线束防护在铁路车辆产品上的应用综述.pdf

第 43 卷第 4 期2023 年 8 月铁 道 机 车 车 辆RAILWAY LOCOMOTIVE&CARVol.43 No.42023Aug.线束防护在铁路车辆产品上的应用综述张超1,2，马强1，陈文佳1,2，陈令仪1,2，康旭1,2（1 北京纵横机电科技有限公司，北京 100094；2 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 100081）摘 要 文中首先介绍了线缆线束在铁路行业车辆产品上的重要作用，然后介绍了线束在应用过程中如果与金属构件接触、有干涉的情况下缺少防护，产品长时间运行，尤其在恶劣的运行环境和复杂工况下，可能会出现线束外皮磨损、磕碰、划伤等问题，会给产品带来质量和安全隐患。通过介绍几种常用的线束防护形式、应用的场合、优缺点对比，为产品在应用过程中的防护选择提供参考。同时针对每种防护形式，综合考虑后对每种防护方式推荐了常用的材料，并对材料性能进行了说明。关键词 线束防护；线束应用；防护材料；铁路车辆中图分类号：U270.38 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2023.04.06随着国家经济的飞速发展和城市化进程的加快，我国轨道交通行业发展迅速，车辆电子电气产品的安全性能要求也随之增高。线缆、线束产品作为机车车辆产品中的电路网络主体，连接电气电子部件，担任着电磁能量转换和信息传输的重要职责，对线缆线束在使用过程中进行防护已成必然。在铁路行业布线规则中，提出了电线电缆出入线槽、线管以及穿过金属隔板的孔、口时应加以防护的要求1。对线缆线束进行防护的形式有很多种，文中通过列举一些在铁路行业车辆产品布线 过 程 中 常 用 的 几 种 线 束 防 护 方 式 及 常 用 的 材料，为线束产品在使用过程中进行必要的防护提供一些参考。1 线束防护的作用 线束在使用时如果与金属构件产生干涉而未进行防护，由于产品运行时间长，运行环境和工况复杂，可能会出现线束外皮磨损、磕碰、划伤等问题，存在质量和安全隐患。线束如果被破坏，轻则对应的功能失效，重则可能造成短路而引起自燃。在铁路车辆运行的过程中，如果出现线束破损，信号通讯异常，可能导致列车的重大故障，甚至造成人员伤亡，带来严重的经济损失2。所以线束的防护是必不可少的。2 线束防护的应用方式及特点 线束在应用过程中有多种防护形式，每种防护形式适用于不同的防护部位。当线束裸露在产品内部时，可根据线束本身的使用功能及安装位置情况进行选择。主要有开口缠绕管和螺旋缠绕管几种防护形式，如图 1、图 2 所示，均可以起到对线束包裹固定、耐磨、阻燃的作用。图 1开口缠绕管文章编号：1008-7842（2023）04-0035-07引用格式：张 超,马 强,陈文佳,等.线束防护在铁路车辆产品上的应用综述J.铁道机车车辆,2023,43(4):35-41.第一作者：张超（1987-）女，助理研究员（修回日期：2021-11-01）通信作者：马强（1985-）男，工程师铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 2.1缠绕管防护方式以动车组 CR300BF 牵引变流器举例，其内部信号线束在布线过程中需要将其固定到金属线缆夹上，防止其晃动。此信号线束只有 12 根线缆组成，线束直径较细，可在其外部缠绕后再捆绑到线缆夹上，避免与金属线缆夹直接接触造成线缆外皮摩擦破损的情况，如图 3 所示。螺旋缠绕管适合用于对可能活动的线束进行包裹，或者是在不适合布设线槽的空间中使用，提供非常好的防磨保护。螺旋缠绕管之间可以分开或连接，且套管中的线缆是可见的；但是对于较长的线束，安装螺旋缠绕管时效率较低。开口缠绕管具有快速安装及拆卸的特点并有专门配套的使用工具，电缆可以在任何点分支，如图 4 所示，以实现更好、更灵活的保护。相对于螺旋缠绕管，开口缠绕管由于有配套的穿线工具，所以穿线效率得到大大提高。2.2编织套管防护方式常用的编织套管有开口编织套管和闭口编织套管 2 种，如图 5、图 6 所示。它适合于包裹电器内部 的 线 束，具 有 较 好 的 耐 磨 性，并 且 便 于 电 缆 散热。开口编织套管在使用上更加灵活，可以在完成插头安装，甚至完成接线后再对线束进行防护，开口有利于线束的改装、保养和检修。闭口编织套管必须在接线前安装，由于闭口编织套管在径向 上 具 有 伸 缩 性，所 以 可 以 用 于 不 规 则 线 缆 的防护。以 动 车 组 CR300BF 牵 引 变 流 器 产 品 举 例，TCU 线束由多根线缆捆扎而成，线束直径较粗，可考虑线束外部缠绕编织套管后用扎带捆扎到箱体预留的各个布线位置点，如图 7 所示，以避免线束与箱体直接接触磨损线束外皮的风险。线束用编织套管防护后，其末端需要用扎带、图 3螺旋缠绕管应用图图 4开口缠绕管应用图图 5开口编织套管图 6闭口编织套管图 2螺旋缠绕管36第 4 期线束防护在铁路车辆产品上的应用综述捆带、热缩管等固定，固定后的编织套管不能自由滑动，为了防止末端松散，编织网管的端头可采用反折、热封刀封口等工艺进行处理。与缠绕管相比，编织套管能够提供更好的机械防护和更好的散热条件。不仅如此，编织管还具备很好的可伸缩性，它可以适应外形不规则的电缆。2.3扎线杆上的防护方式一般在布线路径中需要通过的扎线杆、板或电缆支架，各棱角处应对电缆进行隔离防护，且扎线杆的所有长度应用防护材料进行叠绕。扎线杆的 防 护 方 式 一 般 采 用 橡 胶 护 套 或 者 非 金 属 波 纹管、开口缠绕管等缠绕在扎线杆上，然后将线束用扎带捆扎在扎线杆上，如图 8、图 9 所示。以 动 车 组 CR300BF 牵 引 变 流 器 产 品 举 例，TCU 室部分线束在走线过程中需要将其捆扎到邻近的扎线杆上，以防线缆在箱体内部晃动造成连接 器 端 插 针 松 动 等 隐 患。而 扎 线 杆 为 不 锈 钢 材质，与线缆直接接触无缓冲的情况下，长时间相对摩擦会有线缆外皮磨损的隐患，故选择在扎线杆上增加防护。可以选择在扎线杆上安装橡胶护套或者波纹管，均可以起到防护的作用，如图 10、图11 所示。橡胶防护套在安装时开口须朝不可见方向，同时保证开口为一条直线，不得出现扭曲；橡胶护套应完全粘到扎线杆上，不得出现空鼓、边缘粘接不牢、起皮问题；安装线束捆绑扎带后，护套不得出现折皱问题。非金属波纹管选择时规格与线径要与扎线杆的直径正确匹配，安装后无扭结、压痕、裂缝，管套末 端 无 锋 利 的 边 缘 或 毛 刺，接 口 处 朝 内 部 不 可见侧。2.4边缘防护方式边缘防护常用的有齿形边缘防护和 PVC 边缘防护形式，如图 12、图 13 所示。可根据需要剪裁到图 7编制套管应用图图 8非金属波纹管图 9橡胶护套图 10扎线杆上安装波纹管图 11扎线杆上安装橡胶护套37铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 合适的长度，安装到需要防护的位置。一般在机箱的过线孔、棱边位置，可以考虑采用以上的防护方式来保护穿过的线缆。以城轨制动控制装置产品举例，电连接器线束从机箱壳旁的线槽中穿过，若线束与线槽直接接触，车辆在运行过程中处于振动状态，长期使用线缆表皮不可避免会造成磨损，因而必须将线槽边 缘 进 行 防 护。此 时 可 采 用 齿 形 边 缘 防 护 或 者PVC 边缘防护安装到机壳外侧，均可以起到防护线束的作用，如图 14、图 15 所示。边缘防护在安装时需要注意：（1）使用 PVC 边缘防护时必须将 U 形开口一端完全卡进结构件棱边位置并用力按实，端头不得有弹簧芯露出，如有露出可用尖嘴钳将露出的弹簧芯整片摘出。（2）齿形边缘防护可根据需要用胶水粘接，以加固安装效果；防护的接头位置需要贴紧，不得有明显接缝痕迹。2.5螺栓头部的防护方式六角帽使用聚乳酸（PE-LD）材料，使用温度范围一般在-4080。对于走线时线束与螺钉、螺母有干涉的位置，可以安装六角帽防止线束与金属紧固件的直接接触，如图 16 所示。以长客 250 公里项目牵引变流器产品举例，接地检测电阻安装板通过紧固螺栓将其紧固到机箱上。线缆的布线路径中必须经过此安装螺栓连接到下面的产品上，此时可以采用六角防护帽扣在螺 母 上，避 免 螺 母 与 线 缆 直 接 接 触，划 伤 线 缆 表皮，如图 17 所示。六角帽按照螺母规格进行选型，六角帽的可图 12齿形边缘防护图 13PVC 边缘防护图 14机壳边缘安装齿形防护图 15机壳边缘安装 PVC 防护38第 4 期线束防护在铁路车辆产品上的应用综述选型范围非常广泛，从 M4M45 的螺母都有对应的六角帽匹配，如图 18 所示。3 线束防护的常用材料 在选择线束防护材料时，主要考虑产品的阻燃性、耐疲劳性及耐摩擦性等。本节分别针对上节提到的防护方式，综合考虑后推荐可以满足要求的材料。3.1缠绕管的的防护材料缠绕管通常使用尼龙（PA6）材料。尼龙 6 学名聚已内酰胺，半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，工作温度通常可在 80100。其具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性。尼龙作为大用量的工程塑料，其主要特点见表 1。图 16六角帽图 17六角帽应用图图 18六角帽的选型手册（部分节选）表 1尼龙材料的主要特点序号1234567特点力学性能好耐疲劳性好耐摩擦性好耐热性好耐候性好耐腐蚀性好易吸水详细描述韧性好，有较高的抗拉、抗压强度制件经多次反复屈折仍能保持原有机械强度尼龙具有很好的自润性，摩擦系数小如尼龙 46 等,高结晶性尼龙的热变形温度高,可在 150 下长期使用，PA66 经过玻璃纤维增强以后,其热变形温度达到 250 以上无毒、无臭、耐候性好,对生物侵蚀呈惰性，有良好的抗菌、抗霉能力耐碱和大多数盐液，还耐弱酸、机油、汽油，耐芳烃类化合物和一般溶剂吸水性大，一定的程度上影响尺寸稳定性和电性能，特别是薄壁件增厚影响较大；吸水亦会大大降低塑料的机械强度。选材时应考虑使用环境39铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 在缠绕管选型时可参照产品的材料规格书确认产品的材料、阻燃性、应用条件是否符合选用要求，然后再进一步选择合适的型号。3.2编织套管材料选择编织套管也称编织网管，一般使用聚酯纤维材料。聚酯纤维 PET 在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达 120，电绝 缘 性 优 良，甚 至 在 高 温 高 频 下，其 电 性 能 仍 较好，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好，但耐电晕性较差。其主要特点见表 2。3.3扎线杆上的防护材料选择橡胶护套是一种开口的 EPDM 橡胶管，可以安 装 到 扎 线 杆 上 进 行 线 束 防 护。三 元 乙 丙 橡 胶EPDM 是一种通用合成橡胶，有完全的饱和性及高度的柔顺性，优异的化学稳定性和耐老化性，抗冲击弹性和耐高低温性能也非常突出。作为密封材料、绝热材料以及减振材料，EPDM 被广泛运用于汽车、建筑工程等各个领域。其主要特点见表 3。非金属波纹管其材料一般为尼龙 6（PA6），非金属波纹管耐磨性好、耐冲击、耐化学溶剂、工作温度范围宽。非金属波纹管可搭配管接头使用，可满足防水防尘要求，一般可达到 IP66 等级。3.4边缘防护材料选择齿形边缘防护一般使用尼龙 6 材料，其具有较好的抗振性和耐磨性，可有效保护任何形式的线缆。其适用于不同形状和尺寸的开孔位置，无需工具或黏合剂即可安装，可根据实际情况剪切到合适的长度进行安装。PVC 边缘防护外部采用的是聚氯乙烯复合物，改性 PVC 经过高温硫化加工而成，内部每隔一段就安装有钢制弹簧芯，相比齿形边缘防护更加坚固耐用。4 结论 线缆线束作为输电、变电、电能采集、电气控制或系统监控的重要媒介3，线缆破损后会影响产品的功能，造成不同程度的故障，因此线缆的防护也成了必不可少的需求。文中根据铁路车辆上线缆线束的不同使用位置，推荐了几种可行有效的防护方式。同时也在文中针对每种防护方式推荐了一种可以满足耐磨、阻燃等防护要求的材料，为线束线缆防护的选择上提供了一些参考。参考文献1 国家铁路局.铁道客车配线布线规则：TB/T 17592016S.北京：国家铁路局，2016.2 赵成龙，滕衍靓，齐作香.城轨车辆电气电缆线束防护简论J.水电建设，2017，19（5）：52.3 中华人民共和国铁道部.铁路车辆 机车车辆布线规则：TB/T 31532007S.北京：中华人民共和国铁道部，2007.表 2聚酯纤维材料的主要特点序号123特点力学性能好耐热性好耐腐蚀性好详细描述冲击强度高，耐折性好可在 120 温度范围内长期使用，短期使用可耐 150 高温，可耐-70 低温，且高、低温时对其机械性能影响很小耐油、耐脂肪、耐烯酸、稀碱，耐大多数溶剂表 3EPDM 材料的主要特点序号12345特点耐老化性好耐候性能好耐腐蚀性好电绝缘性好低温性能好详细描述EPDM 有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性EPDM 能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用对各种极性化学，如：醇、酸、强碱、氧化剂、洗涤剂、动植物油、酮和某些脂类均有较大的抗耐性具有非常好的电绝缘性能和耐电晕性。有较高的弹性，温度可达-50 或更低。40第 4 期线束防护在铁路车辆产品上的应用综述Application of Wire Harness Protection in Railway Vehicle ProductsZHANG Chao1，2，MA Qiang1，CHEN Wenjia1，2，CHEN Lingyi1，2，KANG Xu1，2（1 Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Co.,Ltd.，Beijing 100094，China；2 Locomotive&Car Research Institute,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,Beijing 100081,China）Abstract：Firstly,this paper introduces the important role of cable harness in vehicle products of railway industry,and then introduces the influence when the harness contacting with metal components in the process of application,after the product runs for a long time,especially under harsh operating environment and complex working conditions.The harness skin may be worn,bumped,scratched and so on,It will bring hidden dangers to product quality and safety.By introducing several common harness protection forms,application occasions,advantages and disadvantages,it provides a reference for the protection selection of products in the application process.At the same time,common materials are recommended for each protection mode after comprehensive consideration,and the material properties are described.Key words：harness protection；harness application；protective material；railway vehicle41