天天日报丨研究丨基于加速退化试验的车端连接器寿命评估方法
电连接器要求在各种恶劣的环境、各种苛刻的条件下可靠地沟通电路、传递信息、实现特定的功能,其可靠性直接影响到系统能否可靠地工作,由于电连接器的失效而导致系统故障的事例时有发生。YH400系列连接器主要用在动车组间主电路、辅助电路跨接连接,已大批量在CRH2系列动车组、CRH6系列动车组、CRH380系列动车组装车运用,其失效时有发生,本文对YH400-G50型车端连接器进行寿命评估。通过分析连接器线上使用故障情况,确定其主要失效是由于密封失效导致。对连接器及关键部件进行高温加速寿命试验,确定O型密封圈为连接器最薄弱部分。以连接器的温升作为特征参数,按照使用温度为65℃,预测其使用寿命约15.7年,根据Arrhenius模型,计算连接器的激活能为0.71eV,为同类型连接器加速试验提供一种参考方法。
(相关资料图)
作者
:
昝海斌1,卢一鹏2,杨存平2,杜胜杰3,徐立立3,吴超云
单位:1.成都中车四方所科技有限公司;2. 资阳中车电气科技有限公司;3.广州广电计量检测股份有限公司
简介:昝海斌,教授级高级工程师,主要研究方向为电连接系统设计与开发。
寿命试验方案
根据连接器的使用环境,确定对连接器影响最大的环境应力,并通过收集连接器在线上使用过程中出现的故障,分析其故障模式,确定其主要的失效模式。
01、故障模式分析
车端连接器最长运行时间已超过10年,其运行过程中,主要出现的故障模式如表1所示。
表1连接器的典型失效模式
经分析研究,其中连接器脱落主要是因为在维护保养过程中,操作不当而造成,属于非责任故障,因此不作为本次研究的主要故障模式。本项目对连接器的密封失效、绝缘失效及接触对连接失效三种故障模式开展寿命评估研究。
02、环境影响分析
经统计分析,该型车端连接器的外部使用自然环境因素包括:
1)环境温度范围-55~+70℃;
2)环境相对湿度95%以下 (该月月平均最低温度为25℃);
3)海拔高度不大于2500m。
车辆运行环境因素包括:
1)机械振动冲击环境作用;
2)湿热环境作用;
3)电应力环境作用。
根据电连接器的主要故障模式,主要为烧损类故障及插针镀层氧化,此类故障多由于连接器密封失效导致水汽侵入、绝缘电阻降低、接触电阻变大等现象,从而产生放电、烧损等现象。考虑温度对连接器尤其是密封件、绝缘件影响较大高温环境下易加速此类密封件与绝缘件老化,因此本项目将温度应力作为主要的加速试验的应力。同时,由于振动冲击等机械应力对与连接器的结构破坏较大,有可能造成连接器脱落,但从车辆运行的故障统计来看,此类的故障模式极少概率发生,并且型式试验过程中已经考核了振动环境对连接器的影响。因此在连接器寿命试验方案设计时,主要考虑温度环境对于连接器性能的影响,兼顾振动应力对产品寿命的影响,采用施加多应力的方式加速连接器失效。
连接器寿命研究
01.试验样品情况及试验方案设计
通过调研被试品主要组件的温度耐受范围确定连接器的高温老化试验温度不超过125℃。结合连接器规范中规定的高温工作温度,确定高温加速试验的三个应力分别为125℃、115℃、105℃。结合振动及插拔次数要求,确定以表2为试验方案,YH400-G50型连接器及关键部件按照表3进行高温老化试验。
每个周期老化、振动及插拔结束后,按以下要求对被试样品进行性能测试:
1)连接器检测顺序按照外观及结构—外壳防护—接触电阻—温升—绝缘电阻—耐电压;
2)电缆密封衬垫样件、O型密封圈样件检测顺序按照:外观—硬度—拉伸(按照表2要求送样至广电计量)。其中,硬度测试位置在拉伸样件的两端进行;
3)插头绝缘台检测顺序按照:外观—击穿电压。
表2 YH400-G50 连接器试验
02.试验结果分析
1.关键部件试验结果分析
连接器关键部件随连接器进行了高温老化试验,试验情况如下:
1)O型密封圈(氯丁橡胶)在125℃、115℃、105℃老化一个周期后显著硬化,测试YH400-G50型连接器密封性(IPX7),样件全部漏水,密封失效;
2)密封衬垫硅橡胶标样,完成了125℃下1000h,115℃下1500h,105℃下2000h老化试验,硬度和拉伸强度均呈现增大趋势,测试结果均未超出初始值的30%;
3)插头绝缘台,完成了125℃下1000h,115℃下1500h,105℃下2000h老化试验,硬度及击穿电压随老化时间延长变化不明显,性能相对较稳定;
基于关键部件的试验结果分析,确定O型密封圈为连接器最薄弱部件,密封圈硬化导致连接器密封失效,并以此推断,O型密封圈寿命在一定程度上可以等效为连接器寿命,因此建议在车辆检修过程中重点关注O型密封圈的状态及时更换。此型号O型密封圈使用材料为氯丁橡胶,因在125℃下200h即全部硬化,连接器全部密封失效,其使用寿命相对较短,因此在其材料选型上建议考虑性能更优的材料。
2.连接器试验结果分析
在各应力水平下,样品的性能退化,根据试验方案假定同一温度下,连接器性能退化规律遵循线性退化规律,将测试数据使用以下公式进行拟合:
L
= m
t
+ b
(
1)
式中:
L——特征参数寿命;
t ——老化时间,单位为小时(h);
b——初始常数;
m——衰减系数。
按照线性拟合公式的一般形式,式(1)可以写成
y= m×x+ b(2)
根据式(1)和式(2)可知,y=L,x=1/t
式中:
n——拟合用测试数据的点数。
在线性拟合分析中,需要对x、y之间相关程度做出判断,这就要计算相关系数,如果r
2
越接近于1,表明拟合程度越好。该数值应在报告中给出。r的计算公式如下:YH400-G50型连接器更换密封圈后,完成了125℃下1000h,115℃下1500h,105℃下2000h老化试验,性能参数无失效。根据试验结果依据上述公式进行拟合,可以看出随着老化时间的延长,其接触电阻和漏电流变化不大,温升呈现明显增长趋势,如图1~图3所示,因此将温升作为YH400-G50型连接器的特征参数,分析其测试数据,进行寿命研究。
图1连接器接触电阻随老化时间变化
图2连接器漏电流随老化时间变化
图3连接器温升随老化时间变化
03.连接器寿命研究
1.加速模型
本文中选用Arrhenius加速模型。通过对连接器加速模型的外推得到其伪失效寿命数据,将其视为完全寿命数据,进行加速试验数据统计推断,采用威布尔分布的概率密度函数估计分布的未知参数以及加速试验的参数模型中的未知参数,给出了加速试验可靠性评估方法,并基于建立的可靠性统计模型,对系统在不同应力下的特征寿命进行可靠性评估。
高温加速老化符合Arrhenius加速模型:
式中:
v—反应速率;
A
0
—与材料相关的常数;E
a
—激活能(eV)T —试验温度(K);
k——玻尔兹曼常数(8.6173×10
-5
eV/K)由于特征参数的失效时间与反应速率的倒数成正比,因此公式(6)可以写成:
式中:
L—寿命;
A—常数;
为方便数据分析,将公式8两边取对数进行线性化处理,公式(7)可以写成:
式中:
a—ln(A)为常数;
b—E
a
/k。按照线性拟合公式的一般形式,公式(8)可以写成
y= m×x+n(9)
根据公式(8)和公式(9)可知,y=为寿命的对数,x=1/T为温度的倒数,m= E
a
/k,n= ln(A)为常数。2.寿命评估
通过随温升测试数据进行分析,考虑105℃在第4和第5周期性能测试环境改变,测试数据异常,因此只选取前3个周期测试结果(表3~表5)进行数据分析拟合,拟合结果见图4。以温升55K为截止点,推测三个温度下温升55K的截止时间如表6所示。
表3 连接器125℃下温升随老化时间变化
表4 连接器115℃下温升随老化时间变化
表5 连接器105℃下温升随老化时间变化
图4连接器温升数据拟合结果
表6 连接器寿命寿命预测结果
高温加速老化符合Arrhenius加速模型,寿命预测结果按照2.3.1节公式(8)~(10)进行数据线性拟合,拟合结果件表7和图5。
表8 连接器寿命预测结果
图5 连接器寿命分析结果
根据寿命预测结果进行数据拟合得到线性关系:
y=8248.1x-13.447,R
2
=0.9733 (10)根据上式确定m=E
a
/k=8248.1,YH400-50型连接器激活能Ea
=8248.1×8.6173×10-5
=0.711eV。考虑温升使用过程中,连接器通入大电流,连接器的连接部位处于高温使用环境,按照平均使用环境为65℃(338K)进行预估,即x=1/T=1/338,带入公式(10)中得出计算y=ln(L)= 10.9557,从而得出温升失效时间为L=57278h。按照连接器线上每天使用10h进行预估,则连接器的温升失效时间约为15.7年。
3.加速因子计算
根据Arrhenius 加速模型,计算高温环境下连接器参数退化的加速因子A
f
:
式中:
T—连接器使用温度,按开式温度338K(65℃)计算;
T’—加速温度;
E
a
—激活能0.711eV。将加速温度带入公式(11)中,得出398K(125℃)温度下的加速倍数约39.6倍,388K(115℃)温度下加速倍数约23.2倍,378K(105℃)温度下加速倍数约13.2倍。
结论
1)连接器激活能约为0.71eV;
2)以温升为寿命特征参量推测连接器性能失效时间:考虑温升使用过程中,连接器通入大电流,连接器的连接部位处于高温使用环境,按其工作状态平均温度65℃进行计算,其失效时间为57277h。按照连接器线上每天使用10h进行预估,则连接器的性能失效时间约为15.7年。
3)车端连接器中O型密封圈为其最薄弱部分,在车辆检修中应重点关注,同时在材料选型上建议选用性能更优的材料。
引用本文:
昝海斌,卢一鹏,杨存平,杜胜杰,徐立立,吴超云.
一种基于加速退化试验的车端连接器寿命评估方法
[J].环境技术,2022,40(03):74-79.
责任编辑:hnmd003
相关阅读
-
骁龙8155智慧芯片+ 24.6吋超大智慧曲面双联屏,瑞虎7 PLUS新能源成都车展首发
8月26日,瑞虎7 PLUS新能源在成都车展正式亮相。瑞虎7 PLUS新能源以超长续航、超强动力、超快充电三大...
2022-08-26 -
每日讯息!世茂建设:“20世茂06”债券展期通过 利息兑付延期一年
8月26日,上海世茂建设有限公司发布公告,披露公开发行2020年公司债券(第三期)2022年债券第一次持有人...
2022-08-26 -
世界头条:鲁商服务:上半年总收入约为3.24亿元 同比增加约20.1%
中国网地产讯8月26日,鲁商服务发布2022年半年度业绩报告。报告期内,集团总收入约为人民币3 24亿元,...
2022-08-26 -
新动态:市北高新:上半年归属股东净利润435万元 扭亏为盈
中国网地产讯8月26日,市北高新发布2022年半年度报告。报告期内,营业收入6 63亿元,同比增137 88%;...
2022-08-26 -
天天快报!曝财报·现场丨绿城中国耿忠强:股东应占核心净利近三年复合增长率达23.7%
8月26日,绿城中国举办2022年中期业绩发布会,公司管理团队介绍了绿城中国2022年中期业绩表现及未来发展...
2022-08-26 -
全球观速讯丨曝财报·现场丨绿城中国:有信心完成保底3100亿元的销售指标
8月26日,绿城中国举办2022年中期业绩发布会,公司管理团队介绍了绿城中国2022年中期业绩表现及未来发展...
2022-08-26 -
全球快讯:斯诺克北爱尔兰公开赛资格赛第三日:丁俊晖本赛季两连胜 晋级正赛的中国选手增至6人
北京时间26日晨,2022年斯诺克北爱尔兰公开赛资格赛结束第三日的较量。至此,2022年斯诺克北爱尔兰公开...
2022-08-26 -
天天新资讯:曝财报·现场丨绿城中国:上半年新获取地块质量更高 净利润接近10%
8月26日,绿城中国举办2022年中期业绩发布会,公司管理团队介绍了绿城中国2022年中期业绩表现及未来发展...
2022-08-26 -
全球看热讯:曝财报·现场丨绿城中国耿忠强:股东应占核心净利近三年的复合增长率达23.7%
8月26日,绿城中国举办2022年中期业绩发布会,公司管理团队介绍了绿城中国2022年中期业绩表现及未来发展...
2022-08-26
阅读排行
资讯播报
- 焦点简讯:曝财报·现场丨李骏:...
- 观热点:向山火逆行!帅!他们是...
- 世界速讯:前7月外送电量762亿千...
- 世界快资讯丨西门子工程咨询服务...
- beyerdynamic拜雅MMX100和MMX150...
- 美与健生活博览 2022 亚洲国际...
- 6年17座城,玛丽黛佳携“摩登中...
- 深入一线送新品,罗布泊新品技术...
- 预售价11.4万元起 还有5重惊喜...
- 湖南、西南地区吉盟珠宝高铁冠名...
- 大背景裹挟下人性与情感的纠葛 ...
- 优路教育:服务力量获正面反馈,...
- 湖南、西南地区吉盟珠宝高铁冠名...
- “贾宝玉”扮演者欧阳奋强补求婚...
- 国内循证医学数据首次发布:口服...
- 阿尔贝娜内墙涂料,迎接全力以赴...
- 速读:和讯曝财报丨海鸥住工:上...
- 环球热推荐:欧冠小组抽签出炉 ...
- 携程现场「空旅行音乐嘉年华」长...
- 世界观速讯丨和讯曝财报丨浙江永...
- 全球观点:8岁攀岩少年破纪录火...
- 环球实时:“半价”买新房?东莞...
- 当前资讯!和讯曝财报丨友邦吊顶...
- 【世界时快讯】信达地产:拟以约...
- 今日看点:和讯曝财报丨喜临门:...
- 天天快报!又有一城规定房企不能...
- 当前热点-人不负青山 青山定不...
- 环球快资讯:我国水运基础设施总...
- 热推荐:和讯曝财报丨梦洁股份:...
- 全球看热讯:和讯曝财报丨蒙娜丽...
- 焦点消息!早读拾光(8.26)丨上...
- 已成功孵化落地25家“硬科技”企...
- 从“宜居公园小城”逐渐升级 重...
- 有效降低运输造成的损耗与浪费 ...
- 环球关注:世联行集团首席技术官...
- 环球速递!中国男篮客场击败哈萨...
- 当前焦点!东百集团上半年净利润9...
- 全球热推荐:半年报速递|旭辉永...
- 每日信息:中集集团:由于审查面...
- 世界今日报丨半年报速递|绿城中...
- 全球热资讯!半年报速递|滨江服...
- 热头条丨世预赛:中国男篮68:56...
- 每日关注!结束第二个WNBA赛季 ...
- 时讯:现场人山人海、线上走向世...
- 全球热点评!和讯曝财报丨绿城中...
- 【热闻】和讯曝财报丨中国电建上...
- 【环球热闻】和讯曝财报丨大亚圣...
- 【焦点热闻】上海三批次集中供地...
- 环球速讯:亿达中国:2022年上半...
- 每日动态!德信服务上半年利润约8...
- 【当前热闻】和讯曝财报丨港龙中...
- 当前快播:德信服务:上半年收入...
- 环球讯息:皇庭国际:上半年实现...
- 全球热推荐:江苏:帮助更多中西...
- 消息!河南安阳:“四度”保障高...
- 世界消息!高铁时代谱写桂林经济...
- 通讯!汽车信息安全相关标准
- 即时焦点:羽毛球世锦赛:石宇奇...
- 视讯!助力冰雪运动四季拓展 ...
- 环球信息:绿城中国:上半年归属...
- “炎夏消暑”送清凉 昆仑山矿泉...
- 【新视野】【地评线】两江评 |...
- 环球动态:亚洲杯中国女排3:1逆转...
- 精选!港龙中国:上半年实现归属...
- 焦点关注:滨江服务:上半年实现...
- 前沿资讯!雅居乐:已存入资金用...
- 海尔以唯一物联网生态品牌跻身20...
- 焦点滚动:半年报速递|瑞安房地...
- 世界快看:旭辉永升服务:上半年...
- 每日快播:【2022打卡中国】“鲟...
- 今日热议:亚通股份:上半年实现...
- 天天新动态:羽毛球世锦赛:国羽...
- 【独家焦点】【2022打卡中国】外...
- 焦点信息:财面儿丨京能置业:202...
- 当前热讯:中国女排3:1伊朗 小...
- 世界热点!中国武夷上半年归母净...
- 热头条丨中国武夷:上半年实现营...
- 世界信息:和讯曝财报丨联翔股份...
- 环球看热讯:星盛商业:上半年归...
- 世界微头条丨多地鼓励机关事业单...
- 环球百事通!上海证大:上半年股...
- 世界快看点丨又有一城规定房企不...
- 全球资讯:首程控股:上半年实现...
- 【热闻】曝财报·现场丨瑞安房地...
- 世界视讯!资色曝财报丨好太太20...
- 【天天报资讯】FIFA最新排名:国...
- 好开又聪明的座驾是怎样练成的?...
- 每日观察!香江控股:上半年归属...
- AED自动体外除颤仪的操作步骤
- 世界今日讯!京能置业:上半年营...
- 极致人生山海同行长城炮全球首家...
- 【天天速看料】活力双奥城!北京...
- 头条焦点:保利发展:13亿元公司...
- 天天热议:凤凰股份:上半年归属...
- 环球今热点:华丽家族:上半年实...
- 热门:中国国贸:预计上半年实现...
- 需要具有极强的责任心和行动力 ...
- 全球看点:大龙地产:上半年实现...
- 不是“作”是真的难受 这六类人...
- 新的开学季即将到来 家长应和孩...