鐵路信號設備電連接器的選用

馬 康

（上海鐵路通信工廠，上海 200071）

眾所周知，電子產(chǎn)品發(fā)展初期，電子設備相互間的連接大部分采用導線直接的鉸接、螺接或焊接，無論對于生產(chǎn)還是使用，都帶來諸多不便。它效率低且更換產(chǎn)品不方便，不便于產(chǎn)品的標準化，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)和標準化設備間的快速連接。因此，現(xiàn)代設備間的連接多采用各類電連接件，同時逐步向標準化發(fā)展。隨著鐵路建設的飛速發(fā)展，與之相對應的鐵路信號也越來越得到重視，電連接器作為鐵路信號設備必不可少的關鍵器件，也在不斷更新，它是保障鐵路安全運行的關鍵。

本文通過對各種電連接器參數(shù)的簡要闡述，介紹了常用電連接器的一些參數(shù)。同時對近幾年逐步采用的電連接器中一種線簧孔電連接器作了介紹，并通過對其原理和參數(shù)分析說明其安全可靠性。

1 電連接器的參數(shù)選擇

連接器有不同的分類方法。按照頻率可分為高頻連接器和低頻連接器；按照外形可分為圓形連接器和矩形連接器；按照用途可分為印制板用連接器、機柜用連接器、電源連接器和特殊用途連接器等。下面是低頻連接器（頻率為3 MHz以下）常用的選擇參數(shù)。

（1）電氣參數(shù)要求：額定電壓、額定電流、接觸電阻和屏蔽性。

（2）安全參數(shù):絕緣電阻、耐壓和燃燒性。

（3）機械參數(shù):單腳分離力和總分離力，機械壽命，接觸對數(shù)目和針孔性，振動、沖擊和碰撞。

（4）連接方式：主要有螺紋式連接、卡口式連接和彈子式連接，其中螺紋式連接最常見。

（5）安裝方式:安裝固定方式有鉚釘、螺釘、卡圈或連接器本身卡銷快速鎖定等。

①Neil M．Richard，Jonathan H．King，“Big Data Ethics”，Wake Forest Law Review，49(2)，2014，pp．393 ～394．

（6）環(huán)境參數(shù):環(huán)境溫度、濕度、溫度急變、大氣壓力和腐蝕環(huán)境等。

（7）端接方式:焊接、壓接、繞接、刺破連接和螺釘連接。

2 電連接器接觸件的種類

各種不同類型電連接器的接觸偶各不相同,最常見的幾種接觸偶包括：（1）圓筒形插孔；（2）同軸型接觸偶；（3）無極性接觸偶；（4）閉口簧片式插孔；（5）開槽套管組合式插孔；（6）鉸線插針接觸偶；（7）音叉接觸偶；（8）懸臂梁型（開槽式）；（9）雙曲面線簧插孔。

不同的接觸偶，由于其形狀結(jié)構(gòu)不同，性能也有所不同。前4種方式是傳統(tǒng)型的接觸偶，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡便，但可靠性和穩(wěn)定性稍差，易發(fā)生瞬間斷電，失效率高。

后面幾種類型的接觸偶結(jié)構(gòu)復雜，制作成本稍高，但接觸性較前幾種穩(wěn)定。

第九種雙曲面線簧插孔是目前逐步被廣泛使用的電連接器，下面作重點介紹。

3 線簧插孔簡介

雙曲面線簧插孔是一種結(jié)構(gòu)獨特的高可靠連接器，是由多根彈性金屬絲按照插孔軸線成某一角度構(gòu)成的雙曲面形導管。當與插針插合時，針孔之間形成全圓周的多線接觸。其優(yōu)點：接觸電阻低而穩(wěn)定；插拔力小，接觸件磨損低，壽命長，在強力振動沖擊環(huán)境中，能保持電接觸可靠性。

單葉回轉(zhuǎn)雙曲面結(jié)構(gòu)線簧插孔由內(nèi)套、外套及多根高彈性金屬絲組合而成。金屬絲沿圓周均勻分布，與軸線具有一定扭角，形成兩端大中間小的單葉回轉(zhuǎn)雙曲面多線并聯(lián)接觸系統(tǒng)。

從線簧插孔正視圖看，以多根金屬絲成一定角度均勻分布。

從線簧插孔剖切圖看，線簧插孔形成兩端大中間小（喉圓）的單葉回轉(zhuǎn)雙曲面形狀。

（2）插針插入線簧孔的狀態(tài)

圖1中左邊的實心體為插針，當插入線簧孔時，高彈性金屬絲被撐開，包裹在插針外。

（3）線簧插孔的受力分析及包絡曲線

金屬絲兩端固定形成簡支梁模式，其變形為：彎曲+拉伸，金屬絲呈螺旋狀包絡在插針表面沿金屬絲截切插孔插針截面，插針截面為一橢圓，橢圓長軸的大小取決于金屬絲的傾角。如圖2所示。

在工作狀態(tài)下，線簧插孔具有最大接觸面積。

4 線簧插孔性能分析

（1）線簧插孔的性能特點

接觸電阻小、插拔柔和、抗振動、耐沖擊、壽命長和可靠性高，失效率僅為10-8～10-9。線簧孔與開口孔主要性能對比如表1所示。

表1 線簧孔與開口孔的主要性能對比

（2）與端接方式的配合

電連接器通常采用的端接方式分為釬焊、繞接和壓接。當前航空連接器最常用的端接方式為釬焊和壓接。

線簧孔接觸對與電線或電纜的連接方式通常采用壓接方式，壓接方式是幾種端接方式中最優(yōu)選的方式，大大提高了連接器的可靠性，保證了信號傳遞的高保真性。

（3）線簧結(jié)構(gòu)電連接器的特點

雙曲面線簧插孔的結(jié)構(gòu)由前外套、襯套、高彈性線簧絲和后外套構(gòu)成。它是采用并聯(lián)失效模式原理而設計的具有多路傳遞的插孔：將多根獨立的高彈性金屬線簧絲通過斜槽芯棒，在襯套中與襯套的軸向形固定在襯套的兩端上，前、后外套滾鉚在襯套上。設計時使線簧絲所形成的雙曲面最小包絡直徑（即喉圓）小于所配插針的直徑。當插針插入時，線簧絲在徑向和軸向都發(fā)生彈性變形，插針即與線簧孔中多根獨立的線簧絲同時接觸，構(gòu)成多個獨立的電流通路。即使插孔中的個別線簧絲斷裂，線簧孔仍能構(gòu)成有效的電流通路。由此可以看出其具有插拔力小、接觸電阻小和可靠性高等特點。

5 雙曲面線簧孔電連接器的應用

在各種鐵路信號裝備中，電連接器的用量較大，而車載設備使用電連接器除了要滿足一般的性能要求外，還特別要求電連接器必須達到接觸良好，工作可靠，維護方便，其工作可靠與否直接影響車載電路的正常工作，涉及整個機車的安危。為此，車載設備上大量使用航空連接器，近年來逐步改用了雙曲面線簧孔電連接器。以XC系列圓形為例，已大量運用于機車信號設備中，如在主體化機車信號車載設備上作為主要連接部件，經(jīng)多年實際使用從未出現(xiàn)過因連接器接觸不良的故障，且運行良好。除高速運行的機車車載設備上運用雙曲面線簧孔電工連接器外，地面信號設備也已把它作為首選連接器使用。

6 結(jié)束語

綜上所述，電連接器種類繁多，但都有各自的長處和短處,應根據(jù)不同的需求和其參數(shù)，正確選擇所使用的電連接器。根據(jù)鐵路通信信號產(chǎn)品安全性和可靠性的要求，在產(chǎn)品設計時盡量選用高安全性和高可靠性的電連接器產(chǎn)品，如雙曲面線簧插孔電連接器，由于其固有的特性，使線簧式電連接器具有接觸電阻低、插拔力小、機械壽命高、抗振動沖擊等優(yōu)點，特別適合鐵路通信信號設備使用，以保證高速列車的安全運行。

[1]高金龍．高可靠線簧式電連接器[J]．電子機械工程，2000（1）：38-41.