ZD（J）9型转辙机动作杆件防水研究

黄天新，丁召荣

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070；3．西安铁路信号有限责任公司，西安 710100)

1 转辙机防水的必要性

转辙机用于室外道旁，受自然环境影响较大，现场使用中进水情况较多，转辙机内部进水后，在昼夜交替过程中会反复产生水汽和凝露的交替变化，由于结构原因，不开盖晾晒的情况下，进入机内的水分难以排出机外。转辙机内部长期保持高湿度会产生如下有害影响。

1）吸水率高的绝缘零件绝缘性能急剧下降，甚至影响电路，电器的正常工作。

2）金属表面及不同金属界面的凝露溶解CO2、SO2、NO2等物质形成电解液后会发生电化学腐蚀。

3）漆膜会发生鼓包、脱落、掉层等现象，降低防护能力，加速零件破坏。

4）零件表面的润滑剂会被稀释、损耗，严重降低润滑效果，加剧零件磨损，增大运动阻力，甚至影响到设备功能。

5）金属零件表面的油膜被稀释、损耗，加速零件表面的腐蚀。

6）接点片结霜、冰，摩擦联结器锈蚀，造成接触不良、电机堵转故障。

经多年使用经验验证，加装防护罩是比较简单有效的转辙机防水措施，目前普速线路上已经大量进行应用。

高铁线路同样存在转辙机内部进水的问题，但由于车辆运行速度极高，加装防护罩的防水方法受到限制，因此需要对转辙机进水问题进行研究以采取有效措施。经分析研究，认为应按照如下思路进行研究并采取措施。

1）找出进水原因，确定进水位置，从进水处封堵。

2）机内进水后尽快将水排出机外,减小进水后对机内零部件及功能的影响。

2 转辙机在使用中存在的进水问题

2.1 静密封处密封

转辙机上盖和机壳的开合面处，机壳上开孔处等部位在下雨天气均是容易进水的位置，设计人员通常会采取密封措施进行防水，并且会根据现场使用情况进行优化改进，各进水部位经采取措施后基本都能解决进水问题。

2.2 动作杆及表示杆位置进水

国内现有转辙机基本都是动作杆和表示杆两根杆件从底壳伸出，表示杆目前均为方形截面，动作杆分为方形和圆形截面两种，除CTS2 转辙机外，各型转辙机的防护等级均按照IP54 设计，因此两杆伸出底壳部位对水的密封性能有限，经分析，动作杆及表示杆处进水原因如下。

转辙机伸出杆件与孔及填充零件的配合有间隙，当杆件表面附着水珠时，可能随杆件运动进入转辙机内部，甚至杆件表面的雨水可能沿杆件流入转辙机内部。

多数机型在底壳上杆件入口处设计有储油结构，以对杆件进行润滑，如油毡，当油毡储油饱满时可以减缓杆件水珠进入，但其油量会逐步消耗，如果不能及时补充，则油毡会吸储杆件表面水分，当吸储饱满时，杆件挤压油毡，会使油毡中水分析出而流入转辙机内部，如此反复，转辙机内部就会进水。

现有转辙机的表示杆基本都是两片杆件贴合的结构，两片杆件之间的缝隙形成毛细结构，当水进入缝隙后，在其表面张力和水与钢材的浸润现象作用下，并不能在重力作用下从缝隙下部流出，而是沿缝隙流动，直至水量足够或者缝隙变宽才会从下部滴下，这样，当露出机外的表示杆两片杆件缝隙进水后，即使表示杆不运动，水也会沿着两片杆件缝隙进入转辙机内部，因此在下雨天气时，如果杆件没有防护，即使转辙机不转换，雨水也会沿两片表示杆之间的缝隙进入转辙机内部。

2.3 针对性措施

2.3.1 动作杆表面密封措施

为解决雨水从此处进入转辙机内部的问题，设计制作专用密封圈，由于需要防止外露杆件表面的雨水进入，参考Y 形密封圈结构进行设计，应用时Y 形口向着杆件外露部分，当杆件向转辙机内部运动时，其表面的水被密封圈的唇口刮掉并阻止其进入转辙机内部。

2.3.2 两片表示杆缝隙的防水措施

前述的专用密封圈可以防止杆件表面的水进入转辙机，但是不能解决两片表示杆缝隙进水的问题。由于此处进水原因是水的表面张力足以克服狭缝中水的重力，使其不能顺畅的从狭缝下部流出，故在表示杆停止时靠近且露出机壳的位置加工连通其上下表面的排水槽。如图1 所示。首先方便杆件上平面的雨水从排水槽流下，同时使表示杆两片之间的狭缝在此处变宽，沿狭缝流动的水到此位置后，由于水珠的重力大于表面张力而滴下。

图1 表示杆排水槽Fig.1 Drainage slot of Indication rod

2.4 其他措施

如前所述，对于转辙机内部进水问题，应该采用防、排结合的方法进行解决。通常转辙机均设置排水孔，当机内有积水时，可以打开排水孔排放积水。除此之外，以下措施也可以有效排水。

2.4.1 孔套零件上设计排水结构

转辙机的动作杆和表示杆在寿命周期内需要反复伸出及缩入，通常使用孔套或类似零件对动作杆及表示杆进行定位，由于其内孔周边与杆件外周接触、摩擦，若杆件周边有水，肯定会流入孔套零件，因此，在孔套零件上设计导流、排水结构，可以有效控制其中水的流动方向，使其按照设计意图流出转辙机外。如图2 所示。

图2 孔套零件的导流排水结构Fig.2 Drainage structure of hole sleeve parts

2.4.2 设计通风结构

转辙机内部进水后，随着昼夜温度的变化，机内的水分会反复蒸发、冷凝，冷凝后会在绝大部分零件表面产生水珠，最终会加速零件锈蚀，加速润滑剂流失，增大转辙机故障率。因此进入转辙机内部的水分应尽快排出，通常排水孔不能完全排出所有积水，并且附着在零件表面的冷凝水不能从排水口排出，也不可能完全擦拭掉，因此，需要在转辙机上设置通风结构来尽快排出内部水汽，通风结构需考虑防雨水、溅水，应充分利用外界自然风和列车通过时的强迫风使机内和机外空气交换。根据理论分析和现场使用经验，可在机盖两端各设置一个防雨、防溅的通风孔。

3 相关测试及验证

3.1 密封圈阻力测试

弹性密封圈紧贴杆件表面，在静止时可以阻挡水沿杆件表面流进转辙机内部，在运动过程中可以刮掉杆件表面的水，使其不能随杆件进入转辙机内部，但在弹力和摩擦系数较大时，可能产生明显的摩擦阻力，增加转辙机的内部损耗，因此需对此变化产生的影响进行测试。使用测力计在不同环境温度下测量拉动杆件所需要的力，测量结果如图3 所示。

由测试结果可明显看出，弹性密封圈相对于初始设计摩擦力并没有增大，并且在低温环境下，摩擦力小于初始设计，在改善密封性能的同时并没有增大转换阻力。

3.2 两片表示杆缝隙设置排水槽验证

转辙机静止时，在表示杆上平面淋水，观察水流情况，可以发现水从表示杆缝隙流入，在表示杆下平面缝隙处会形成水滴，水沿缝隙流动，水滴会逐渐远离淋水位置，因此水会沿缝隙进入转辙机内部。如图4、5 所示。

在表示杆贴合面加工排水槽后继续前述试验，可以发现水滴延续到排水槽处后不再延伸，分开两片表示杆观察，会发现水渍延续到排水槽处后不再延伸，如图6 所示，证明排水槽断开了两片表示杆缝隙中水向远处的延续流动，在转辙机静止时，两片表示杆缝隙处设置合理的排水槽可以减少水沿缝隙流入转辙机内部的概率。

对有排水槽和无排水槽的表示杆，也进行了转辙机转换过程的防水对比试验，两台转辙机摆放在室外，一台使用有排水槽表示杆，一台使用无排水槽表示杆，两台转辙机的表示杆均使用工装与动作杆连接，使两台转辙机间歇通电动作，经过下雨天气之后观察两台转辙机内部的积水情况，发现均是在底壳内对应表示杆下部位置有积水，且有排水槽的表示杆处进水量相对较少。在实验室对两台转辙机进行测试，使用水泵抽水喷淋到表示杆上表面，在转辙机间歇转换动作时，观察两种表示杆的防水性能没有明显差异，分析原因是喷淋水量比较大，排水槽内的水没有完全流出时就被带入转辙机内。

图3 动作杆向转辙机内部运动阻力Fig.3 Internal motion resistance of the throw rod towards switch machine

图4 水沿两片杆件缝隙流动Fig.4 Water flows through the gap between the two pieces of indication rod

图5 两片杆件缝隙进水痕迹Fig.5 Water mark between the two pieces of indication rod

图6 水渍延续痕迹Fig.6 Water mark remained

3.3 孔套零件排水结构必要性及有效性

以ZD（J）9 转辙机方孔套为例，设计导流斜面及排水孔，各加工面未进行防护处理，安装于室外试验转辙机上，经过下雨天气后，拆除表示杆处方孔套观察，导流斜面及排水孔均有明显铁锈痕迹，如图7 所示。可见这些位置在下雨天气有雨水流过，表明此零件设置导流、排水结构很有必要，否则，部分被排出的水肯定会流入转辙机内部，同时也证明所设计的导流、排水结构有效，按照设计意图将此处的雨水排出了机外。

图7 方孔套内导流排水痕迹Fig.7 Diversion and drainage marks inside square hole sleeve

3.4 通风结构验证

将多个车站的转辙机上盖直接更换，使用带通风结构的上盖，现场反馈效果明显，和更换前同季节及相同降水情况相比，开盖后发现积水的概率明显下降。在安装了机内温湿度传感器的车站，使用不同上盖的转辙机湿度监测数据对比，使用通风结构上盖的转辙机内部相对湿度明显小于使用无通风结构上盖的转辙机。

4 结束语

综上所述，户外使用的转辙机容易在下雨天气发生机内进水现象，尤其是没有安装防雨罩的转辙机。转辙机进水后，其寿命、功能、可靠性会受到明显影响，因此，应该采取措施加强各处密封，降低转辙机进水概率，同时采取有效的排水措施，使进入机内的水分尽快排出。转辙机进行水密封设计时，应注意如下问题。

1）转辙机运动杆件处进水几率较大，尤其是两片结构的分动表示杆处容易进水，且难以实现密封。

2）本文介绍的杆件密封结构可以改善运动杆件密封性能，且在-40℃～70℃的温度范围内，对杆件产生的摩擦阻力数值较小，对转辙机的转换没有明显影响。

3）在两片表示杆狭缝合理设置排水槽，可以有效阻止水沿狭缝流入转辙机内部，尤其在转辙机不转换的情况下，阻断效果尤其明显。

4）设计通风结构及孔套零件设计导流、排水结构等辅助措施对于转辙机防水及排水均有明显效果。

5）转辙机的防水应重视防排结合。