某型动车组受电弓绝缘软管接头漏风原因分析及改善.docx

1一/1■弓 UEJM： 2T3I烁3-nSfllkK 5- 応亡甲：■■: i—KUH: k ADULfeKM ： 11—l±—.l£Hi k«H： iWfeM-M .某型动车组受电弓绝缘软管接头漏风原因分析及改善摘要：受电弓是从接触网向整个列车电气系统供电以及输送再生制动能量的 重要部件，是机车行驶的有力保证受电弓绝缘软管接头是连接车顶气路与受电 弓气路的关键部件，若绝缘软管接头产生漏风将可能导致受电弓无法升弓，轻则 运行延误，重则造成运行安全事故本文通过对运行过程中绝缘软管接头漏风情 况进行原因分析，提出两个改善优化建议，确保机车安全运行关键词：某型动车组；受电弓；软管接头引言某型动车组是根据中国铁路总公司运输和经营发展要求，旨在提高既有线铁 路运输服务品质，充分利用既有线路运输资源和既有客车、机车的检修资源，依 托某型电力机车和既有某型客车技术平台研制的一款能够满足中国城际铁路、普 速线路及客运专线使用环境运营要求的动车组而受电弓是接触网与车体的重要 连接部件，通过绝缘子安装与机车车顶上，受电弓的升降都是通过气路进行控制, 整个气路一旦出现漏风，将直接导致受电弓无法正常工而产生严重的后果。

1某型动车组受电弓简述某 型动车使用的是TSG20型受电弓（如图1），升 弓的气动原理如下：当升弓信号发出时，压缩空气由升 弓电磁阀，依次经过气阀板的过滤网，单向节流阀（升 弓）、调压阀、单向节流阀（降弓）、安全阀、车顶绝 缘软管，进入受电弓升弓气囊，使受电弓升弓虔3绝络今首实武卫蓋每架受电弓配有两根绝缘软管，由软管、管接头等零部件组成，绝缘软管一端安 装在顶盖上，一端安装在受电弓上如图3其中序1为车顶进气口，序2为车顶 ADD反馈口，序3为受电弓进气口，序4为受电弓ADD反馈口2受电弓绝缘软管接头构造某型动车受电弓绝缘软管与车体和受电弓 的连接处由软管、螺帽、端面、垫圈组成，绝 缘软管及垫片外形及接口尺寸如图4和图5：绝缘软管外径13mm，前后端各带有金属头端面，端面的孔直径大小为6mm，螺帽六角对边s=27，螺帽与金属头端面可以分离并可以在软管方向移动，垫圈外径 18.5mm，内径12mm，顶盖上为一段内螺纹通孔，上部与绝缘软管螺帽连接，下部 与不锈钢管的螺纹接头连接在安装时，先安装顶盖下部不锈钢管路，将管接头 拧入顶盖上内螺纹通孔，再将密封垫圈放入，最后将绝缘软管的螺帽与顶盖内螺 纹紧固达到极限位置，与顶盖连接端就算完成，接着同样的方式与受电弓的相应 反馈口连接好即绝缘软管安装完成。

€1/2r水罪J.h團H密封囲外形忌接口尺3漏风原因分析3.1某型动车受电弓绝缘软管密封原理塑-IT素苗 塑k工崟上从受电弓绝缘软管密封原理上进行分析，密封面由于存在粗糙度，不绝对平 行，密封面载荷在圆周方向并不均匀为了弥补这种不均匀的载荷和相应的变形, 在两连接件密封面间放入一垫片，使适应密封面的不规则性，绝缘软管接头是通 过螺纹连接将依靠端面、极限位置端面与垫圈的接触面相互紧密贴合，压紧垫片 使其产生塑性变形，填平密封面的微小凹凸不平，以实现密封泄漏的基本条件为接触面上存在 间隙，接触面两侧的压力差（浓度差）是泄漏的推动力，就垫片而言，通常密封流体在垫片结合处的泄漏有三种 情况，如图7所示：①界面泄漏 ②渗透泄漏 ③吹出泄漏Li 7垫「石弓泄屁E两连接表面从机械加工的微观纹理看,存在粗糙度和变形的问题，它们与垫片之间总是存在泄漏通道，由此产生的泄漏 叫界面泄漏，占总泄漏量的80%-90%；对于非金属材质的一类垫片而言，本身就 存在的微小细缝或细微的毛细管，具有一定压力的流体自然就容易通过它们渗漏 出来，由此称为渗透泄漏，占总泄漏量的10%-20% ；当夹紧垫片的总载荷因为各 种原因减少到几乎等于作用在接头端部的流体静压力时，就会导致了密封圈的分 离，若增加流体压力，则会对机械完整性很差的垫片将其撕裂，引起流体大量泄 放，此为吹出泄漏，属于一种事故性泄漏。

从本次受电弓绝缘软管接头批量漏风来看，漏风后垫片机械完整性并未发生 撕裂破损等明显恶化现象，因此初步排除产生了吹出泄露，主要为界面和渗透泄 露3.2接头密封面材料分析某型动车受电弓绝缘软管接头有两种形式，一是采用不锈钢金属平垫片和聚 四氟乙烯垫片，二是仅采用聚四氟乙烯垫片金属平垫片结构简单，强度大，但 不适合温度和压力波动较大的场合，多用于靠紧固件压紧垫圈达到预紧并保证工 作时也能密封聚四氟乙烯为高品质密封材料，具有良好的压缩回弹性能和抗蠕 变松弛性能，应用范围广两种形式的软管接头螺帽及车体连接处都是不锈钢材 质，与金属平垫片材料相近金属垫片分子结构紧密，气体不易产生渗透，但在 受挤压时不易产生形变填补平面的微小间隙；而聚四氟乙烯回弹能力较好，能够 补偿在介质压力下紧固系统的变形绝缘软管在现场进行组装时并未要求紧固软 管接头所需多大力矩，若以同样大小的力矩对两种垫片在密封时，金属垫片产生 的形变量与聚四氟乙烯会有一定区别在段反馈两种软管接头形式均产生漏风 拆解后分析，绝缘软管接头在极限位置时，仅采用聚四氟乙烯垫圈，垫圈虽然被 压缩但厚度仍然不够，导致无法密封完全；当有不锈钢垫片存在时，车体安装座 的尺寸精度难以控制，安装时存在平垫圈未压平的现象，导致接触面无法紧密贴 合，产生界面泄露。

3・3漏风形成分析机车经过整合气密性调试试验，并未发现存在漏风的现象，而在段运行一段 时间才暴露这个问题在进行气密性试验时，垫片已被挤压一定形变，在静态条 件下能够保持密封的状态但机车行驶过程中，绝缘软管受到的各项振动将保持 密封状态的垫片产生界面泄露在绝缘软管完好的情况下，软管接头漏风的通道有两个如图8：①通过螺帽 外螺纹面，②通过螺帽内径面通过螺帽外螺纹面漏风螺帽外螺纹与车体顶端内螺纹连接至接头端面到极限位置，四个接口连接状态尺寸如表 1表 1 绝缘软管连接尺寸图从表中可看出，每个螺帽在连接时尺寸均符合要求，但车顶端的螺纹深度要 比受电弓端浅，从车顶连接处看（图 9），车顶内螺纹末端有约 2mm 的倒角，垫 片放入孔内存有空隙，螺帽的外螺纹与车顶孔的内螺纹都是普通螺纹，安装时所 刷的螺纹密封胶也未能起到很大作用，当进入升弓状态时，垫片产生界面泄露，即车顶淫接乱气体将从垫片与车顶内螺纹间的空隙向上走，在车顶连接孔的倒角处释放，形成 泄露因有螺纹面的阻碍，这个通道形成的泄露量较小1.通过螺帽内径面漏风接头螺帽内径比软管外径稍大且可在软管上滑动，当螺貌紧死处于极限位置时，两者之间的间隙依然存在，当垫片上下两个 连接面出现泄漏时，两圆柱面面之间没有阻碍，气体将直接通过圆柱面的间隙释 放，导致软管内压力大幅度下降，这个通道的泄露是绝缘软管接头漏风的主要通道。

4改善优化方案通过对绝缘软管接头的密封原理、密封材料以及漏风通道分析，针对漏风的整个现象，可从以下两个方面对漏风加以改善：4.1从材料上进行改善两种绝缘软管接头均因垫片而产生泄露，因此可在不改变绝缘软管接头的结 构和密封方式上看，可将已出厂及正在生产的某型动车上的绝缘软管接头垫片全 部更换为组合式垫圈，未生产的某型动车绝缘软管接头物料也进行相应的更换 组合式垫圈，是由橡胶圈和金属环整体粘合硫化而成，是用来密封螺纹和法兰连 接的密封圆环，受载后主要依靠橡胶的变形而引成密封条件，阻止界面泄露抗 压力波动性及压缩回弹性能良好，长期密封性安全可靠，对介质有很好的适应性, 适用于中高低温、中高压设备及管线法兰的密封，也是机动车排气管用垫片的首 选4.2从密封方式上进行改善匡I!茶星机丰耳电第左某型的绝缘软管接头密封方式为垫片密封，依 靠垫片的形变填补接触面上的微小不平，相比某型 机车软管接头而言，长久密封性稍差某型机车软 管接头结构如图12：采用卡套式接头，卡套在车下预装过程中，内 刃口嵌入钢管外壁，在钢管的外壁形成了一圈均匀的隆起，从而达到密封的效果，进一步拧紧螺母，使卡套中部稍微凸起，产生弹 性变形，弹性应力使卡套右端面与螺母锥面产生摩擦力，可以防止螺母松动，弹 性变形部分可吸收管道中的振动。

接头螺纹为锥螺纹，安装时在569密封胶固化 后的作用下，内外两螺纹连接面能紧密贴合，防止气体沿螺纹面泄露卡套式接 头结构简单、密封性能可靠、使用方便、制造精良、外形轻巧美观，且不用加垫 圈、不用焊接、节省材料、反复装拆性能好某型机车作为一款成熟货运机车， 最高运行速度120km/h，在行驶过程中所受到的振动摇摆较大，但也从未出现过 受电弓绝缘软管接头批量漏风的情况，在后续生产某型动车当中，可对密封方式 进行设计更改，将卡套式密封方式参考运用到受电弓软件接头当中，以解决漏风 的问题总结根据在段运行的某型动车受电弓绝缘软管接 头批量漏风的情况，先对受电弓升弓原理以及绝 缘软管安装位置进行简述，接着对其结构进行分析，从密封原理上，密封材料以 及漏风的形成上进行深入了分析，从而得到两条改善方案：从材料上进行更换， 使用弹性性能更好的垫片；从密封原理上进行改进，可参考使用主型车某卡套式 接头进行密封，结构简单，性能稳定两个方案可为后续动车生产提供一定的参 考参考文献[1] 彭瑞刚•动车组受电弓风管故障分析与改进措施J]•上海铁道科技.2017(02):67-69.[2] 钱科娅.轨道交通空气管路系统管接头泄漏分析[J].机电信息.2014(18):44-45.[3] 周琦荣•压力容器、管道的垫片标准分析及发展应用探讨[J].安全、健康 和环境.2018,(07):78-81.8中车株洲电力机车有限公司。