膠管壓接結(jié)構(gòu)對(duì)溫度傳感器抗振性能的影響

夏啟 魏婷

（湖南聯(lián)誠電氣科技有限公司，湖南 株州412000）

1 概述

動(dòng)車組軸箱溫度傳感器的安裝情況見圖1，傳感器探頭安裝在軸箱上，電纜保護(hù)管- 膠管通過綁扎帶固定在轉(zhuǎn)向架上，其在軸箱上無固定點(diǎn)，軸箱和轉(zhuǎn)向架中間有緩振裝置，因此軸箱和轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)情況不同，兩者之間膠管會(huì)存在抖動(dòng)和彎折的情況，膠管固定壓接位置與轉(zhuǎn)向架的固定點(diǎn)之間距離較短，抖動(dòng)和彎折會(huì)傳遞到膠管壓接位置，該位置應(yīng)力集中，在長期的抖動(dòng)和彎折的情況下存在膠管開裂的風(fēng)險(xiǎn)，影響到膠管的使用壽命。

圖1 產(chǎn)品安裝圖

動(dòng)車組軸箱溫度傳感器的作用為采集軸箱的實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)被測(cè)部位溫度超過報(bào)警閾值時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警。電纜保護(hù)軟管的作用為保護(hù)和支撐電纜，防止動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)沙石的沖擊和劇烈晃動(dòng)，如軟管斷裂會(huì)導(dǎo)致溫度傳感器電纜失去支撐而出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)，從而導(dǎo)致電纜斷裂，傳感器失去信號(hào)出現(xiàn)誤報(bào)警，影響動(dòng)車的安全運(yùn)行。通過對(duì)產(chǎn)品的安裝及運(yùn)行情況的分析，主要的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為探頭的壓接位置，因此進(jìn)行壓接結(jié)構(gòu)對(duì)膠管抗振性能的影響研究很有必要，能有效提高動(dòng)車組溫度傳感器的使用安全，確保動(dòng)車組安全運(yùn)行。

2 溫度傳感器的結(jié)構(gòu)及膠管壓接原理分析

2.1 溫度傳感器的結(jié)構(gòu)

溫度傳感器外形結(jié)構(gòu)如圖2 所示，膠管通過壓環(huán)壓緊，并在距壓環(huán)端面10～50mm 位置處吹縮了標(biāo)識(shí)管。

圖2 溫度傳感器外形結(jié)構(gòu)圖

2.2 膠管壓接結(jié)構(gòu)

膠管壓接部位的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3 所示，電纜在探頭的出口位置采用壓接固定，同時(shí)該壓接位置用來支撐膠管內(nèi)壁，套上膠管后外面再套一個(gè)金屬壓環(huán)，并用8 芯的模具對(duì)金屬環(huán)進(jìn)行壓接，壓接時(shí)壓環(huán)左端膠管伸出2mm 左右，膠管受壓后會(huì)向兩端擠壓變形，從而在壓環(huán)左端的端部形成一個(gè)喇叭口，防止膠管脫出。

圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 有限元計(jì)算分析

膠管的應(yīng)力集中位置為壓環(huán)壓接端面，是否可以通過改變圖3 中L1 的長度來緩解膠管的應(yīng)力集中情況，要對(duì)不同的L1長度進(jìn)行有限元分析。

3.1 模擬結(jié)構(gòu)假設(shè)

分析軟件：ABAQUS 6.13-1；網(wǎng)格類型：橡膠為C3D8H，金屬和尼龍（代替熱縮套管）為C3D8R。建模時(shí)，膠管在壓接端部的徑向預(yù)壓縮未被考慮，因?yàn)槿艨紤]分析過程會(huì)太過復(fù)雜，計(jì)算無法進(jìn)行；故該模型假設(shè)壓環(huán)及內(nèi)套端部與膠管只是綁定結(jié)構(gòu)。

3.2 模擬結(jié)構(gòu)

模擬分析4 種內(nèi)套端面與壓環(huán)端面之間的尺寸，具體尺寸見表1，模型示意圖見圖4。

表1 模型尺寸參數(shù)表

3.3 分析結(jié)果

通過有限元分析，內(nèi)套與外套端面距離在3mm 的時(shí)候所受應(yīng)力和應(yīng)變最小，結(jié)果見表2。

4 壽命研究試驗(yàn)驗(yàn)證

圖4 模型示意圖

表2 最大應(yīng)力應(yīng)變值列表

經(jīng)以上分析，內(nèi)套端面與外套端面距離與產(chǎn)品抗折彎能力有明顯關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮，為尋找最優(yōu)尺寸組合，結(jié)合有限元分析結(jié)果制作多組樣件進(jìn)行長壽命研究試驗(yàn)，試驗(yàn)情況如下：

4.1 試驗(yàn)樣件

試驗(yàn)樣件簡(jiǎn)圖如圖5 所示，試驗(yàn)樣件尺寸和分組數(shù)量見表3。

圖5 試驗(yàn)樣件簡(jiǎn)圖

表3 試驗(yàn)樣件尺寸和分組數(shù)量

4.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

試驗(yàn)由專用的設(shè)備配合定制試驗(yàn)工裝，將3 組9 根試驗(yàn)樣件同步進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)圖如圖6 所示，膠管按照模型簡(jiǎn)圖方式安裝，沿導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至膠管開裂，記錄往復(fù)彎曲次數(shù)。

圖6 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)圖

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

通過50 萬次彎折試驗(yàn)，L3 在2.5-4.5 之間的6 根樣件均未開裂，L3 在0.5-1.5 之間的3 根樣件均發(fā)生了開裂，開裂時(shí)的彎折次數(shù)在14 萬以下，具體試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

根據(jù)以上分析驗(yàn)證及壽命研究可以看出，壓接外套長度和（膠管內(nèi)）壓接內(nèi)套超出外套距離對(duì)于膠管彎曲疲勞有較大的影響，采用合理的扣壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)膠管的抗折彎性能有明顯提升。