有軌電車刮雨器系統電機故障分析研究

摘 要：蘇州高新有軌電車運營3年以來，有軌電車刮雨器系統故障頻發，導致列車下線、退出服務等運營事件時有發生，針對此問題，從刮雨器構造、工作原理出發，對刮雨器故障電機重點分析，找到刮雨器故障的主要原因，最后，提出合理改進方案并進行裝車驗證，效果良好，有效降低了刮雨器系統故障。通過對有軌電車刮雨器系統故障的研究，對在露天運行環境下的有軌電車刮雨器的設計工作有一定的指導意義。

關鍵詞：有軌電車；刮雨器系統；電機故障；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.004

0 引言

有軌電車刮雨器是用來清掃車輛前窗玻璃雨水、雜質，給駕駛員提供一個清晰的駕駛視線從而確保行駛安全的關鍵部件，其廣泛應用于軌道交通車輛。本文主要針對蘇州高新有軌電車運營3年以來多次出現的刮雨器故障進行分析，提出合理的處理對策，保證雨雪季節列車安全運行。

1 刮雨器基本結構及工作原理

1.1 基本結構組成

蘇州高新有軌電車刮雨器系統總成是由電機、曲柄、連桿、刮臂、刮刷、水箱等六大基本部件組成，其可以通過司機室IDD觸摸屏實現低速、高速、停止回位等功能，詳見圖1。

根據刮雨器的工作要求，刮雨器的電機軸旋轉速度設計為高速、低速兩個檔位。當關閉刮水器開關后，電機軸通過自動回位裝置停止在固定位置或使刮雨器刮臂停止在初始位置（車輛運行方向的右側）。

刮雨器刮臂采用的是雙搖臂雙刷桿結構，在刮臂頭部配備了洗滌器噴頭，通過洗滌液箱電動泵輸送含有壓力的洗滌液，噴灑在車窗玻璃的表面上，使刮雨器更好的清理車窗玻璃表面的污物。刮雨器主要技術參數如表1所示。

在檢修過程中，需定期更換刮雨器刮條，以及定期查看水箱水位指示燈，水位較低時及時補充水至要求水位。

1.2 刮雨器工作原理

刮雨器電機是有軌電車刮雨器系統的組成核心，共有三個檔位：高速、低速、停止，刮雨器系統工作電氣原理圖如圖2所示。其中，三個檔位分別對應觸點6、4、2，電機快慢檔通過電機內部低速和高速碳刷作用實現，電機內部設置回位功能觸點，其作用是當司機將開關打至刮雨器停止位時，無論刮雨器動作到何位置，刮臂均能夠回到初始位置（列車行駛方向最右側）。

2 有軌電車刮雨器系統常見故障現象及原因分析

2.1 常見故障現象

蘇州高新有軌電車試運營3年以來，刮雨器系統發生多次故障，其中各類型故障統計如表2、表3：

通過分析，有軌電車刮雨器系統故障主要由電機故障而導致，具體表現為刮雨器卡滯、刮條無法正常回位等問題，在雨雪天氣環境下，直接影響有軌電車的安全運行。

2.2 故障分析及前期采取的措施

2.2.1 故障分析

現場多次發生刮雨器卡滯、無法回位等故障后，工作人員在第一時間更換新電機，并對故障電機進行了分析。根據電機工作原理，結合故障現象，初步判定故障原因為電機內部回位功能失效，對拆下來的故障電機進一步拆解發現，所有故障電機回位觸點周圍存在大量灰塵，表面有拉弧痕跡，其測量阻值數值非常大，電流時有時無，正是因為這些雜質的堆積，導致觸點阻值變大，刮雨器電機回位開關觸點接觸不良導致刮雨器無法回位或者卡滯。通過制定電機回位開關觸點清潔方法，并組織供應商分析刮雨器電機內部進雜質的原因，最終，刮雨器電機慣性故障的根本原因得出結論：由于刮雨器電機回位開關保護蓋密封不良，導致外界灰塵進入回位觸點間隙，回位觸點電阻增大，從而刮雨器電機導電不良，產生回位失效或卡滯等問題。

2.2.2 前期采取措施

針對上述原因，前期工作人員制定了解決方案：通過打磨電機回位開關觸點，并用酒精擦拭去除表面雜物，干燥后進行阻值測量（正常阻值為0，可在0-0.3Ω波動）；同時，對回位開關保護罩進線口，使用不干膩子進行密封，圖4為密封處理情況。

對所有有軌電車整改完畢后，前期雨刮器系統功能良好，但運行了一個多月后，再次發生刮雨器無法回位故障，前期整改方案驗證不成功。在對拆解后的電機進行分析并發現，除了電機進線口空隙較大，回位開關保護罩邊緣也有間隙，長時間運行后，灰塵等雜質容易進入，導致故障發生。針對此問題，工作人員提出了最終防塵優化方案-----更換回位開關防護罩，更換易于產生卡滯的回位觸點接觸方式。

3 電機改進方案

針對上述原因分析，從以下幾點對電機密封進行優化：（1）將電機塑料外殼更換為鑄鋁殼，與電機密封處完全重合，提高防塵密封水平；（2）改變電機回位開關的接觸型式：由原來的觸點常開式更改為圓盤摩擦常開式，圓盤、觸點采用紫銅合金材質，相較舊型號回位觸點新型觸點結合方式更耐磨、接觸更好；（3）增加緊固螺栓數量，使外殼受力均勻；（4）在進線孔裹絕緣膠帶、再進行打膠密封；（5）在接口處增加密封圈，增大防水防塵性能。如圖5所示。

4 試驗驗證

刮雨器新型電機裝車前，需要按照行業標準進行電機密封性能試驗和200萬次的耐疲勞試驗。

4.1 電機密封試驗

首先對電機密封性能進行驗證：在自動旋轉試驗臺上，持續對電機噴淋3分鐘，試驗后電機內部無水汽進入，各功能良好，防護等級滿足IP66（GB4208-2008/IEC60529：2001 外殼防護等級）要求。

4.2 電機疲勞試驗

將配備新型電機的刮雨器安裝在試驗臺上，噴淋裝置持續噴水。刮雨器保證每天刮刷至少9小時，共持續X天，高、低速檔位每天循環運行，試驗后刮雨器各個功能正常，新電機能順利通過200萬次刮刷試驗。

4.3 裝車試改、跟蹤、批量整改

根據供應商提交的資料以及新電機疲勞試驗和密封試驗報告，選取兩輛有軌電車進行安裝，裝車后刮雨器各功能表現正常，在日常檢修中對這兩個試改雨刮器進行重點檢查，并持續跟蹤一個月，在雨水天氣環境下，未出現相關故障。隨即對剩余有軌電車刮雨器電機進行批量更換。

刮雨器新型電機更換四個月內，未發生一起刮雨器卡滯或回位失效故障，表明采取新型電機的措施可以有效的解決有軌電車刮雨器電機故障。

5 結束語

刮雨器電機觸點氧化導致卡滯的根本原因是回位開關外部保護罩密封不良以及觸點的設計不當，設計者未充分考慮有軌電車的露天運行環境。通過對有軌電車刮雨器系統故障的分析、處理，不僅提高了有軌電車運營安全性，也可為有軌電車刮雨器的設計帶來一些啟示。

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作者簡介：李為勝（1987-），男，江蘇徐州人，本科，學士，助理工程師，研究方向：軌道交通車輛機械系統設計及技術管理。