膠管壓接結構對溫度傳感器抗振性能的影響

夏啟 魏婷

（湖南聯誠電氣科技有限公司，湖南 株州412000）

1 概述

動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，電纜保護管- 膠管通過綁扎帶固定在轉向架上，其在軸箱上無固定點，軸箱和轉向架中間有緩振裝置，因此軸箱和轉向架的振動情況不同，兩者之間膠管會存在抖動和彎折的情況，膠管固定壓接位置與轉向架的固定點之間距離較短，抖動和彎折會傳遞到膠管壓接位置，該位置應力集中，在長期的抖動和彎折的情況下存在膠管開裂的風險，影響到膠管的使用壽命。

圖1 產品安裝圖

動車組軸箱溫度傳感器的作用為采集軸箱的實時溫度。當被測部位溫度超過報警閾值時監測系統報警。電纜保護軟管的作用為保護和支撐電纜，防止動車組高速運行時沙石的沖擊和劇烈晃動，如軟管斷裂會導致溫度傳感器電纜失去支撐而出現劇烈抖動，從而導致電纜斷裂，傳感器失去信號出現誤報警，影響動車的安全運行。通過對產品的安裝及運行情況的分析，主要的風險點為探頭的壓接位置，因此進行壓接結構對膠管抗振性能的影響研究很有必要，能有效提高動車組溫度傳感器的使用安全，確保動車組安全運行。

2 溫度傳感器的結構及膠管壓接原理分析

2.1 溫度傳感器的結構

溫度傳感器外形結構如圖2 所示，膠管通過壓環壓緊，并在距壓環端面10～50mm 位置處吹縮了標識管。

圖2 溫度傳感器外形結構圖

2.2 膠管壓接結構

膠管壓接部位的結構簡圖如圖3 所示，電纜在探頭的出口位置采用壓接固定，同時該壓接位置用來支撐膠管內壁，套上膠管后外面再套一個金屬壓環，并用8 芯的模具對金屬環進行壓接，壓接時壓環左端膠管伸出2mm 左右，膠管受壓后會向兩端擠壓變形，從而在壓環左端的端部形成一個喇叭口，防止膠管脫出。

圖3 產品結構簡圖

3 有限元計算分析

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

3.1 模擬結構假設

分析軟件：ABAQUS 6.13-1；網格類型：橡膠為C3D8H，金屬和尼龍（代替熱縮套管）為C3D8R。建模時，膠管在壓接端部的徑向預壓縮未被考慮，因為若考慮分析過程會太過復雜，計算無法進行；故該模型假設壓環及內套端部與膠管只是綁定結構。

3.2 模擬結構

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

表1 模型尺寸參數表

3.3 分析結果

通過有限元分析，內套與外套端面距離在3mm 的時候所受應力和應變最小，結果見表2。

4 壽命研究試驗驗證

圖4 模型示意圖

表2 最大應力應變值列表

經以上分析，內套端面與外套端面距離與產品抗折彎能力有明顯關系，在設計時須充分考慮，為尋找最優尺寸組合，結合有限元分析結果制作多組樣件進行長壽命研究試驗，試驗情況如下：

4.1 試驗樣件

試驗樣件簡圖如圖5 所示，試驗樣件尺寸和分組數量見表3。

圖5 試驗樣件簡圖

表3 試驗樣件尺寸和分組數量

4.2 試驗模型

試驗由專用的設備配合定制試驗工裝，將3 組9 根試驗樣件同步進行試驗，試驗模型簡圖如圖6 所示，膠管按照模型簡圖方式安裝，沿導軌做往復運動，直至膠管開裂，記錄往復彎曲次數。

圖6 試驗模型簡圖

4.3 試驗結果

通過50 萬次彎折試驗，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 根樣件均發生了開裂，開裂時的彎折次數在14 萬以下，具體試驗結果見表4。

表4 試驗結果

5 結論

根據以上分析驗證及壽命研究可以看出，壓接外套長度和（膠管內）壓接內套超出外套距離對于膠管彎曲疲勞有較大的影響，采用合理的扣壓結構設計對膠管的抗折彎性能有明顯提升。