有轨电车刮雨器系统电机故障分析研究

摘 要：苏州高新有轨电车运营3年以来，有轨电车刮雨器系统故障频发，导致列车下线、退出服务等运营事件时有发生，针对此问题，从刮雨器构造、工作原理出发，对刮雨器故障电机重点分析，找到刮雨器故障的主要原因，最后，提出合理改进方案并进行装车验证，效果良好，有效降低了刮雨器系统故障。通过对有轨电车刮雨器系统故障的研究，对在露天运行环境下的有轨电车刮雨器的设计工作有一定的指导意义。

关键词：有轨电车；刮雨器系统；电机故障；分析

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

0 引言

有轨电车刮雨器是用来清扫车辆前窗玻璃雨水、杂质，给驾驶员提供一个清晰的驾驶视线从而确保行驶安全的关键部件，其广泛应用于轨道交通车辆。本文主要针对苏州高新有轨电车运营3年以来多次出现的刮雨器故障进行分析，提出合理的处理对策，保证雨雪季节列车安全运行。

1 刮雨器基本结构及工作原理

1.1 基本结构组成

苏州高新有轨电车刮雨器系统总成是由电机、曲柄、连杆、刮臂、刮刷、水箱等六大基本部件组成，其可以通过司机室IDD触摸屏实现低速、高速、停止回位等功能，详见图1。

根据刮雨器的工作要求，刮雨器的电机轴旋转速度设计为高速、低速两个档位。当关闭刮水器开关后，电机轴通过自动回位装置停止在固定位置或使刮雨器刮臂停止在初始位置（车辆运行方向的右侧）。

刮雨器刮臂采用的是双摇臂双刷杆结构，在刮臂头部配备了洗涤器喷头，通过洗涤液箱电动泵输送含有压力的洗涤液，喷洒在车窗玻璃的表面上，使刮雨器更好的清理车窗玻璃表面的污物。刮雨器主要技术参数如表1所示。

在检修过程中，需定期更换刮雨器刮条，以及定期查看水箱水位指示灯，水位较低时及时补充水至要求水位。

1.2 刮雨器工作原理

刮雨器电机是有轨电车刮雨器系统的组成核心，共有三个档位：高速、低速、停止，刮雨器系统工作电气原理图如图2所示。其中，三个档位分别对应触点6、4、2，电机快慢档通过电机内部低速和高速碳刷作用实现，电机内部设置回位功能触点，其作用是当司机将开关打至刮雨器停止位时，无论刮雨器动作到何位置，刮臂均能够回到初始位置（列车行驶方向最右侧）。

2 有轨电车刮雨器系统常见故障现象及原因分析

2.1 常见故障现象

苏州高新有轨电车试运营3年以来，刮雨器系统发生多次故障，其中各类型故障统计如表2、表3：

通过分析，有轨电车刮雨器系统故障主要由电机故障而导致，具体表现为刮雨器卡滞、刮条无法正常回位等问题，在雨雪天气环境下，直接影响有轨电车的安全运行。

2.2 故障分析及前期采取的措施

2.2.1 故障分析

现场多次发生刮雨器卡滞、无法回位等故障后，工作人员在第一时间更换新电机，并对故障电机进行了分析。根据电机工作原理，结合故障现象，初步判定故障原因为电机内部回位功能失效，对拆下来的故障电机進一步拆解发现，所有故障电机回位触点周围存在大量灰尘，表面有拉弧痕迹，其测量阻值数值非常大，电流时有时无，正是因为这些杂质的堆积，导致触点阻值变大，刮雨器电机回位开关触点接触不良导致刮雨器无法回位或者卡滞。通过制定电机回位开关触点清洁方法，并组织供应商分析刮雨器电机内部进杂质的原因，最终，刮雨器电机惯性故障的根本原因得出结论：由于刮雨器电机回位开关保护盖密封不良，导致外界灰尘进入回位触点间隙，回位触点电阻增大，从而刮雨器电机导电不良，产生回位失效或卡滞等问题。

2.2.2 前期采取措施

针对上述原因，前期工作人员制定了解决方案：通过打磨电机回位开关触点，并用酒精擦拭去除表面杂物，干燥后进行阻值测量（正常阻值为0，可在0-0.3Ω波动）；同时，对回位开关保护罩进线口，使用不干腻子进行密封，图4为密封处理情况。

对所有有轨电车整改完毕后，前期雨刮器系统功能良好，但运行了一个多月后，再次发生刮雨器无法回位故障，前期整改方案验证不成功。在对拆解后的电机进行分析并发现，除了电机进线口空隙较大，回位开关保护罩边缘也有间隙，长时间运行后，灰尘等杂质容易进入，导致故障发生。针对此问题，工作人员提出了最终防尘优化方案-----更换回位开关防护罩，更换易于产生卡滞的回位触点接触方式。

3 电机改进方案

针对上述原因分析，从以下几点对电机密封进行优化：（1）将电机塑料外壳更换为铸铝壳，与电机密封处完全重合，提高防尘密封水平；（2）改变电机回位开关的接触型式：由原来的触点常开式更改为圆盘摩擦常开式，圆盘、触点采用紫铜合金材质，相较旧型号回位触点新型触点结合方式更耐磨、接触更好；（3）增加紧固螺栓数量，使外壳受力均匀；（4）在进线孔裹绝缘胶带、再进行打胶密封；（5）在接口处增加密封圈，增大防水防尘性能。如图5所示。

4 试验验证

刮雨器新型电机装车前，需要按照行业标准进行电机密封性能试验和200万次的耐疲劳试验。

4.1 电机密封试验

首先对电机密封性能进行验证：在自动旋转试验台上，持续对电机喷淋3分钟，试验后电机内部无水汽进入，各功能良好，防护等级满足IP66（GB4208-2008/IEC60529：2001 外壳防护等级）要求。

4.2 电机疲劳试验

将配备新型电机的刮雨器安装在试验台上，喷淋装置持续喷水。刮雨器保证每天刮刷至少9小时，共持续X天，高、低速档位每天循环运行，试验后刮雨器各个功能正常，新电机能顺利通过200万次刮刷试验。

4.3 装车试改、跟踪、批量整改

根据供应商提交的资料以及新电机疲劳试验和密封试验报告，选取两辆有轨电车进行安装，装车后刮雨器各功能表现正常，在日常检修中对这两个试改雨刮器进行重点检查，并持续跟踪一个月，在雨水天气环境下，未出现相关故障。随即对剩余有轨电车刮雨器电机进行批量更换。

刮雨器新型电机更换四个月内，未发生一起刮雨器卡滞或回位失效故障，表明采取新型电机的措施可以有效的解决有轨电车刮雨器电机故障。

5 结束语

刮雨器电机触点氧化导致卡滞的根本原因是回位开关外部保护罩密封不良以及触点的设计不当，设计者未充分考虑有轨电车的露天运行环境。通过对有轨电车刮雨器系统故障的分析、处理，不仅提高了有轨电车运营安全性，也可为有轨电车刮雨器的设计带来一些启示。

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作者简介：李为胜（1987-），男，江苏徐州人，本科，学士，助理工程师，研究方向：轨道交通车辆机械系统设计及技术管理。