列車雨刮器電機(jī)無電燒損故障及維護(hù)研究
——以廣州地鐵5號(hào)線為例

龔 瑩

廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部運(yùn)營二中心車輛維保二部，廣東 廣州 510000

1 廣州地鐵5號(hào)線雨刮器概述

廣州地鐵5號(hào)線車輛采用長春龍?zhí)C(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DODLEY10159000，PARVALUX型雙臂式雨刮器電機(jī)，雨刮器是由電機(jī)帶動(dòng)曲柄、連桿、搖臂、刷桿左右擺動(dòng)。根據(jù)雨刮器的工作要求，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度在高、低速功能之間轉(zhuǎn)換；關(guān)閉雨刮器開關(guān)，電機(jī)使雨刮器刮臂停止在初始位置（車輛運(yùn)行方向的左側(cè)）。

2 廣州地鐵5號(hào)線雨刮器電機(jī)故障

2.1 故障表現(xiàn)

列車正線運(yùn)營出現(xiàn)雨刮器電機(jī)燒損故障時(shí)，司機(jī)室會(huì)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(guān)門按鈕、CCTV主機(jī)、PWM發(fā)生器、廣播控制盒、操縱臺(tái)電路、雨刮器轉(zhuǎn)換開關(guān)相關(guān)接線、操縱臺(tái)下方插頭接線等有無燒損和高熱痕跡。

2.2 檢修規(guī)程要求

（1）日檢規(guī)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(tǒng)修規(guī)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(duì)主軸進(jìn)行潤滑；檢查試驗(yàn)雨刮開關(guān)各檔位（快速、慢速、停止）功能正常；檢查雨刮各部件動(dòng)作正常，無故障（雨刮器不能干刮）。

2.3 雨刮器電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)。雨刮器電機(jī)內(nèi)部的行程開關(guān)S1、S2并非常規(guī)意義上的開關(guān)，其導(dǎo)通和關(guān)斷是通過電機(jī)齒輪盤上的特殊結(jié)構(gòu)與集成在電機(jī)內(nèi)腔的3個(gè)銅片觸頭間的位置配合切換實(shí)現(xiàn)的。

電機(jī)腔內(nèi)的銅片觸頭1在齒輪盤上的運(yùn)動(dòng)軌跡為內(nèi)圈，觸頭2的運(yùn)動(dòng)軌跡為中圈，觸頭3的運(yùn)動(dòng)軌跡為外圈。觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2均在金屬區(qū)域時(shí)，相當(dāng)于S1開關(guān)閉合導(dǎo)通；觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2均在金屬區(qū)域時(shí)，相當(dāng)于S2開關(guān)閉合導(dǎo)通。S1和S2始終為一閉合、一斷開的狀態(tài)，每當(dāng)雨刮器刷臂返回至零位時(shí)，兩開關(guān)完成一次切換。

（2）工作原理。雨刮器轉(zhuǎn)換開關(guān)從低速位轉(zhuǎn)換至停止位時(shí)，刷臂若不在零位，觸頭1仍在內(nèi)圈金屬區(qū)域運(yùn)動(dòng)，觸頭3仍在外圈非金屬區(qū)域運(yùn)動(dòng)，此時(shí)S2仍閉合，S1斷開，讓電機(jī)以低速轉(zhuǎn)動(dòng)至停止，雨刮器刷臂返回零位。當(dāng)雨刮器刷臂返回零位時(shí)，觸頭1剛好運(yùn)動(dòng)至內(nèi)圈非金屬區(qū)域，觸頭3運(yùn)動(dòng)至外圈金屬區(qū)域，此時(shí)S1和S2完成切換，S2斷開，S1閉合，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，雨刮器刷臂也回至零位。

2.4 故障原因及排查

（1）高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)。試驗(yàn)高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)，雨刮器可正常動(dòng)作，檢查開關(guān)接線無異常，基本可排除轉(zhuǎn)換開關(guān)的原因。

（2）S1和S2開關(guān)。拆解故障雨刮器電機(jī)，檢查電機(jī)齒輪盤結(jié)構(gòu)無異常，電機(jī)內(nèi)腔3個(gè)銅片觸頭無彎折，基本可排除行程開關(guān)的原因。

（3）電機(jī)線圈及其并聯(lián)電阻。測量線圈并聯(lián)電阻，發(fā)現(xiàn)已燒損，初步判斷有電流長時(shí)間持續(xù)流過該電阻，導(dǎo)致其燒損。

（4）碳刷。對(duì)比發(fā)現(xiàn)線圈3個(gè)碳刷均有不同程度的磨損，拆下后測量，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)碳刷磨損量較大，初步判斷故障原因?yàn)樘妓⒛p，導(dǎo)致雨刮器轉(zhuǎn)換開關(guān)打至停止位的過程中，碳刷未能接通線圈，無法驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得雨刮器刷臂不能完全回到零位，雨刮器2個(gè)限位開關(guān)S1、S2不能及時(shí)切換通斷狀態(tài)。

2.5 初步結(jié)論

初步判斷故障原因?yàn)樘妓⒛p，在雨刮器轉(zhuǎn)換開關(guān)打至停止位的過程中，碳刷未能接通線圈，無法驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此雨刮器刷臂不能完全回到零位，即S2一直導(dǎo)通，導(dǎo)致有電流持續(xù)長時(shí)間通過與線圈并聯(lián)的電阻流過電機(jī)，引起電機(jī)發(fā)熱，進(jìn)而造成電機(jī)腔內(nèi)部的潤滑油脂發(fā)熱產(chǎn)生異味。

針對(duì)此問題，要求車輛大修部對(duì)雨刮器電機(jī)進(jìn)行拆解維護(hù)，要求確認(rèn)雨刮器電機(jī)及其內(nèi)部碳刷無異常磨損或磨耗到限，內(nèi)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(jù)碳刷的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)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(shí)，必須將其更換。

3 廣州地鐵雨刮器狀態(tài)分析

3.1 廣州地鐵各線路雨刮器運(yùn)用情況

調(diào)查廣州地鐵各線路雨刮器膠條運(yùn)用情況，5號(hào)線列車在正線運(yùn)營出車前要求司機(jī)試驗(yàn)雨刮器功能，存在雨刮器干刮的可能，長期干刮將會(huì)導(dǎo)致雨刮器電機(jī)受損。

（1）1號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，出車時(shí)試驗(yàn)雨刮器，存在干刮。

（2）2號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，不試雨刮器。

（3）3號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，不試雨刮器。

（4）4號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，出車前要求司機(jī)試驗(yàn)雨刮器，存在干刮。

（5）5號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，出車前要求司機(jī)試驗(yàn)雨刮器，存在干刮。

（6）6號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，出車前不要求司機(jī)試驗(yàn)雨刮器，不存在干刮問題。

（7）8號(hào)線雨刮器無噴淋系統(tǒng)，出車前會(huì)試驗(yàn)雨刮器，存在干刮（全地下線，司機(jī)視情況決定）。

（8）廣佛線雨刮器自帶噴淋系統(tǒng)，出車前會(huì)試驗(yàn)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(hào)線雨刮器運(yùn)動(dòng)過程

雨刮器電機(jī)輸出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過蝸桿傳遞至渦輪，渦輪產(chǎn)生圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并輸出旋轉(zhuǎn)力矩至曲軸搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄，通過曲軸搖桿機(jī)構(gòu)將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成一定角度的轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)雨刷在列車玻璃上產(chǎn)生一定角度的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了刮動(dòng)的過程。

（1）電機(jī)部分。雨刮器電機(jī)采用永磁直流有刷雙速電機(jī)，通過改變碳刷的位置，可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。雨刮器電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過蝸桿傳遞至渦輪，電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，通過蝸桿-渦輪運(yùn)動(dòng)后，降低渦輪軸的轉(zhuǎn)速，增大力矩，有利于驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雨刷低速重載的運(yùn)動(dòng)。

渦輪采用樹脂材料，不導(dǎo)電，齒輪上集成導(dǎo)電環(huán)，形成了電機(jī)的行程開關(guān)。行程開關(guān)保證雨刮器每次關(guān)斷后都繼續(xù)工作，直到運(yùn)動(dòng)至列車前窗的最左邊后停止。

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過渦輪軸輸出旋轉(zhuǎn)力矩給曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄，曲柄構(gòu)件產(chǎn)生機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)力，使搖桿產(chǎn)生一定角度的擺臂運(yùn)動(dòng)，搖桿的一端連接雨刷的主轉(zhuǎn)軸，使雨刷主軸發(fā)生角度運(yùn)動(dòng)。

（3）雨刷部分。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)輸出預(yù)定運(yùn)動(dòng)給雨刮器主軸，主軸會(huì)產(chǎn)生一定角度的往返運(yùn)動(dòng)，雨刷安裝在主軸上，實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致雨刷刮壞，同時(shí)力矩變大將導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生較大電流，使電機(jī)受損，影響電機(jī)壽命。

5號(hào)線地鐵列車雨刮器在運(yùn)動(dòng)過程中，曲柄的力矩較大，電機(jī)長期在大力矩的工作狀態(tài)下，機(jī)架上螺栓易松動(dòng)，使機(jī)構(gòu)的尺寸發(fā)生變化，從而使機(jī)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變（如變成雙搖桿機(jī)構(gòu)），甚至產(chǎn)生死角，使機(jī)構(gòu)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，總結(jié)機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)方面對(duì)電機(jī)的影響，有以下兩個(gè)方面：其一，雨刮器曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性不明顯，對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)影響較?。黄涠?，機(jī)架螺栓松動(dòng)，使曲柄構(gòu)件與搖柄構(gòu)件發(fā)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(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)構(gòu)卡死，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要保證螺栓緊固正常。

4 無刷直流電機(jī)可行性分析

無刷直流電機(jī)不僅具有傳統(tǒng)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)等，還取消了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，維修與保養(yǎng)更加簡單。但是無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電子驅(qū)動(dòng)電路，電子驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)復(fù)雜，一次性改造成本較高，穩(wěn)定性相對(duì)較差，因此無刷電機(jī)整體相較于有刷電機(jī)并沒有明顯提高其可靠性。另外，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以設(shè)計(jì)雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以提高可靠性；無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以設(shè)計(jì)無級(jí)調(diào)速，根據(jù)需要改變雨刷速度。

5 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)雨刮器電機(jī)的使用原理，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)雨刮器電機(jī)的檢查，確認(rèn)電機(jī)外觀無異常、無發(fā)熱，安裝螺栓無松動(dòng)；結(jié)合日檢淋水試驗(yàn)雨刮器功能，關(guān)注雨刮器刷臂是否能動(dòng)作完整的行程，最終完全返回至零位；與乘務(wù)分部協(xié)調(diào)，要求駕駛員出車前不試驗(yàn)雨刮器功能，避免干刮；結(jié)合架修，拆解雨刮器電機(jī)，對(duì)電機(jī)碳刷進(jìn)行定期更換，檢查內(nèi)部電路無異常。