列车雨刮器电机无电烧损故障及维护研究——以广州地铁5号线为例

龚 莹

广州地铁集团有限公司运营事业总部运营二中心车辆维保二部，广东 广州 510000

1 广州地铁5号线雨刮器概述

广州地铁5号线车辆采用长春龙泰机电设备有限公司生产的DODLEY10159000，PARVALUX型双臂式雨刮器电机，雨刮器是由电机带动曲柄、连杆、摇臂、刷杆左右摆动。根据雨刮器的工作要求，可实现电机轴旋转速度在高、低速功能之间转换；关闭雨刮器开关，电机使雨刮器刮臂停止在初始位置（车辆运行方向的左侧）。

2 广州地铁5号线雨刮器电机故障

2.1 故障表现

列车正线运营出现雨刮器电机烧损故障时，司机室会有异味（类似煤气味），列车回库后，按照列车烧焦味处理流程，打开电气柜门，检查线缆、板卡、继电器、断路器、插口接头等有无烧损和高热痕迹；检查气压表、TMS显示屏、开关门按钮、CCTV主机、PWM发生器、广播控制盒、操纵台电路、雨刮器转换开关相关接线、操纵台下方插头接线等有无烧损和高热痕迹。

2.2 检修规程要求

（1）日检规程要求。检查雨刮器外观无异常，检查雨刮器功能正常（雨刮器不能干刮）。

（2）系统修规程要求。检查雨刮器外观无异常，各部件安装紧固，刷杆拉紧弹簧无异常，胶条无老化、开裂，使用WD40对主轴进行润滑；检查试验雨刮开关各档位（快速、慢速、停止）功能正常；检查雨刮各部件动作正常，无故障（雨刮器不能干刮）。

2.3 雨刮器电机内部结构及工作原理

（1）内部结构。雨刮器电机内部的行程开关S1、S2并非常规意义上的开关，其导通和关断是通过电机齿轮盘上的特殊结构与集成在电机内腔的3个铜片触头间的位置配合切换实现的。

电机腔内的铜片触头1在齿轮盘上的运动轨迹为内圈，触头2的运动轨迹为中圈，触头3的运动轨迹为外圈。触点1和触点2均在金属区域时，相当于S1开关闭合导通；触点3和触点2均在金属区域时，相当于S2开关闭合导通。S1和S2始终为一闭合、一断开的状态，每当雨刮器刷臂返回至零位时，两开关完成一次切换。

（2）工作原理。雨刮器转换开关从低速位转换至停止位时，刷臂若不在零位，触头1仍在内圈金属区域运动，触头3仍在外圈非金属区域运动，此时S2仍闭合，S1断开，让电机以低速转动至停止，雨刮器刷臂返回零位。当雨刮器刷臂返回零位时，触头1刚好运动至内圈非金属区域，触头3运动至外圈金属区域，此时S1和S2完成切换，S2断开，S1闭合，电机停止转动，雨刮器刷臂也回至零位。

2.4 故障原因及排查

（1）高低速转换开关。试验高低速转换开关，雨刮器可正常动作，检查开关接线无异常，基本可排除转换开关的原因。

（2）S1和S2开关。拆解故障雨刮器电机，检查电机齿轮盘结构无异常，电机内腔3个铜片触头无弯折，基本可排除行程开关的原因。

（3）电机线圈及其并联电阻。测量线圈并联电阻，发现已烧损，初步判断有电流长时间持续流过该电阻，导致其烧损。

（4）碳刷。对比发现线圈3个碳刷均有不同程度的磨损，拆下后测量，发现其中一个碳刷磨损量较大，初步判断故障原因为碳刷磨损，导致雨刮器转换开关打至停止位的过程中，碳刷未能接通线圈，无法驱动电机继续转动，使得雨刮器刷臂不能完全回到零位，雨刮器2个限位开关S1、S2不能及时切换通断状态。

2.5 初步结论

初步判断故障原因为碳刷磨损，在雨刮器转换开关打至停止位的过程中，碳刷未能接通线圈，无法驱动电机继续转动，因此雨刮器刷臂不能完全回到零位，即S2一直导通，导致有电流持续长时间通过与线圈并联的电阻流过电机，引起电机发热，进而造成电机腔内部的润滑油脂发热产生异味。

针对此问题，要求车辆大修部对雨刮器电机进行拆解维护，要求确认雨刮器电机及其内部碳刷无异常磨损或磨耗到限，内部线路无烧损。碳刷的原始长度为16.5mm，架修拆解后测量碳刷磨损1～2mm，仅存在轻微磨损情况。根据碳刷的维护标准，当碳刷的磨损长度超过2/3(即碳刷的顶部与刷握的顶部在同一平面)时，必须将其更换。

3 广州地铁雨刮器状态分析

3.1 广州地铁各线路雨刮器运用情况

调查广州地铁各线路雨刮器胶条运用情况，5号线列车在正线运营出车前要求司机试验雨刮器功能，存在雨刮器干刮的可能，长期干刮将会导致雨刮器电机受损。

（1）1号线雨刮器无喷淋系统，出车时试验雨刮器，存在干刮。

（2）2号线雨刮器无喷淋系统，不试雨刮器。

（3）3号线雨刮器无喷淋系统，不试雨刮器。

（4）4号线雨刮器无喷淋系统，出车前要求司机试验雨刮器，存在干刮。

（5）5号线雨刮器无喷淋系统，出车前要求司机试验雨刮器，存在干刮。

（6）6号线雨刮器无喷淋系统，出车前不要求司机试验雨刮器，不存在干刮问题。

（7）8号线雨刮器无喷淋系统，出车前会试验雨刮器，存在干刮（全地下线，司机视情况决定）。

（8）广佛线雨刮器自带喷淋系统，出车前会试验雨刮器，不存在干刮问题。

（9）APM线没有雨刮器，不存在干刮问题。

3.2 广州地铁5号线雨刮器运动过程

雨刮器电机输出转子的旋转运动，通过蜗杆传递至涡轮，涡轮产生圆周旋转运动，并输出旋转力矩至曲轴摇杆机构的曲柄，通过曲轴摇杆机构将圆周运动转换成一定角度的转轴运动，从而带动雨刷在列车玻璃上产生一定角度的运动，实现了刮动的过程。

（1）电机部分。雨刮器电机采用永磁直流有刷双速电机，通过改变碳刷的位置，可改变电机的转速。雨刮器电机转子的旋转运动通过蜗杆传递至涡轮，电机转速较快，通过蜗杆-涡轮运动后，降低涡轮轴的转速，增大力矩，有利于驱动曲柄摇杆机构，实现雨刷低速重载的运动。

涡轮采用树脂材料，不导电，齿轮上集成导电环，形成了电机的行程开关。行程开关保证雨刮器每次关断后都继续工作，直到运动至列车前窗的最左边后停止。

（2）传动机构。涡轮产生旋转运动，并通过涡轮轴输出旋转力矩给曲柄摇杆机构的曲柄，曲柄构件产生机构中的原动力，使摇杆产生一定角度的摆臂运动，摇杆的一端连接雨刷的主转轴，使雨刷主轴发生角度运动。

（3）雨刷部分。曲柄摇杆机构输出预定运动给雨刮器主轴，主轴会产生一定角度的往返运动，雨刷安装在主轴上，实现刮雨的功能。雨刷橡胶材料与玻璃在干摩擦的情况下阻力较大，在有水作为润滑剂的情况下摩擦阻力较小，因此雨刷只适用于在有水的情况下工作。在干刮的情况下，阻力较大，容易导致雨刷刮坏，同时力矩变大将导致电机产生较大电流，使电机受损，影响电机寿命。

5号线地铁列车雨刮器在运动过程中，曲柄的力矩较大，电机长期在大力矩的工作状态下，机架上螺栓易松动，使机构的尺寸发生变化，从而使机构发生质变（如变成双摇杆机构），甚至产生死角，使机构无法正常运转。因此，总结机械部件运动方面对电机的影响，有以下两个方面：其一，雨刮器曲柄摇杆机构的急回特性不明显，对电机的驱动影响较小；其二，机架螺栓松动，使曲柄构件与摇柄构件发生物理位置上的冲突，或者松脱出来的螺栓干涉曲柄、摇杆的运动，从而使机构卡死，无法正常运转，因此需要保证螺栓紧固正常。

4 无刷直流电机可行性分析

无刷直流电机不仅具有传统直流电机的优点，而且可靠性高、稳定性好、适应性强等，还取消了碳刷、滑环结构，维修与保养更加简单。但是无刷直流电机的结构必须设计相应的电子驱动电路，电子驱动电路相对复杂，一次性改造成本较高，稳定性相对较差，因此无刷电机整体相较于有刷电机并没有明显提高其可靠性。另外，无刷电机驱动电路可以设计双驱动系统，以提高可靠性；无刷电机驱动电路可以设计无级调速，根据需要改变雨刷速度。

5 结束语

综上所述，针对雨刮器电机的使用原理，应当加强对雨刮器电机的检查，确认电机外观无异常、无发热，安装螺栓无松动；结合日检淋水试验雨刮器功能，关注雨刮器刷臂是否能动作完整的行程，最终完全返回至零位；与乘务分部协调，要求驾驶员出车前不试验雨刮器功能，避免干刮；结合架修，拆解雨刮器电机，对电机碳刷进行定期更换，检查内部电路无异常。