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城轨车辆工艺研究

传统的电联接技术主要有绕接、焊接等。随着科学技术的发展,人们对于交通工具安全性和稳定性的要求日益增高,压接工艺克服了焊接和绕接等其他电联接方式的许多缺点,渐渐成为电联接工艺的主要技术。尤其是在日渐发达的城市轨道交通装备中,压接工艺越来越多的被应用到城轨车辆的电气连接中。

一、概念

压接工艺是在常温下,用专业设备或专门的压接工具使压接端子和线缆中的金属线芯发生机械压缩或塑性变形,形成机械连接和电联接的方法。

二、特点

由于压接工艺在常温下就可以操作,且在不需要焊接相关材料的前提下就能形成稳定的机械连接和电联接,因此压接工艺具有生产效率高,可靠性好,能适应自动化生产的特点。相对于焊接工艺带来的焊接面易氧化和焊件清洗困难,绕接工艺带来的不稳定、不安全的相关问题,压接工艺还能承受恶劣的工作环境,且由于操作简单可靠,从而在轨道交通装备领域得到更为广泛的应用,并向着小型化、自动化逐步发展,因此研究压接工艺技术具有十分现实的意义。

三、基本原理

压接过程中,线缆的金属线芯与压接端子实现紧密接触,产生过热并发生塑形变形。在此过程中,实现压接的金属线芯和压接端子表面温度显著升高,引起结合部之间的金属产生塑形对流,破坏了两种金属表面的氧化膜,使两者以洁净的金属面接触,其接触电阻接近于零,从而在接触面形成合金层,达到可靠的连接。导线与连接器插针孔压接原理图如图1所示。

四、压接工艺研究

根据压接连接基本原理,不难看出端子与电缆之间的作用是影响压接连接的主要因素。随着目前人们对城市轨道装备的要求越来越高,多弯道、高速度等成为了当前城市轨道的新特点。为了确保城市轨道交通装备的稳定性和安全性,针对城市轨道交通装备中的血脉——线缆传输,也提出了更高要求,因此作为当前电联接应用最广的压接工艺是确保整个城市轨道交通装备稳定安全的关键点。1.城轨车辆压接工艺的故障模式及原因(见表1所示)。2.压接工艺研究。压接工艺流程:首先根据制作产品的要求和线缆的型号规格,选取压接端子及配套的压接工具和压模;其次对压接端子进行试样(一般情况下若首次进行压接,则须进行试样,且每批次压接三个试样),从而进一步确定压接工具和压模,以及线缆制作的正确方式;第三,进行拉力和电气试验(在实际生产过程中,拉力试验主要针对试样件);第四,批量生产,检查合格品率。为了达到压接工艺的质量控制,线缆与压接端子之间、压接端子与压接工具之间及线缆的选用和制作方面均有比较严格的要求,具体如下:(1)压接端子与线缆线芯之间的工艺匹配性。在压接过程中要根据线缆的型号规格选择正确的压接端子。压接端子的针孔过大或过小都将严重影响压接工艺的质量,压接端子针孔的压线范围必须与被压接导线线芯截面相匹配;(2)压接端子与压接工具之间的工艺匹配性。压接选用的压接工具(压模)的规格型号应和压接端子的规格型号相匹配。在实际生产过程中,虽然供应商会提供配套的压接工具和压模,但是对于首次进行压接的压接端子或压接工具,一般要求先进行压接试样,并对试样件进行拉力和接触电阻测试,确定压接工具的压接量,确定是否满足压接端子的机械要求和电联接要求。尤其是采用自制或非标的压接工具时,必须进行试验、校准,确保工具性能符合技术要求。压接工具应采取全过程管控方式,已校准好的压接工具和压模都必须有规定的标识,且须定期校准,一般校准周期不应超过12个月。(3)线缆选用的工艺要求。压接选用的线缆须为多股绞合线。由于目前城轨车辆电联接工艺采用的是欧标,多采用模压式压接,因此线缆线芯应选用镀锡、镀银、镀镍或不涂覆的铜线。(4)线缆剥线的质量控制。首先剥线的长度应符合相应压接端子的要求。通过反复验证,结合实验数据结果,目前最合适的剥线长度为线缆线芯能从压接端子的观察孔清楚看到,若线缆截面积小于6.5mm2时,线缆的绝缘层与压接端子端面的距离应小于1mm的长度,而对于线缆的截面积超过6.5mm2的线缆,线缆的绝缘层与压接端子端面的距离可以达到2-3mm,但必须采用热缩套管覆盖在间隙区。其次,在剥线过程中,要求线缆线芯排列整齐;绝缘层切除整齐,无损伤;线芯无损伤、折断。根据上述要求,对于线缆截面积超过6.5mm2的线缆,须采用测量工具对线缆进行测量,保证剥线质量;对于线缆截面积小于6.5mm2的线缆,可选用合适的剥线钳,从而结合压接端子的尺寸调整好线缆的剥线长度,提高生产效率。3.常见问题及解决方案。通过近年来对城市轨道交通制造的电气连接工艺分析和问题积累,在压接工艺技术中最常出现的问题及解决方案如下所示:(1)压接高度不达标压接高度不达标一方面是压接端子与线缆线芯不满足工艺匹配性;另一方面是压接端子与压接工具的选择不满足工艺匹配性。上述原因使得压接端子与线缆的作用力不满足工艺要求(见图2、图3所示)。过小压接会使得线缆和压接端子表面变形严重,导致线芯断裂等情况发生;过大压接则使得线芯与压接端子之间没有足够的金属接触,线芯与压接端子之间不能可靠连接,从而严重影响压接的机械性能和电气性能。解决方案:根据压接试件更换压模,调整压接工具的作用力,结合试验数据调整线缆与压接端子之间、压接端子与压接工具(压模)之间的匹配性。图3图2(2)线芯松散线芯松散俗称飞线,是导致压接问题的另一个常见原因(见图4所示)。线芯松散通常发生在线缆截面积小于2.5mm2的压接工艺中,由于操作不当或者线缆线芯与压接端子不匹配导致线芯松散。线芯松散使得压接件的连接强度和电流负载能力大幅下降。解决方案:将松散的线芯按照原方向轻轻捻紧,使其恢复原状,并保持清洁,然后插入进行压接的端子中。图4(3)剥线长度过短由于剥线前未进行测量或者使用的剥线工具未按照压接端子的规格型号进行调试,从而导致剥线长度过短。剥线长度过短(见图4所示),使得线缆没有完全插入导体压接区,拉拔力达不到工艺要求。解决方案:结合压接端子的规格型号对剥线长度进行测量,从而满足工艺要求。图4压接完成后,尤其是首件产品还需要进行拉力和电气测试(如接触电阻试验或耐压试验),从而确保产品质量。

五、结束语

综上所述,压接工艺作为一项特殊工艺在城市轨道车辆制造中得到了广泛的应用,极大地提高了线缆间连接的可靠性,确保了轨道交通装备信号传递与电流传输,为城市交通运输安全提供了保障,对铁路电气化的全面实现提供了更强有力的技术支持。

参考文献:

[1]徐英.压接连接工艺技术研究[J].电子工艺技术,2005,26(1):21-22

[2]GJB5020-2001.压接连接技术要求[S].北京:中国航天科技集团,2001.

作者:陆浩凯 毕小琴 单位:中车株洲电力机车有限公司

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