有軌電車刮雨器系統(tǒng)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(tǒng)故障頻發(fā)，導(dǎo)致列車下線、退出服務(wù)等運營事件時有發(fā)生，針對此問題，從刮雨器構(gòu)造、工作原理出發(fā)，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(tǒng)故障。通過對有軌電車刮雨器系統(tǒng)故障的研究，對在露天運行環(huán)境下的有軌電車刮雨器的設(shè)計工作有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：有軌電車；刮雨器系統(tǒng)；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(zhì)，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(guān)鍵部件，其廣泛應(yīng)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(xiàn)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(jié)列車安全運行。

1 刮雨器基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)組成

蘇州高新有軌電車刮雨器系統(tǒng)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(xiàn)低速、高速、停止回位等功能，詳見圖1。

根據(jù)刮雨器的工作要求，刮雨器的電機軸旋轉(zhuǎn)速度設(shè)計為高速、低速兩個檔位。當(dāng)關(guān)閉刮水器開關(guān)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(cè)）。

刮雨器刮臂采用的是雙搖臂雙刷桿結(jié)構(gòu)，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(shù)參數(shù)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(tǒng)的組成核心，共有三個檔位：高速、低速、停止，刮雨器系統(tǒng)工作電氣原理圖如圖2所示。其中，三個檔位分別對應(yīng)觸點6、4、2，電機快慢檔通過電機內(nèi)部低速和高速碳刷作用實現(xiàn)，電機內(nèi)部設(shè)置回位功能觸點，其作用是當(dāng)司機將開關(guān)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(cè)）。

2 有軌電車刮雨器系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 常見故障現(xiàn)象

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

通過分析，有軌電車刮雨器系統(tǒng)故障主要由電機故障而導(dǎo)致，具體表現(xiàn)為刮雨器卡滯、刮條無法正常回位等問題，在雨雪天氣環(huán)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(xiàn)場多次發(fā)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(jù)電機工作原理，結(jié)合故障現(xiàn)象，初步判定故障原因為電機內(nèi)部回位功能失效，對拆下來的故障電機進一步拆解發(fā)現(xiàn)，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(shù)值非常大，電流時有時無，正是因為這些雜質(zhì)的堆積，導(dǎo)致觸點阻值變大，刮雨器電機回位開關(guān)觸點接觸不良導(dǎo)致刮雨器無法回位或者卡滯。通過制定電機回位開關(guān)觸點清潔方法，并組織供應(yīng)商分析刮雨器電機內(nèi)部進雜質(zhì)的原因，最終，刮雨器電機慣性故障的根本原因得出結(jié)論：由于刮雨器電機回位開關(guān)保護蓋密封不良，導(dǎo)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(dǎo)電不良，產(chǎn)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(guān)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(guān)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(tǒng)功能良好，但運行了一個多月后，再次發(fā)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(fā)現(xiàn)，除了電機進線口空隙較大，回位開關(guān)保護罩邊緣也有間隙，長時間運行后，灰塵等雜質(zhì)容易進入，導(dǎo)致故障發(fā)生。針對此問題，工作人員提出了最終防塵優(yōu)化方案-----更換回位開關(guān)防護罩，更換易于產(chǎn)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(yōu)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(guān)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(zhì)，相較舊型號回位觸點新型觸點結(jié)合方式更耐磨、接觸更好；（3）增加緊固螺栓數(shù)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(yè)標(biāo)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(zhuǎn)試驗臺上，持續(xù)對電機噴淋3分鐘，試驗后電機內(nèi)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(xù)噴水。刮雨器保證每天刮刷至少9小時，共持續(xù)X天，高、低速檔位每天循環(huán)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(jù)供應(yīng)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(xiàn)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(xù)跟蹤一個月，在雨水天氣環(huán)境下，未出現(xiàn)相關(guān)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(nèi)，未發(fā)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(jié)束語

刮雨器電機觸點氧化導(dǎo)致卡滯的根本原因是回位開關(guān)外部保護罩密封不良以及觸點的設(shè)計不當(dāng)，設(shè)計者未充分考慮有軌電車的露天運行環(huán)境。通過對有軌電車刮雨器系統(tǒng)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(shè)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(xué)士，助理工程師，研究方向：軌道交通車輛機械系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)管理。