ZD-6型電動轉轍機“接點反彈”的故障分析及預防

胡 婕，徐錦材，郭予廣

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 510330）

ZD-6 型電動轉轍機在鐵路局運用十分普遍，但在地鐵占比不到5%，尤其是南方地區僅有廣州與福州地鐵有廣泛運用。考慮到南方地區環境不同，炎熱地區，減速器內齒輪潤滑脂在夏季極易出現熔滴現象；結合2022 年2 月地鐵道岔故障處理時發現ZD-6 型電動轉轍機轉動到位后出現“接點反彈”，測量減速器摩擦電流最高為5 A 且不穩定的現象。為預防此類故障問題，在理論分析和基地試驗的基礎上，通過數據分析，發現ZD-6 型電動轉轍機出現“接點反彈”的原因并提出可操作性較強的預防措施。

1 原因分析

現有ZD-6 轉轍機的摩擦聯接器是利用轂式摩擦帶與內齒輪伸出端之間的摩擦來實現，其主要用于過載保護，當轉轍機轉換受阻時，內齒輪克服摩擦力開始在摩擦帶內轉動，通過相互摩擦消耗電機輸出的能量，達到保護電機及相關零件的作用。另外在轉轍機正常轉換到位后，剩余慣性也需要通過摩擦聯接器的相對滑動來吸收。

摩擦聯結器是固定在減速器內齒輪延伸部分的小外圓上，與可調摩擦板共同構成減速器部件，如圖1 所示。由于ZD-6 采用直流電機，摩擦連接器與內齒輪產生的摩擦力與工作（摩擦）電流近似成正比。摩擦聯接器正常使用時需滿足如下技術要求。

圖1 摩擦聯結器結構Fig.1 Friction coupling structure diagram

1）道岔正常轉換時，摩擦聯接器不空轉；道岔轉換完畢時，摩擦聯接器應稍有空轉；道岔尖軌因故不能轉換到位時，摩擦聯接器應空轉。

2）在規定摩擦電流條件下，摩擦聯接器彈簧有效圈的相鄰圈最小間隙不小于1.5 mm；彈簧不得與夾板圓弧部分觸碰。

3）摩擦帶與內齒輪伸出部分，應經常保持清潔，不得銹蝕或沾油。

4）摩擦帶與內齒輪伸出端的接觸面積不小于摩擦帶面積的 4 /5。

接點反彈狀態（異常狀態）是指道岔到位后，由于減速器中摩擦連接器與內齒輪之間的摩擦力大于電機旋轉慣性產生的力，此時摩擦聯結器仍將減速器的內齒輪固定在“靜止”位置，而電動機的旋轉慣性由于沒有緩沖，導致產生大小相等的反彈力，迫使外齒輪反轉繼而帶動輸出軸反轉導致接點斷開。即不滿足技術要求的第一點。

根據摩擦聯結器的技術要求，分析其在生產、使用過程中因為一些外界因素造成摩擦電流變化的原因，主要有以下幾點。

1）外界影響。

a.濕度：由于電動轉轍機機內進水，使摩擦帶與內齒輪接觸面浸水或使主軸生銹，進而影響摩擦電流的大小。

b.溫度：摩擦帶、主軸膨脹系數不同，受溫度影響變化不同等，進而影響摩擦電流的大小。

2）加工、裝配不當。兩片摩擦帶薄厚不一致；摩擦帶與減速器內齒輪接觸面積不同；內齒輪和夾板不同心等，均會造成摩擦帶正反阻力大小不一致、扭矩傳遞不平穩，進而影響摩擦電流的大小。

3）摩擦連接器自身結構影響。兩個調整螺母無法保證調整出的摩擦帶預壓力大小相等；摩擦聯接器密封效果不理想，致使摩擦帶性能參數受濕度影響而上下起伏。

4）熔滴的潤滑脂落到摩擦聯結器夾板軸上，隨著內齒輪的轉動，沾入到摩擦帶面上，使摩擦力減小，工作電流自動下降，并且再調緊螺母也無法提高摩擦電流。

2 檢修基地理論試驗

通過摩擦聯結器技術要求及出現摩擦電流變化的原因分析可大致判斷本次故障的原因為摩擦聯結器與內齒輪之間的摩擦力大于電機轉動慣量的力，最終導致“接點反彈”。而摩擦聯結器與內齒輪之間的摩擦力可通過摩擦電流反映，即摩擦力越大摩擦電流越大，因此出現摩擦電流5 A 且不穩定的情況。

根據該特點，檢修基地從摩擦帶使用介質、減速器齒輪油脂涂抹情況、油脂化驗分析及摩擦電流與接點反彈關系等方面開展相關試驗。具體內容如下。

2.1 減速器摩擦帶在不同介質下（油脂、油泥混合物、水）摩擦電流的變化研究

通過對碳基半金屬摩擦夾按5%、10%、20%、30%、50%、100%比例涂抹長城牌3 號鋰基潤滑脂以及對摩擦帶噴水等方式，將不同狀態下的摩擦帶安裝至減速器上并連接智能測試負載臺，觀察摩擦電流變化情況，判斷在不同介質下的摩擦電流變化趨勢。如圖2 所示，詳細測試步驟如下。

1）將正常摩擦帶（0%涂抹物）固定至摩擦夾板，并調整減速器左右兩邊摩擦電流至2.7 A。

2）用游標卡尺測量在摩擦電流2.7 A 下摩擦聯結器的調整彈簧頂部距離底部的凈深，并明確調整彈簧在調整至該凈深條件時，摩擦電流是一致的。以此作為摩擦帶在涂抹各類試驗物后的安裝調整基準。

3）摩擦帶拆卸并按5%、10%、20%、30%、50%、100%比例涂抹油脂、油泥混合物后安裝至摩擦夾中，并將調整彈簧調整至基準凈深值。減速器正常轉動三圈后，測量摩擦電流。

4）正常摩擦帶安裝至摩擦夾，并將調整彈簧調整至基準凈深值。在內齒輪與摩擦帶裸露部位用噴壺噴灑少部分凈水，測量摩擦電流。

通過分析摩擦電流的變化情況，最終得出以下研究結論。

1）摩擦夾內滲入油脂或油泥混合物時，其滲入量與摩擦電流基本呈負相關，即油脂滲入越多，摩擦力越小，其摩擦電流越低。

2）摩擦夾內滲入水時，其滲入量與摩擦電流基本呈正相關，即滲入水汽越多、濕度越大，其摩擦電流越大。

2.2 油脂注入量與滲油關聯性的對比

通過對減速器內齒輪按“標準涂油”及“過多涂油”兩種方式進行涂抹對比。隨后將兩種狀態的內齒輪安裝至減速器上并連接轉轍機智能測試臺，模擬現場道岔單日轉動次數（500 個來回），總計模擬兩周的轉動量（7 000 個來回），測試以下內容：動態監測減速器溫度變化情況； 7 000 個來回后檢查兩臺減速器的油脂外溢情況，特別是減速器殼夾板軸的油脂外溢情況；7 000 個來回后檢查摩擦帶的使用情況。詳細測試步驟及情況如下。

1）對減速器（編號001，簡稱一號減速器）的殼內腔及內齒輪內部進行標準涂油；對減速器（編號002，簡稱二號減速器）的殼內腔及內齒輪內部進行明顯的過量油脂涂抹。

2）分別組裝至兩臺轉轍機，并連至不同的ZD-6 轉轍機智能測試臺，上、下午各模擬W1601道岔的一日轉動量（500 次），連續測試7 天，共計模擬14 天的轉動量。

3）轉動期間，每日模擬轉動時，第250 及500次轉動完畢后，利用體溫槍測量減速器蓋、減速器殼、內齒輪的溫度，并記錄；在轉轍機連續轉動的情況下，減速器蓋、減速器殼及內齒輪溫度基本在35°～40℃之間。且同一條件下，減速器蓋溫度最高，減速器殼次之，內齒輪溫度最低。

4）完成W1601 的14 天轉動量后，對減速器進行拆解，查看減速器油脂外溢情況。“標準注油”的一號減速器：中間板安裝緊固部位和減速器殼與內齒輪摩擦夾小圓接觸面未發現油脂外溢現象，減速器殼下方的夾板軸部位有油脂/油泥混合物黏糊現象，但未滲入摩擦帶。“過多注油”的二號減速器：在減速器轉換到第5 個來回時，明顯發現油脂從減速器殼內外溢出到內齒輪面上，顯黏糊狀態，隨著轉換次數增加，減速器殼內的油脂外溢油量越多。減速器轉換到第50 個來回后，基本未發現有油脂再外溢現象。同時，后續7 000 個來回動作結束后未見中間板和夾板軸部位有油脂外溢現象，如表1 所示。

表1 減速器各部位溫度的變化情況Tab.1 Temperature change of parts of the retarder

綜上可以得出，在轉轍機連續轉動的情況下，減速器外部溫度基本在35°～40℃之間，而現場道岔高峰期時為2 min 轉動一個來回，頻次遠低于試驗條件，預計減速器溫度將更低，且遠低于3 號鋰基脂“滴點”。因此可以判斷，轉轍機轉動時產生的溫度不是導致油脂液化的主要原因。

但減速器過多注油會導致油脂從減速器殼與內齒輪縫之間明顯溢出。而正常情況下隨著轉動次數的增多，夾板軸易出現油脂與摩擦帶粉塵產生的油泥混合物，從而影響摩擦電流。

2.3 油脂對比研究

轉轍機潤滑脂主要起降低機械摩擦，防止機械磨損的作用，同時還兼起防止金屬腐蝕的保護作用，及密封防塵作用。通過選取TR-1 鐵路專用轉轍機潤滑脂及3#潤滑鋰基脂涂抹在ZD-6 轉轍機減速器上，在其他條件相同的情況下，使用轉轍機智能測試臺對涂有兩種油脂的ZD-6 轉轍機進行操岔試驗7 000 次。

測試試驗結果顯示，減速器殼內齒輪大圓面涂抹的TR-1 鐵路專用轉轍機潤滑脂呈現均勻飽滿，無明顯的轉動磨耗發黑現象；減速器內齒輪大圓面上涂抹的3#潤滑鋰基脂呈現不均勻飽滿，有明顯的轉動磨耗發黑現象。

通過與3#潤滑鋰基脂進行參數對比，結合TR-1鐵路專用轉轍機潤滑脂的研究報告，TR-1 鐵路專用轉轍機潤滑脂在適用場景、抗磨極壓性能、高/低溫性能方面相比3#潤滑鋰基脂表現更好，如表2 所示。從同行業選型方面分析，TR-1 鐵路專用轉轍機潤滑脂為中國石化石油化工科學研究院應西安鐵路信號廠要求所研制的一種適合全國各地、冬夏通用的鐵路轉轍機潤滑脂。

表2 油脂相關參數對比Tab.2 Comparison of grease related parameters

2.4 摩擦電流與接點回彈關系研究

接點回彈是在轉到道岔到位后，由于摩擦連接器的靜摩擦力大于電機旋轉慣性產生的力，此時摩擦聯結器仍將減速器的內齒輪固定在“靜止”位置，而電動機的旋轉慣性由于沒有緩沖，導致產生大小相等的反彈力，迫使外齒輪反轉繼而帶動輸出軸反轉導致接點斷開。

通過在轉轍機測試臺上對ZD-6 型電動轉轍機摩擦電流進行調整，觀察接點回彈情況，明確現場摩擦電流范圍。通過測試，得出單機的ZD-6 型電動轉轍機摩擦電流在2.0 ～3.0 A 之間不會出現接點回彈的情況，如表3 所示。

表3 摩擦電流與接點回彈相關參數及情況對比Tab.3 Comparison of friction current and contact rebound related parameters and conditions

3 改善措施

試驗新型減速器：由于現有ZD-6 轉轍機減速器摩擦聯接器在使用過程中摩擦電流受環境溫度及空氣濕度影響較大，而摩擦電流的變大會引起接點反彈等現象。同時現有的轂式摩擦帶在使用過程中維護量較大，例如需要定期清理摩擦產生的粉末、定期更換摩擦帶。為了克服目前減速器摩擦帶的缺點，通號（西安）軌道交通工業集團有限公司研發了一種新的盤式摩擦減速器，其減速器部分保持不變，將摩擦聯接器部分由開放式的轂式摩擦副改進為內置的盤式摩擦副，盤式摩擦聯接器部分與減速器部分集成在一起，密封性提升、摩擦性能穩定。目前已在地鐵部分線路進行試驗，使用反饋較好。

4 預防措施

1）日常維護時，嚴格按照要求調整摩擦電流，不得超出規程要求（車輛段2.3 ～2.6 A，正線2.6 ～2.9 A）。當檢修時發現摩擦電流變化超過0.1 A 或發現減速器殼滲油或摩擦電流超標或不穩定時，應拆解摩擦片對其進行檢查并清潔處理。

2）認真監測轉轍機摩擦電流的變化狀態，及時調整，留有余地。加強季節防范，要根據季節性氣溫變化，跟蹤標調道岔故障電流。當出現連續潮濕天氣時，應加密檢修周期，并重點檢查摩擦電流狀態及清潔摩擦帶。

3）使用TR-1 鐵路專用轉轍機潤滑脂，提高轉轍機部件耐用性。

4）為避免油泥混合物日積月累進入摩擦帶，造成摩擦電流變動，夾板軸處的油泥混合物清理建議列為日常維護時的重點工序。

5 結束語

本文旨在研究ZD-6 型電動轉轍機的減速器中油脂對摩擦電流造成的影響以及摩擦電流變化對轉轍機動作的影響。為地鐵ZD-6 型電動轉轍機日常維護提出一些建設性意見。經過一段時間的驗證，現場已未發現此類問題，保證了轉轍機的出所質量和行車安全。