電務車載設備電纜航插連接器故障的分析及處置

張王芳

YP/LYP、XC系列電纜航插連接器（以下簡稱“航插”）已廣泛運用于電務LKJ設備和機車信號車載設備,作為設備與設備、設備與通信電纜之間的連接方式,其性能下降必然會影響車載設備安全信息傳輸的正確性,對車載設備正常運行造成影響。由于這2種航插均屬于圓形卡扣式連接方式,具有體積小、重量輕、安裝快速、接觸可靠、導電性能好、插拔無需工具等優點,因此也造成在日常檢修中“免維護”的誤區,導致對于航插本身的相關維護排查極易被忽視,故障分析不徹底,大多被動地采取整體設備更換的方式解決。為此,通過總結分析合肥電務段出現的一系列航插問題,提出有效的維護檢查方法、標準及相關改進建議,供相關維護部門參考。

1 航插連接器的組成

車載設備電纜航插一般由插頭和插座組成,通過插頭、插座的插合和分離,實現電路的連接和斷開。連接時右旋轉動連接螺帽,聽到響聲即表示連接器已完成插合鎖緊；分離時,則左旋轉動連接螺帽,直至完全分離。YP/LYP、XC系列航插均采用雙曲面線簧插孔,由線簧絲、內套、前套和后套組成,多根獨立的彈性金屬線簧絲在內套中均勻分布,并與內套軸線成一定夾角,金屬線簧絲兩端彎向內套外壁,通過前、后套將線簧絲固定,經過縮口工藝成型后,其彈性比較好,并始終保持優良的彈性性能,保證連接器的有效接觸。

2 故障案例及分析處置

2.1 YP/LYP系列航插故障案例

2019年1月9日,某機車在長安集進站,LKJ記錄信號雙黃閃瞬間突變雙黃后自動恢復。由于雙黃閃碼機車信號的限制速度為80 km/h,雙黃碼機車信號的限制速度為45 km/h,造成LKJ設備速度限制曲線與行車速度曲線“撞線”,LKJ設備輸出緊急制動,導致機車停車。

該車入庫后,使用環線發碼和手持發碼設備對車載設備進行多次測試,均顯示正常；再進行各項功能的電特性測試,也顯示正常。使用0.6 N標準測試吊坨進行航空插頭和插座的連接可靠性檢查,發現編號為X32T航插的13號端子保持力不夠,與故障現象一致。最終確認:機車雙黃閃瞬間突變雙黃的故障原因為X32T航插的13號端子保持力不夠。

2.2 XC系列航插故障案例

2020年3月18日,某機車在雙劉站與東關站間LKJ顯示滅燈7 s后,LKJ限速下降,停車后恢復正常,電話指導值乘司機檢查機車信號主機與LKJ主機的連接電纜,未見異常,之后機車維持運行至蕪湖庫內。

進行入庫檢查測試時故障未重現,使用現有的YP/LYP系列0.6 N標準測試吊坨對X32、X22航插進行檢查,測試結果均正常。重新梳理處置環節,經電纜航插型號比對發現,XC系列的X22航插與YP/LYP系列航插規格有所不同,聯系廠家提供對應0.392 N標準測試吊坨,對定義LU燈位的航插插孔2進行分離力檢測,發現保持力不足問題,而其他插孔正常。最終確認:機車信號故障的原因為X22電纜XC型航插插孔2分離力不合格,造成LU燈信息傳輸異常,導致LKJ顯示滅燈。

上述故障表明,航插在使用過程中,會出現因接觸電阻變大、接觸不良,引起電路時通時斷等問題。主要原因是航插接口插合時,插頭的插針與插座的插孔產生磨損,導致插針與插孔接觸壓力降低,造成插針與插孔接觸不良,影響設備間數據的傳輸。通過對上述2起航插故障案例進行分析處置可以發現,在運用萬用表、搖表等傳統工具無法查明故障原因情況下,需使用航插專用標準測試吊坨,可以準確找出故障部位,避免相關線纜及設備整體更換的粗放式處置,提高車載設備異常信息處理的準確性。

3 維修措施與建議

3.1 完善現有車載設備航插檢查方法

基于對航插的重新認識,當線纜設備出現偶發性故障,庫內無法復現時,必須對相關環節進行全面測試,并使用標準測試吊坨對電纜航插插孔分離力進行多次測試排查。在車載設備電纜更新、Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ級修程中,增加電纜航插的檢查,避免因航插問題造成車載設備故障。

具體檢測方法是將測試吊坨水平放置,將插頭垂直插入吊坨插針中,插入深度＞4 mm,將航插垂直緩慢提升,速度不超過0.1 m/s,同時避免傾斜或擺動,防止孔的分離力減小。若插頭內的插孔與測試吊坨上的插針出現完全分離,則表示插孔分離力不合格；若測試吊坨隨插頭垂直離開原放置水平面,表示插孔合格。因XC與YP/LYP系列航插內徑規格不同,需采用不同規格的測試吊坨,吊坨標準見表1。

表1 測試吊坨標準

3.2 提高航插接口的穩定性

航空插頭在使用過程中會受到電、熱、機械和化學等應力的作用,如果選型錯誤或者貯存使用不當會導致失效。電連接器長期分離時,容易發生插針碰歪、變形或多余物掉入等問題。在日常維護中,要注意電纜航插的防護,航插部位應蓋上防護罩。在對電連接器進行性能測試時,應使用合格和新的插頭（座）或模擬插針,不能用型號錯誤的探針或銅棒插入插孔進行測量。同時,在現有航插選型上,應選用防回轉卡扣式航空插頭,即在現有卡扣式航插的插座本體與插頭本體之間,安裝防回轉裝置,在發揮卡扣式航插快速連接和分離性能的前提下,有效防止在振動環境中脫落,改善連接穩定性。

3.3 加強對航插接口速度等級（SD）的檢查

2019年之前合肥電務段管內共發生12起機車信號為UUS/U2S瞬間掉UU/U2,造成LKJ運行控制曲線與限制曲線“撞線”,導致LKJ輸出緊急制動停車的故障。分析故障時段的LKJ記錄文件發現,速度等級記錄異常,缺少SD1信息。機車信號主機接收到地面移頻碼的輸入信息和機車信號主機譯碼后,輸出信息的對應關系見表2。由于當時對航插的性能、狀態掌握不全面,僅僅是按照常規做法更換設備或電纜,并沒有找出真正原因。該問題曾一度高度困擾車載設備故障分析處置,還被列為集團公司重點疑難攻關項目。

根據機車信號與LKJ監控裝置的相關協議,機車信號與LKJ主機間采用“信號燈位顯示+速度等級”方式通信。LKJ顯示器完全復示機車信號主機輸出的SD1/SD2/SD3機車信號燈位顯示信息,LKJ主機按照對應的ZPW2000移頻信號控車。表2中U2S（黃2閃）/UUS（雙黃閃）與U2（黃2）/UU（雙黃）的SD等級信息編碼區別僅在于SD1編碼的不同。當LKJ主機接收U2S/UUS時,SD1信息編碼為1,如果航插對應的SD1通道存在接觸不良,LKJ主機接收到的SD1編碼則會由1變為0,LKJ顯示器上的U2S/UUS停止閃動,必然顯示為U2/UU。

通過對2019年1月9日發生的某機車故障分析處置總結,正式引入標準吊坨測試方式對機車車載設備航插進行排查,結合各級修程對機車X32電纜進行檢測整治,共更換航插接觸不良電纜30多根,后續再未出現因閃燈信號顯示瞬間中斷造成的停車故障,而且在車載設備出現瞬間不易復現的通斷故障時,運用標準測試吊坨對故障范圍內的航插進行測試排查,取得良好效果。

3.4 進一步優化建議

由于傳統航插在緊固時無法明示化確認,存在不便檢查巡視及確認安裝到位的短板,為此,經與源頭廠家聯合技術攻關,將現有的航插進行明示化升級。具體改進示意見圖1。其中,LED燈顯電源由航插內部的電纜工作電源供電,無需外接電源。由于LED燈冷光源本身不發熱,不存在持續運行造成航插發熱的安全隱患。航插安裝良好時,顯示綠燈；未安裝良好時,顯示紅燈,這樣不僅便于確認是否安裝到位,同時為電務車載設備的后續智能化監測升級預留技術條件。目前已完成樣品設計,后續將驗證使用效果。

圖1 明示化航插示意

4 結束語

航插作為車載設備廣泛使用的設備,由于長期處于“免維護”狀態,容易導致故障處置中不納入故障排查及上道檢查范圍。通過不斷總結探索航插設備的故障排查和日常維護經驗,運用YP/LYP、XC系列電纜航插標準測試吊坨,為排查瞬間信號中斷無法故障復現的車載設備疑難問題提供思路,及時消除故障隱患,確保運輸安全。