车端连接器的改进设计

陈龙，唐高健，王焕

南京康尼科技实业有限公司 江苏省 南京市 210038

摘要：高原条件下对车端连接器的结构和电性能提出了更高的要求，为解决现有青藏25T型客车车端连接器的适用性问题，新设计了一种车端连接器及其悬挂装置，体积小、负载强、密封性能更优，满足了高原条件下的使用要求。

关键词：连接器；冷凝水；密封; 悬挂装置

1引言

连接器广泛应用于车辆各个系统之间的电气连接，在车端、车下分线箱，车钩等部位发挥着不可替代的作用，是实现动力控制、网络系统快速连接和分解的关键部件。

高原车较常规的25T型车相比，由于采用电力机车和内燃机车双源动力供电，其车端所布置的动力连接器的数量更多。并且其车端间距更短，现有青藏线连接器体积大，过小曲线易干涉，无法满足小车端距下的使用要求。

本文介绍了一种新型连接器，可替代原青藏25T型客车连接器，满足高原车车端连接器的使用要求。

2连接器的设计

2.1连接器总体方案

综合考虑设计方案中车端面连接器数量多，车端距小的问题，统筹兼顾解决原25T型车端DC600V连接器在高原环境下的车端墙内冷凝水堆积问题。在连接器的安装布置上进行了整体优化，取消车端直连式方案，在车下增加接线箱，将连接器布置于接线箱上。

通过在车端下增加接线箱，在接线箱上安装动力连接器。减少了端墙上连接器的安装数量。同时在接线箱内部，让动力电缆水平走线，避免了冷凝水沿着电缆流入连接器内部的情况。同时接线定义上将正负极分开，让同极处于一个连接器中，即使连接器内部出现冷凝水，也可避免连接器短路情况。

2.2接触对的结构设计

接触对为电连接器完成电连接功能的核心部件，一般由插针和插孔组成。通过接触对的插合完成电连接。接触件可以是几种合金中的任何一种材料制成，具体选择要根据接触件的类型，插拔的频度以及连接器所工作的电气条件和环境条件而定。

2.2.1接触对结构的选型

常见的接触对结构分为自锁紧结构，弹性劈槽结构与冠簧结构等。我司现有的自锁紧结构配合浮动式绝缘板使整体尺寸偏大，无法满足小结构的矩形连接器的设计需求。弹性劈槽结构在插针内部设有簧圈，为保证插合时的接触压力，轴孔间隙较小，插入时的对中性不好，插合时有卡涩，插拔力不易控制。

综合考虑设计与使用的安全性，设计接触对结构为冠簧结构。这种结构插拔柔和，接触电阻低，且装配简单，适合在多种场合下使用。

由于为大电流的接触对，接触对直径设计较大，在绝缘板中的定位方式需要注重考虑对插时的同轴度，不能有大幅位移，避免误插损坏。常见的齿套定位结构无法支撑质量较大的接触对，整体的同轴度差，且齿套在长时间的插拔过程中容易嵌入绝缘板中，导致维护时的拆卸不便，而且使用过程中易发生折断，引起退针。

为避免上述问题，同时考虑后期检修的便利性，接触对的定位方式采用前后凸台定位，依靠前部与尾部凸台减少芯件的晃动，整体的同轴度比齿套定位更好，且强度高，不会出现齿套嵌入绝缘板的现象。绝缘板后端定位设计成可拆卸式后盖，利于拆卸检修，可维护性好。

2.3迷宫式绝缘设计

高原环境下，连接器的电气间隙与爬电距离比平原要求高，为确保满足高原环境下的最小要求。对于电气间隙与爬电距离，可按照TB/T 3213-2009^[1]和GB/T21413.1-2018^[2]中的相关要求进行核算。要求DC600V连接器其电气间隙不得小于4.73mm。

综合核算的电气间隙值，同时考虑到接触对相互之间不能出现短路，爬电距离与电气间隙尽量在做大，绝缘体的结构设计通过将绝缘体设计成长筒型的形式，将整个接触对用绝缘件包裹起来，同时接触部分增加多道环形凸台凹孔相配合的迷宫式结构，从而大大增加了连接器的电气间隙与爬电距离，避免了接触对的短路隐患。同时口部设计多重键位，下沉接触对防止人员误触触电，同时也避免连接器的错插。

2.4防冷凝水结构设计

2.4.1冷凝水产生原因

动力车连接器的布置线缆从顶侧布线。车端安装连接器面较低，电缆走线位置较高，由于存在的负压问题，热空气进入连接器内部，在冷热交替作用下，形成大量冷凝水。造成控制信号故障、连接器短路、零部件氧化腐蚀等诸多问题。

通过对冷凝水现象的分析，主要是由于密封不良的原因。为保证内部的完全密封，设计新型密封式结构，在密封端墙与壳体的同时，还将端墙开孔处与连接器尾端进行全部封闭处理，同时电缆出线口设计比电缆外径小，保证密封性，有效的杜绝了冷凝水对连接器的腐蚀损害。

2.5限位设计

2.5.1限位原因

目前车端连接器插头对在主机厂的要求下，需要进行50万次的电缆疲劳寿命试验，以验证电缆在模拟车辆运行过程中的扭曲磨损。而连接器插头对磨损不单有线缆，还有外面防护用的波纹管，在车辆运行过程中，密集排布的波纹管之间频繁的碰擦，加之动力电缆较重，晃动的电缆和波纹管进一步加剧了磨损，同时导致拧紧螺栓受力过大。为此，当插头对处于密集排布时，需要考虑波纹管之间的碰擦磨损与自重问题。

2.5.2限位结构设计

考虑到实际情况，我们可在波纹管外加装限位元件，如图1所示，限位元件为分体式，通过卡在上下波纹管件实现插头对波纹管上下距离的固定，限位元件设有凸筋，再通过不锈钢扎带的收紧，保证稳固的卡在波纹管间。其次通过中间的销轴联组，限位元件可联成一个整体，车辆运行时，插头对的相对间距可自由调节，并不完全固定。这种柔性固定既可减少波纹管碰擦磨损，同时也能很好的实现相邻插头对的限位固定，减少车辆横向位移工况时的电缆弯曲受力。

在电缆出线口，设计了匹配波纹管口径的悬挂装置。悬挂装置一面通过钢板与车体连接，另一面和限位元件一样，通过柔性固定卡在波纹管中，使电缆出线水平一致。它同时负担插头对的绝大部分重量，减少拧紧螺钉和接头处的受力，使得插头对和限位元件整体更加安全可靠。

图1:连接器和悬挂装置示意

2.5.3总结

通过研究25T青藏车连接器的不足，在现有的方案及车端连接器设计上，注重考虑解决小曲线干涉，冷凝水以及波纹管受力等问题。较原方案，新的方案解决了以下几个主要问题：

3结束语

新型车端连接器的开发解决了原连接器冷凝水问题，且连接器布置合理，结构小巧，整体密封性能优异，同时注重对插头对波纹管的安全保护，增加限位机构。满足了现车车端条件及使用工况下对车端连接器的设计要求。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB/T 3213-2009《高原机车车辆电工电子产品通用技术条件》[S].北京:中国铁道出版社，2010

[2]全国牵引电气设备与系统标准化委员会.GB/T21413.1-2018《轨道交通机车车辆电气设备第1部分：一般条件和通用规则》[S].北京:中国标准出版社，2019