铁路信号设备电连接器的选用

马 康

（上海铁路通信工厂，上海 200071）

众所周知，电子产品发展初期，电子设备相互间的连接大部分采用导线直接的铰接、螺接或焊接，无论对于生产还是使用，都带来诸多不便。它效率低且更换产品不方便，不便于产品的标准化，无法满足大规模生产和标准化设备间的快速连接。因此，现代设备间的连接多采用各类电连接件，同时逐步向标准化发展。随着铁路建设的飞速发展，与之相对应的铁路信号也越来越得到重视，电连接器作为铁路信号设备必不可少的关键器件，也在不断更新，它是保障铁路安全运行的关键。

本文通过对各种电连接器参数的简要阐述，介绍了常用电连接器的一些参数。同时对近几年逐步采用的电连接器中一种线簧孔电连接器作了介绍，并通过对其原理和参数分析说明其安全可靠性。

1 电连接器的参数选择

连接器有不同的分类方法。按照频率可分为高频连接器和低频连接器；按照外形可分为圆形连接器和矩形连接器；按照用途可分为印制板用连接器、机柜用连接器、电源连接器和特殊用途连接器等。下面是低频连接器（频率为3 MHz以下）常用的选择参数。

（1）电气参数要求：额定电压、额定电流、接触电阻和屏蔽性。

（2）安全参数:绝缘电阻、耐压和燃烧性。

（3）机械参数:单脚分离力和总分离力，机械寿命，接触对数目和针孔性，振动、冲击和碰撞。

（4）连接方式：主要有螺纹式连接、卡口式连接和弹子式连接，其中螺纹式连接最常见。

（5）安装方式:安装固定方式有铆钉、螺钉、卡圈或连接器本身卡销快速锁定等。

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

（6）环境参数:环境温度、湿度、温度急变、大气压力和腐蚀环境等。

（7）端接方式:焊接、压接、绕接、刺破连接和螺钉连接。

2 电连接器接触件的种类

各种不同类型电连接器的接触偶各不相同,最常见的几种接触偶包括：（1）圆筒形插孔；（2）同轴型接触偶；（3）无极性接触偶；（4）闭口簧片式插孔；（5）开槽套管组合式插孔；（6）铰线插针接触偶；（7）音叉接触偶；（8）悬臂梁型（开槽式）；（9）双曲面线簧插孔。

不同的接触偶，由于其形状结构不同，性能也有所不同。前4种方式是传统型的接触偶，结构简单，制造工艺简便，但可靠性和稳定性稍差，易发生瞬间断电，失效率高。

后面几种类型的接触偶结构复杂，制作成本稍高，但接触性较前几种稳定。

第九种双曲面线簧插孔是目前逐步被广泛使用的电连接器，下面作重点介绍。

3 线簧插孔简介

双曲面线簧插孔是一种结构独特的高可靠连接器，是由多根弹性金属丝按照插孔轴线成某一角度构成的双曲面形导管。当与插针插合时，针孔之间形成全圆周的多线接触。其优点：接触电阻低而稳定；插拔力小，接触件磨损低，寿命长，在强力振动冲击环境中，能保持电接触可靠性。

单叶回转双曲面结构线簧插孔由内套、外套及多根高弹性金属丝组合而成。金属丝沿圆周均匀分布，与轴线具有一定扭角，形成两端大中间小的单叶回转双曲面多线并联接触系统。

从线簧插孔正视图看，以多根金属丝成一定角度均匀分布。

从线簧插孔剖切图看，线簧插孔形成两端大中间小（喉圆）的单叶回转双曲面形状。

（2）插针插入线簧孔的状态

图1中左边的实心体为插针，当插入线簧孔时，高弹性金属丝被撑开，包裹在插针外。

（3）线簧插孔的受力分析及包络曲线

金属丝两端固定形成简支梁模式，其变形为：弯曲+拉伸，金属丝呈螺旋状包络在插针表面沿金属丝截切插孔插针截面，插针截面为一椭圆，椭圆长轴的大小取决于金属丝的倾角。如图2所示。

在工作状态下，线簧插孔具有最大接触面积。

4 线簧插孔性能分析

（1）线簧插孔的性能特点

接触电阻小、插拔柔和、抗振动、耐冲击、寿命长和可靠性高，失效率仅为10-8～10-9。线簧孔与开口孔主要性能对比如表1所示。

表1 线簧孔与开口孔的主要性能对比

（2）与端接方式的配合

电连接器通常采用的端接方式分为钎焊、绕接和压接。当前航空连接器最常用的端接方式为钎焊和压接。

线簧孔接触对与电线或电缆的连接方式通常采用压接方式，压接方式是几种端接方式中最优选的方式，大大提高了连接器的可靠性，保证了信号传递的高保真性。

（3）线簧结构电连接器的特点

双曲面线簧插孔的结构由前外套、衬套、高弹性线簧丝和后外套构成。它是采用并联失效模式原理而设计的具有多路传递的插孔：将多根独立的高弹性金属线簧丝通过斜槽芯棒，在衬套中与衬套的轴向形固定在衬套的两端上，前、后外套滚铆在衬套上。设计时使线簧丝所形成的双曲面最小包络直径（即喉圆）小于所配插针的直径。当插针插入时，线簧丝在径向和轴向都发生弹性变形，插针即与线簧孔中多根独立的线簧丝同时接触，构成多个独立的电流通路。即使插孔中的个别线簧丝断裂，线簧孔仍能构成有效的电流通路。由此可以看出其具有插拔力小、接触电阻小和可靠性高等特点。

5 双曲面线簧孔电连接器的应用

在各种铁路信号装备中，电连接器的用量较大，而车载设备使用电连接器除了要满足一般的性能要求外，还特别要求电连接器必须达到接触良好，工作可靠，维护方便，其工作可靠与否直接影响车载电路的正常工作，涉及整个机车的安危。为此，车载设备上大量使用航空连接器，近年来逐步改用了双曲面线簧孔电连接器。以XC系列圆形为例，已大量运用于机车信号设备中，如在主体化机车信号车载设备上作为主要连接部件，经多年实际使用从未出现过因连接器接触不良的故障，且运行良好。除高速运行的机车车载设备上运用双曲面线簧孔电工连接器外，地面信号设备也已把它作为首选连接器使用。

6 结束语

综上所述，电连接器种类繁多，但都有各自的长处和短处,应根据不同的需求和其参数，正确选择所使用的电连接器。根据铁路通信信号产品安全性和可靠性的要求，在产品设计时尽量选用高安全性和高可靠性的电连接器产品，如双曲面线簧插孔电连接器，由于其固有的特性，使线簧式电连接器具有接触电阻低、插拔力小、机械寿命高、抗振动冲击等优点，特别适合铁路通信信号设备使用，以保证高速列车的安全运行。

[1]高金龙．高可靠线簧式电连接器[J]．电子机械工程，2000（1）：38-41.