列車雨刮器電機無電燒損故障及維護研究
——以廣州地鐵5號線為例

龔 瑩

廣州地鐵集團有限公司運營事業總部運營二中心車輛維保二部，廣東 廣州 510000

1 廣州地鐵5號線雨刮器概述

廣州地鐵5號線車輛采用長春龍泰機電設備有限公司生產的DODLEY10159000，PARVALUX型雙臂式雨刮器電機，雨刮器是由電機帶動曲柄、連桿、搖臂、刷桿左右擺動。根據雨刮器的工作要求，可實現電機軸旋轉速度在高、低速功能之間轉換；關閉雨刮器開關，電機使雨刮器刮臂停止在初始位置（車輛運行方向的左側）。

2 廣州地鐵5號線雨刮器電機故障

2.1 故障表現

列車正線運營出現雨刮器電機燒損故障時，司機室會有異味（類似煤氣味），列車回庫后，按照列車燒焦味處理流程，打開電氣柜門，檢查線纜、板卡、繼電器、斷路器、插口接頭等有無燒損和高熱痕跡；檢查氣壓表、TMS顯示屏、開關門按鈕、CCTV主機、PWM發生器、廣播控制盒、操縱臺電路、雨刮器轉換開關相關接線、操縱臺下方插頭接線等有無燒損和高熱痕跡。

2.2 檢修規程要求

（1）日檢規程要求。檢查雨刮器外觀無異常，檢查雨刮器功能正常（雨刮器不能干刮）。

（2）系統修規程要求。檢查雨刮器外觀無異常，各部件安裝緊固，刷桿拉緊彈簧無異常，膠條無老化、開裂，使用WD40對主軸進行潤滑；檢查試驗雨刮開關各檔位（快速、慢速、停止）功能正常；檢查雨刮各部件動作正常，無故障（雨刮器不能干刮）。

2.3 雨刮器電機內部結構及工作原理

（1）內部結構。雨刮器電機內部的行程開關S1、S2并非常規意義上的開關，其導通和關斷是通過電機齒輪盤上的特殊結構與集成在電機內腔的3個銅片觸頭間的位置配合切換實現的。

電機腔內的銅片觸頭1在齒輪盤上的運動軌跡為內圈，觸頭2的運動軌跡為中圈，觸頭3的運動軌跡為外圈。觸點1和觸點2均在金屬區域時，相當于S1開關閉合導通；觸點3和觸點2均在金屬區域時，相當于S2開關閉合導通。S1和S2始終為一閉合、一斷開的狀態，每當雨刮器刷臂返回至零位時，兩開關完成一次切換。

（2）工作原理。雨刮器轉換開關從低速位轉換至停止位時，刷臂若不在零位，觸頭1仍在內圈金屬區域運動，觸頭3仍在外圈非金屬區域運動，此時S2仍閉合，S1斷開，讓電機以低速轉動至停止，雨刮器刷臂返回零位。當雨刮器刷臂返回零位時，觸頭1剛好運動至內圈非金屬區域，觸頭3運動至外圈金屬區域，此時S1和S2完成切換，S2斷開，S1閉合，電機停止轉動，雨刮器刷臂也回至零位。

2.4 故障原因及排查

（1）高低速轉換開關。試驗高低速轉換開關，雨刮器可正常動作，檢查開關接線無異常，基本可排除轉換開關的原因。

（2）S1和S2開關。拆解故障雨刮器電機，檢查電機齒輪盤結構無異常，電機內腔3個銅片觸頭無彎折，基本可排除行程開關的原因。

（3）電機線圈及其并聯電阻。測量線圈并聯電阻，發現已燒損，初步判斷有電流長時間持續流過該電阻，導致其燒損。

（4）碳刷。對比發現線圈3個碳刷均有不同程度的磨損，拆下后測量，發現其中一個碳刷磨損量較大，初步判斷故障原因為碳刷磨損，導致雨刮器轉換開關打至停止位的過程中，碳刷未能接通線圈，無法驅動電機繼續轉動，使得雨刮器刷臂不能完全回到零位，雨刮器2個限位開關S1、S2不能及時切換通斷狀態。

2.5 初步結論

初步判斷故障原因為碳刷磨損，在雨刮器轉換開關打至停止位的過程中，碳刷未能接通線圈，無法驅動電機繼續轉動，因此雨刮器刷臂不能完全回到零位，即S2一直導通，導致有電流持續長時間通過與線圈并聯的電阻流過電機，引起電機發熱，進而造成電機腔內部的潤滑油脂發熱產生異味。

針對此問題，要求車輛大修部對雨刮器電機進行拆解維護，要求確認雨刮器電機及其內部碳刷無異常磨損或磨耗到限，內部線路無燒損。碳刷的原始長度為16.5mm，架修拆解后測量碳刷磨損1～2mm，僅存在輕微磨損情況。根據碳刷的維護標準，當碳刷的磨損長度超過2/3(即碳刷的頂部與刷握的頂部在同一平面)時，必須將其更換。

3 廣州地鐵雨刮器狀態分析

3.1 廣州地鐵各線路雨刮器運用情況

調查廣州地鐵各線路雨刮器膠條運用情況，5號線列車在正線運營出車前要求司機試驗雨刮器功能，存在雨刮器干刮的可能，長期干刮將會導致雨刮器電機受損。

（1）1號線雨刮器無噴淋系統，出車時試驗雨刮器，存在干刮。

（2）2號線雨刮器無噴淋系統，不試雨刮器。

（3）3號線雨刮器無噴淋系統，不試雨刮器。

（4）4號線雨刮器無噴淋系統，出車前要求司機試驗雨刮器，存在干刮。

（5）5號線雨刮器無噴淋系統，出車前要求司機試驗雨刮器，存在干刮。

（6）6號線雨刮器無噴淋系統，出車前不要求司機試驗雨刮器，不存在干刮問題。

（7）8號線雨刮器無噴淋系統，出車前會試驗雨刮器，存在干刮（全地下線，司機視情況決定）。

（8）廣佛線雨刮器自帶噴淋系統，出車前會試驗雨刮器，不存在干刮問題。

（9）APM線沒有雨刮器，不存在干刮問題。

3.2 廣州地鐵5號線雨刮器運動過程

雨刮器電機輸出轉子的旋轉運動，通過蝸桿傳遞至渦輪，渦輪產生圓周旋轉運動，并輸出旋轉力矩至曲軸搖桿機構的曲柄，通過曲軸搖桿機構將圓周運動轉換成一定角度的轉軸運動，從而帶動雨刷在列車玻璃上產生一定角度的運動，實現了刮動的過程。

（1）電機部分。雨刮器電機采用永磁直流有刷雙速電機，通過改變碳刷的位置，可改變電機的轉速。雨刮器電機轉子的旋轉運動通過蝸桿傳遞至渦輪，電機轉速較快，通過蝸桿-渦輪運動后，降低渦輪軸的轉速，增大力矩，有利于驅動曲柄搖桿機構，實現雨刷低速重載的運動。

渦輪采用樹脂材料，不導電，齒輪上集成導電環，形成了電機的行程開關。行程開關保證雨刮器每次關斷后都繼續工作，直到運動至列車前窗的最左邊后停止。

（2）傳動機構。渦輪產生旋轉運動，并通過渦輪軸輸出旋轉力矩給曲柄搖桿機構的曲柄，曲柄構件產生機構中的原動力，使搖桿產生一定角度的擺臂運動，搖桿的一端連接雨刷的主轉軸，使雨刷主軸發生角度運動。

（3）雨刷部分。曲柄搖桿機構輸出預定運動給雨刮器主軸，主軸會產生一定角度的往返運動，雨刷安裝在主軸上，實現刮雨的功能。雨刷橡膠材料與玻璃在干摩擦的情況下阻力較大，在有水作為潤滑劑的情況下摩擦阻力較小，因此雨刷只適用于在有水的情況下工作。在干刮的情況下，阻力較大，容易導致雨刷刮壞，同時力矩變大將導致電機產生較大電流，使電機受損，影響電機壽命。

5號線地鐵列車雨刮器在運動過程中，曲柄的力矩較大，電機長期在大力矩的工作狀態下，機架上螺栓易松動，使機構的尺寸發生變化，從而使機構發生質變（如變成雙搖桿機構），甚至產生死角，使機構無法正常運轉。因此，總結機械部件運動方面對電機的影響，有以下兩個方面：其一，雨刮器曲柄搖桿機構的急回特性不明顯，對電機的驅動影響較小；其二，機架螺栓松動，使曲柄構件與搖柄構件發生物理位置上的沖突，或者松脫出來的螺栓干涉曲柄、搖桿的運動，從而使機構卡死，無法正常運轉，因此需要保證螺栓緊固正常。

4 無刷直流電機可行性分析

無刷直流電機不僅具有傳統直流電機的優點，而且可靠性高、穩定性好、適應性強等，還取消了碳刷、滑環結構，維修與保養更加簡單。但是無刷直流電機的結構必須設計相應的電子驅動電路，電子驅動電路相對復雜，一次性改造成本較高，穩定性相對較差，因此無刷電機整體相較于有刷電機并沒有明顯提高其可靠性。另外，無刷電機驅動電路可以設計雙驅動系統，以提高可靠性；無刷電機驅動電路可以設計無級調速，根據需要改變雨刷速度。

5 結束語

綜上所述，針對雨刮器電機的使用原理，應當加強對雨刮器電機的檢查，確認電機外觀無異常、無發熱，安裝螺栓無松動；結合日檢淋水試驗雨刮器功能，關注雨刮器刷臂是否能動作完整的行程，最終完全返回至零位；與乘務分部協調，要求駕駛員出車前不試驗雨刮器功能，避免干刮；結合架修，拆解雨刮器電機，對電機碳刷進行定期更換，檢查內部電路無異常。