216芯車鉤電連接器壽命分析報告

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(1.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266000；2. 浙江永貴電器股份有限公司，浙江 臺州 318000)

1 引言

一般而言，電連接器分為兩種壽命類型：操作壽命和使用壽命。操作壽命是指電連接器通過外力操作，使插頭和插座相互插合，電連接器上的殼體、接觸件、絕緣件等各零件不出現失效所能夠承受的操作次數，主要考核的是電連接器各零部件的機械強度及結構的合理性。通常情況下，操作壽命是一個靜態的指標，不會隨著時間、環境等外在因素的變化而變化，只和設計、制造等電連接器自身因素相關。因此，對于使用于時間長、操作次數少的情況下，不能用操作壽命這個指標來衡量電連接器的壽命狀況。216芯車鉤電連接器是安裝于動車組車鉤下，在正常情況下，只在動車組解編時才會進行操作。根據CRH2動車組檢修規程規定，動車組運行3年或120萬公里后進行一次解編檢修，216芯車鉤電連接器的操作壽命為500次，按每次解編操作10次的頻率計算，該電連接器的壽命期限可達150年，這顯然是不合理的。

使用壽命是指電連接器在實際使用過程中，隨著時間的增加、運行狀況的變化、使用環境的影響等外在因素的影響，電連接器可靠性下降的過程，主要考核的是電連接器在實際使用情況下，隨外在因素變化而變化的適應性。這是一個動態指標，是時間的函數。216芯車鉤電連接器隨著使用時間的增加，其可靠性也在不斷下降，出現故障的概率會相應上升。當出現致命故障時，即其使用壽命。

216芯車鉤電連接器是有使用壽命期限的，其值是隨著使用時間、使用狀況、使用環境的變化而變化的，與設計使用壽命不一致。為了提高216芯車鉤電連接器的使用壽命，建議一些必要的預防措施，如定期檢修、必要的零部件更換等，以保證在使用壽命周期內，電連接器的正常運行。

2 子系統分析

216芯車鉤電連接器由6個子系統構成：絕緣子系統、鎖緊子系統、電信號連接子系統、光信號連接子系統、支承子系統、密封子系統。而鎖緊子系統作為連接器插合的關鍵系統，長期作用于壓簧壓力下，其風險性及故障后后果最大，故本文主要討論鎖緊子系統。

2.1 鎖緊子系統構成

鎖緊子系統由安裝在插頭上的插頭鎖緊總成(圖1)和安裝在插座上的插座鎖緊桿(圖2)構成。

插頭鎖緊總成由軸套、手柄等多個零部件組成。

圖1 鎖緊總成

2.2 使用狀況

插頭鎖緊總成由螺釘緊固在插頭殼體上，插座鎖緊桿由螺母緊固在插座殼體上。插頭、插座插合時，鎖緊總成軸套伸入鎖緊桿內，通過手柄的拉動，帶動插頭插入插座。此時，插頭絕緣體總成內的壓簧受壓產生彈力，反作用在鎖緊總成的軸套和鎖緊桿上。因插頭、插座的鎖緊僅有鎖緊總成完成，如出現松動或斷裂現象，將使電連接器完全失效，所以對鎖緊總成的檢修應加嚴。

2.3 分析

通過鎖緊總成和鎖緊桿的結構接使用狀況可知：對鎖緊子系統影響最大的因素是插頭絕緣體總成的壓簧產生的彈力，而鎖緊總成所受應力最大處在軸套和鎖緊桿環槽處。

2.3.1 軸套受力分析

圖2 鎖緊總成軸套

軸套應力最大處的受力面積：S1=68.3mm2(圖2)

壓簧總作用力：2416N

軸套承受應力：σ1=F/S1=2416/68.3*10-6=35.4Mpa

2.3.2 鎖緊桿受力分析

圖3 鎖緊桿

鎖緊桿應力最大處的受力面積：S2=291.6mm2(圖3)

鎖緊桿承受應力：σ2=F/S2=2416/291.6*10-6=8.3MPa

由上述分析可知：鎖緊總成承受應力最大零件為軸套，圖4為鎖緊總成受力斷裂時的照片，也證明軸套承受應力最大。

圖4 軸套斷裂

2.3.3 影響

軸套的材料為40Cr，其抗拉強度為980MPa，從上述受力分析可以看出，軸套在正常受力情況下，其承受應力遠小于材料能承受的應力，故鎖緊總成在檢修周期內不會產生失效。但軸套上的4個鋼珠開孔，使軸套所能承受的缺口沖擊大幅下降。當動車組以較大加速度提速時，鎖緊總成所承受沖擊相應變大。

對鎖緊桿進行剖面處理，檢查鎖緊桿接觸面狀況，其接觸面存在凹痕，凹痕深度約0.2mm(圖5)，該深度凹痕不會影響到連接器插合?？紤]后續變形情況，需按檢修修程，在次輪五級修時對其進行更換，作預防性更換。

圖5 鎖緊桿剖面情況

圖6 400倍實際組織圖

對軸套鋼珠軸面進行金相磨面預處理，使用金相顯微鏡放大400倍觀察得出材料組織圖(圖6)，組織由鐵素體與彌散其中的細粒狀滲碳體構成，其分布排列均勻，目前不存在開裂風險。

2.4 小結

在檢修周期內，鎖緊總成能承受插頭、插座插合所產生的應力，但因軸套零件有缺口存在，其承受沖擊的能力降低。而鎖緊總成的失效，將造成插頭、插座脫離，電連接器完全失效。因此，在檢修時應對受力零件(軸套、鎖緊桿)進行檢查，并在次輪五級修時對其進行更換，消除失效風險。

3 結論

為保證電連接器在全壽命周期內的可靠性，應按動車組檢修修程，對電連接器進行拆解檢修。對于可維修的零部件應在拆卸后進行維修，而對雖長期工作也無明顯變化的，但失效會產生致命后果的，要對內部變化進行確認，以保證在后續工作中的可靠性。