胶管压接结构对温度传感器抗振性能的影响

夏启 魏婷

（湖南联诚电气科技有限公司，湖南 株州412000）

1 概述

动车组轴箱温度传感器的安装情况见图1，传感器探头安装在轴箱上，电缆保护管- 胶管通过绑扎带固定在转向架上，其在轴箱上无固定点，轴箱和转向架中间有缓振装置，因此轴箱和转向架的振动情况不同，两者之间胶管会存在抖动和弯折的情况，胶管固定压接位置与转向架的固定点之间距离较短，抖动和弯折会传递到胶管压接位置，该位置应力集中，在长期的抖动和弯折的情况下存在胶管开裂的风险，影响到胶管的使用寿命。

图1 产品安装图

动车组轴箱温度传感器的作用为采集轴箱的实时温度。当被测部位温度超过报警阈值时监测系统报警。电缆保护软管的作用为保护和支撑电缆，防止动车组高速运行时沙石的冲击和剧烈晃动，如软管断裂会导致温度传感器电缆失去支撑而出现剧烈抖动，从而导致电缆断裂，传感器失去信号出现误报警，影响动车的安全运行。通过对产品的安装及运行情况的分析，主要的风险点为探头的压接位置，因此进行压接结构对胶管抗振性能的影响研究很有必要，能有效提高动车组温度传感器的使用安全，确保动车组安全运行。

2 温度传感器的结构及胶管压接原理分析

2.1 温度传感器的结构

温度传感器外形结构如图2 所示，胶管通过压环压紧，并在距压环端面10～50mm 位置处吹缩了标识管。

图2 温度传感器外形结构图

2.2 胶管压接结构

胶管压接部位的结构简图如图3 所示，电缆在探头的出口位置采用压接固定，同时该压接位置用来支撑胶管内壁，套上胶管后外面再套一个金属压环，并用8 芯的模具对金属环进行压接，压接时压环左端胶管伸出2mm 左右，胶管受压后会向两端挤压变形，从而在压环左端的端部形成一个喇叭口，防止胶管脱出。

图3 产品结构简图

3 有限元计算分析

胶管的应力集中位置为压环压接端面，是否可以通过改变图3 中L1 的长度来缓解胶管的应力集中情况，要对不同的L1长度进行有限元分析。

3.1 模拟结构假设

分析软件：ABAQUS 6.13-1；网格类型：橡胶为C3D8H，金属和尼龙（代替热缩套管）为C3D8R。建模时，胶管在压接端部的径向预压缩未被考虑，因为若考虑分析过程会太过复杂，计算无法进行；故该模型假设压环及内套端部与胶管只是绑定结构。

3.2 模拟结构

模拟分析4 种内套端面与压环端面之间的尺寸，具体尺寸见表1，模型示意图见图4。

表1 模型尺寸参数表

3.3 分析结果

通过有限元分析，内套与外套端面距离在3mm 的时候所受应力和应变最小，结果见表2。

4 寿命研究试验验证

图4 模型示意图

表2 最大应力应变值列表

经以上分析，内套端面与外套端面距离与产品抗折弯能力有明显关系，在设计时须充分考虑，为寻找最优尺寸组合，结合有限元分析结果制作多组样件进行长寿命研究试验，试验情况如下：

4.1 试验样件

试验样件简图如图5 所示，试验样件尺寸和分组数量见表3。

图5 试验样件简图

表3 试验样件尺寸和分组数量

4.2 试验模型

试验由专用的设备配合定制试验工装，将3 组9 根试验样件同步进行试验，试验模型简图如图6 所示，胶管按照模型简图方式安装，沿导轨做往复运动，直至胶管开裂，记录往复弯曲次数。

图6 试验模型简图

4.3 试验结果

通过50 万次弯折试验，L3 在2.5-4.5 之间的6 根样件均未开裂，L3 在0.5-1.5 之间的3 根样件均发生了开裂，开裂时的弯折次数在14 万以下，具体试验结果见表4。

表4 试验结果

5 结论

根据以上分析验证及寿命研究可以看出，压接外套长度和（胶管内）压接内套超出外套距离对于胶管弯曲疲劳有较大的影响，采用合理的扣压结构设计对胶管的抗折弯性能有明显提升。