216芯車鉤電連接器壽命分析報(bào)告

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(1.中車青島四方機(jī)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(tái)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(guò)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(xiàn)失效所能夠承受的操作次數(shù)，主要考核的是電連接器各零部件的機(jī)械強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的合理性。通常情況下，操作壽命是一個(gè)靜態(tài)的指標(biāo)，不會(huì)隨著時(shí)間、環(huán)境等外在因素的變化而變化，只和設(shè)計(jì)、制造等電連接器自身因素相關(guān)。因此，對(duì)于使用于時(shí)間長(zhǎng)、操作次數(shù)少的情況下，不能用操作壽命這個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量電連接器的壽命狀況。216芯車鉤電連接器是安裝于動(dòng)車組車鉤下，在正常情況下，只在動(dòng)車組解編時(shí)才會(huì)進(jìn)行操作。根據(jù)CRH2動(dòng)車組檢修規(guī)程規(guī)定，動(dòng)車組運(yùn)行3年或120萬(wàn)公里后進(jìn)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(jì)算，該電連接器的壽命期限可達(dá)150年，這顯然是不合理的。

使用壽命是指電連接器在實(shí)際使用過(guò)程中，隨著時(shí)間的增加、運(yùn)行狀況的變化、使用環(huán)境的影響等外在因素的影響，電連接器可靠性下降的過(guò)程，主要考核的是電連接器在實(shí)際使用情況下，隨外在因素變化而變化的適應(yīng)性。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，是時(shí)間的函數(shù)。216芯車鉤電連接器隨著使用時(shí)間的增加，其可靠性也在不斷下降，出現(xiàn)故障的概率會(huì)相應(yīng)上升。當(dāng)出現(xiàn)致命故障時(shí)，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(shí)間、使用狀況、使用環(huán)境的變化而變化的，與設(shè)計(jì)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(yù)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(nèi)，電連接器的正常運(yùn)行。

2 子系統(tǒng)分析

216芯車鉤電連接器由6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：絕緣子系統(tǒng)、鎖緊子系統(tǒng)、電信號(hào)連接子系統(tǒng)、光信號(hào)連接子系統(tǒng)、支承子系統(tǒng)、密封子系統(tǒng)。而鎖緊子系統(tǒng)作為連接器插合的關(guān)鍵系統(tǒng)，長(zhǎng)期作用于壓簧壓力下，其風(fēng)險(xiǎn)性及故障后后果最大，故本文主要討論鎖緊子系統(tǒng)。

2.1 鎖緊子系統(tǒng)構(gòu)成

鎖緊子系統(tǒng)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(gòu)成。

插頭鎖緊總成由軸套、手柄等多個(gè)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(shí)，鎖緊總成軸套伸入鎖緊桿內(nèi)，通過(guò)手柄的拉動(dòng)，帶動(dòng)插頭插入插座。此時(shí)，插頭絕緣體總成內(nèi)的壓簧受壓產(chǎn)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(xiàn)松動(dòng)或斷裂現(xiàn)象，將使電連接器完全失效，所以對(duì)鎖緊總成的檢修應(yīng)加嚴(yán)。

2.3 分析

通過(guò)鎖緊總成和鎖緊桿的結(jié)構(gòu)接使用狀況可知：對(duì)鎖緊子系統(tǒng)影響最大的因素是插頭絕緣體總成的壓簧產(chǎn)生的彈力，而鎖緊總成所受應(yīng)力最大處在軸套和鎖緊桿環(huán)槽處。

2.3.1 軸套受力分析

圖2 鎖緊總成軸套

軸套應(yīng)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(yīng)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(yīng)力最大處的受力面積：S2=291.6mm2(圖3)

鎖緊桿承受應(yīng)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(yīng)力最大零件為軸套，圖4為鎖緊總成受力斷裂時(shí)的照片，也證明軸套承受應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力遠(yuǎn)小于材料能承受的應(yīng)力，故鎖緊總成在檢修周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生失效。但軸套上的4個(gè)鋼珠開(kāi)孔，使軸套所能承受的缺口沖擊大幅下降。當(dāng)動(dòng)車組以較大加速度提速時(shí)，鎖緊總成所承受沖擊相應(yīng)變大。

對(duì)鎖緊桿進(jìn)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(huì)影響到連接器插合?？紤]后續(xù)變形情況，需按檢修修程，在次輪五級(jí)修時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換，作預(yù)防性更換。

圖5 鎖緊桿剖面情況

圖6 400倍實(shí)際組織圖

對(duì)軸套鋼珠軸面進(jìn)行金相磨面預(yù)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(xì)粒狀滲碳體構(gòu)成，其分布排列均勻，目前不存在開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 小結(jié)

在檢修周期內(nèi)，鎖緊總成能承受插頭、插座插合所產(chǎn)生的應(yīng)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(shí)應(yīng)對(duì)受力零件(軸套、鎖緊桿)進(jìn)行檢查，并在次輪五級(jí)修時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換，消除失效風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

為保證電連接器在全壽命周期內(nèi)的可靠性，應(yīng)按動(dòng)車組檢修修程，對(duì)電連接器進(jìn)行拆解檢修。對(duì)于可維修的零部件應(yīng)在拆卸后進(jìn)行維修，而對(duì)雖長(zhǎng)期工作也無(wú)明顯變化的，但失效會(huì)產(chǎn)生致命后果的，要對(duì)內(nèi)部變化進(jìn)行確認(rèn)，以保證在后續(xù)工作中的可靠性。