城軌車輛中電連接器的選型探討

【摘 要】連接器是一種為電氣回路提供快速通斷的裝置。本文從影響其用途的電氣、機(jī)械、環(huán)境三個(gè)重要性能展開論述與探討，以論證在選型時(shí)，在不同的應(yīng)用條件下要考慮不同的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠的電連接功能。

【關(guān)鍵詞】連接器；電氣性能；機(jī)械性能；環(huán)境性能；選型

1 引言

在城市軌道交通運(yùn)輸裝備制造行業(yè)中，多個(gè)部件的電氣連接接口界面，都在使用連接器。連接器在回路中擔(dān)負(fù)著電能傳輸和信號控制與傳輸?shù)闹匾饔谩?/p>

任何一個(gè)城軌項(xiàng)目，連接器的物料都超過了上百余種。一旦在生產(chǎn)過程中發(fā)生型號等變更，將涉及多方面，涵蓋設(shè)計(jì)選型、生產(chǎn)管理與采購等。所以在技術(shù)階段，對連接器的選擇應(yīng)持慎重態(tài)度。筆者拿城軌以往項(xiàng)目為例，結(jié)合車輛連接器設(shè)計(jì)選型模式，分析探討在不同的應(yīng)用場合下，哪些因素直接影響了連接器的使用功能。

2 連接器設(shè)計(jì)選型

2.1概述

連接器的相關(guān)術(shù)語，在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61984《連接器安全要求和試驗(yàn)》中有清晰明確的定義：

連接器——為連接或斷開合適的配套零部件，將導(dǎo)體中斷的部件。

2.2 電氣性能

（1）電壓與電流

連接器的額定電壓理解為制造商推薦的最高工作電壓，原則上說，連接器在低于額定電壓下都能正常工作；同額定電壓一樣，在低于額定電流的情況下，連接器一般都能正常工作。筆者在選擇時(shí)，主要是根據(jù)電氣回路的工作電壓與電流，去選擇匹配的連接器。

以廣州地鐵128增購項(xiàng)目為例，根據(jù)項(xiàng)目電氣線路條件選擇了跳接箱連接器模塊組件（見表1）。所有選擇全部符合連接器的標(biāo)稱額定值。在城軌車輛其他A型車項(xiàng)目中，這個(gè)選擇具備通用性與互換性，相似工作等級的電氣回路（一般分為主、輔、控和通信回路）中會選擇使用相同系列的連接器。如果電氣回路工作電壓或電流超出連接器規(guī)定范圍，會根據(jù)制造商的產(chǎn)品手冊重新選擇連接器系列、型號。

同時(shí)注意一點(diǎn)，連接器在有電流流過時(shí)接插件會發(fā)熱，發(fā)熱超過一定極限后，會破壞連接器的絕緣和接插件表面鍍層，降低連接器的工作電流值。為減少發(fā)熱的破壞性，要求連接器在使用時(shí)考慮冗余設(shè)計(jì)。在不能增加連接器數(shù)量的情況下，這只能通過減少接插件的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。目前在設(shè)計(jì)選型的過程中，大電流回路我們要求制造商提供溫升試驗(yàn)報(bào)告（溫升試驗(yàn)不能應(yīng)付有沖擊電流、頻繁振動等惡劣的使用條件），看溫升是否符合IEC61984標(biāo)準(zhǔn)，一般不太在意接插件數(shù)量。

對于一個(gè)多芯連接器來說，接插件數(shù)量超過什么度時(shí)是有風(fēng)險(xiǎn)的？對于這個(gè)問題，筆者建議在城軌車輛連接器選型時(shí)參考借鑒如下公式（該公式在軍工類連接器選型時(shí)考慮的多一些）去進(jìn)行冗余計(jì)算與分析：

單個(gè)接觸件承載電流=（單個(gè)接觸件額定電流）×（1-Q）

（說明：單個(gè)接觸件承載電流等同于連接器工作時(shí)的承載電流，必須大于電氣回路中的工作電流。）

其中，單個(gè)接觸件額定電流見表2，接觸件額定電流下降率Q值見表3。

（2）特性阻抗匹配

對于某些回路，尤其是通信回路而言，還有一些特殊的電氣指標(biāo)要求。有些信號，特別是射頻信號，有特性阻抗的要求。

在車輛通信回路中，連接器阻抗要求與回路中傳輸電纜阻抗相匹配。如果不考慮特性阻抗這一性能，在調(diào)試或運(yùn)營階段就會發(fā)現(xiàn)信號在傳輸線上有駐波形成，造成有些地方信號強(qiáng)，有些地方信號弱。以廣州地鐵128增購項(xiàng)目等為依據(jù)，筆者整理出城軌車輛上常用連接器特性阻抗值以供參考，見表4：

（3）屏蔽接地

隨著EMC越來越受到重視，連接器選型時(shí)可以選擇有金屬外殼的型號，以阻止電磁干擾；或者，為盡量避免電磁干擾，在選擇屏蔽電纜的同時(shí)，選擇處理屏蔽電纜的連接器附件。常見的處理屏蔽電纜的附件有結(jié)構(gòu)附件和安裝附件，結(jié)構(gòu)附件如卡圈、電纜夾、固線板等，安裝附件如螺釘、接線端子等。

2.3機(jī)械性能

連接器的機(jī)械性能一直在強(qiáng)調(diào)這兩方面的要求：一是插拔力；二是機(jī)械壽命。在城軌車輛工程應(yīng)用中，只要選擇成熟產(chǎn)品，一般不會出現(xiàn)這些問題。反而，外形尺寸、安裝和出線方式的不恰當(dāng)選擇，往往會造成接口更改、機(jī)械干涉等一系列現(xiàn)場問題。下面筆者就外形尺寸、安裝和出線方式展開說明。

（1）外形尺寸與安裝

連接器的外形尺寸非常重要，在應(yīng)用中都受到一定的空間限制，不能與其他部件干涉。目前在城軌車輛上，廣泛應(yīng)用矩形連接器，矩形連接器空間利用率高；常用的連接方式是螺栓安裝，螺栓連接強(qiáng)度高，適用于高負(fù)載、高振動、高沖擊等惡劣環(huán)境。

筆者根據(jù)使用空間和安裝部位，去選擇合適的安裝方式，在此強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在施工設(shè)計(jì)階段提安裝接口的時(shí)候，要區(qū)分清楚在單面板上開通孔還是打鉚螺母，因?yàn)橐坏┻x錯(cuò)，由于空間限制，會給后期的返工帶來很大困難。下面簡單列舉一下這兩種安裝接口方式，見表5：

1-鉚螺母

（2）出線方式

連接器有頂出線和側(cè)出線兩種方式，在車輛上都有應(yīng)用，一般由電纜的彎曲半徑、空間走線方式來區(qū)別。司機(jī)室、客室、車頂布線都非常集中，路徑相對也比較簡單，很好定義出線方式，最困難的是端部跳接箱連接器的出線方式選擇。

在復(fù)雜的端部環(huán)境下，不能再單獨(dú)的考慮連接器，必須把它與軟管接頭、軟管作為一個(gè)組件來分析（這三個(gè)部件有接口關(guān)系，相互影響）。只有這一組件滿足了以下兩個(gè)應(yīng)用條件，連接器才算最終選定型譜了。

條件1，一個(gè)端部連接器的線束多，在連接器出線口、軟管接頭和軟管中的占空因數(shù)至少為20%（某合同中規(guī)定，供參考）。

條件2，連接器、軟管接頭與軟管這一組件必須通過曲線模擬計(jì)算，以避免出線時(shí)與其他部件干涉，以保證滿足出線空間要求，特別是在車輛端部跳接位置。圖3介紹了如何通過模擬圖分析出線方式，同時(shí)可估算出與連接器匹配的車輛端部跳接軟管的長度：

（工況1-標(biāo)準(zhǔn)直軌，車鉤拉伸或壓縮；

工況2-S曲線上，車鉤拉伸或壓縮；

工況3-R曲線上，車鉤拉伸或壓縮；

工況4-爬坡，車鉤拉伸或壓縮）

2.4環(huán)境性能

連接器的使用與室外、室內(nèi)、高溫、高濕、鹽霧、霉菌、寒冷、振動等環(huán)境相關(guān)，對連接器都有特殊要求。

（1）防護(hù)等級

連接器必須適應(yīng)環(huán)境和防水防塵的要求，筆者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)列出城軌車輛常用連接器的防護(hù)等級IP，見表6：

（2）振動與沖擊

連接器在運(yùn)輸和使用過程中會遇到各種各樣的機(jī)械沖擊和振動， 在這些情況下， 對連接器的首要要求是連接可靠、信號不中斷； 其次是機(jī)械結(jié)構(gòu)堅(jiān)固， 零件無裂紋、斷裂或松脫等。為評價(jià)連接器的耐沖擊和振動性能，需要參看制造商的試驗(yàn)報(bào)告。

3 結(jié)束語

選擇一款適合城軌車輛運(yùn)營環(huán)境與預(yù)定用途相符的連接器，不是一件簡單的事情。除了從技術(shù)方案、經(jīng)濟(jì)成本考慮，也要考慮連接器的通用性，可以減少物料種類，增加數(shù)量減低成本，同時(shí)降低供貨風(fēng)險(xiǎn)。

其實(shí)，無論從哪個(gè)角度闡述連接器，都旨在說明一點(diǎn)，從源頭把控關(guān)鍵要素，是實(shí)現(xiàn)車輛高質(zhì)量運(yùn)營的有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] IEC 61984.連接器安全要求和試驗(yàn).

[2] EN 50155. 鐵路設(shè)施.鐵道車輛用電子設(shè)備.

[3] 任國泰.電連接器基本知識（1）（2）.四川綿陽七九六廠.

作者簡介：

趙青選，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，現(xiàn)從事城軌車輛電氣設(shè)計(jì)工作。