机的构造与原理[M].大型养路机械培训编写组，2002.