关于动车组车外电气部件防水密封工艺方法的研究

关于动车组车外电气部件防水密封工艺方法的研究

1.陈伦胜,2.杨振伟,3.冼婧琦

（中车广东轨道交通车辆有限公司，广东江门529100）

摘要：动车组大量设备采用外挂式、模块化设计，其中包括牵引系统、辅助系统、制动系统及车辆安全防护系统等重大关键部件。其防水密封工艺措施的优劣，严重影响车辆的性能及安全。通过对动车组车外设备电气部件的防水密封工艺方法进行研究，以RAMS和LCC等手段，分析其可操作性、可用性、可靠性、可维护性和成本等要素，量化分析个方法的优劣性，以高效、可靠为最终目的，对各方法的使用环境进行分类优化，从而保证列车的安全运行、提高其使用效能。

关键词：动车组、电气部件、防水密封、工艺方法、RAMS、LCC、环境分类

1. 引言

根据中国《中长期铁路网规划》，到2020年中国铁路网规模达到15万公里，其中，高速铁路达到3万公里，覆盖80%以上的大中城市，此外，城际铁路及城市轨道交通的快速发展，广珠、莞惠、长株潭及京通等城际线先后开通运营，标志着区域间、城市间及城市内部的轨道交通的蓬勃发展，对轨道车辆的需求不断扩大，并提出了更高的性能及安全要求。

随着科技的发展，为了提高车辆的使用效率，降低车辆在全寿命周期中的维修时间，提高设备的可维护性及可更换性，车辆设备采用模块化、集成化的设计思路，使设备便于安装、保养、检修及更换。同时，也提高车辆与设备的接口性能要求（电气和机械），导致车外设备的的防水密封性能对整车的性能及安全的影响权重不断提高。

本文主要是通过统计现有动车组的防水密封工艺方法，分析其优劣性，并根据不同的使用环境及成本，选择合适的措施，通过合理的控制手段提高其可靠性，确保旅客的出行安全及列成的正常运营。

2. 防水密封要求

IP是Ingress Protection Rating(或者International Protection code)的缩写，它定义了一个界面对液态和固态微粒的防护能力。此标准描述了对电气设备外壳防护等级进行分类的系统，由欧洲电子技术标准化委员会提出。

IP后面跟了2位数字，第1个是固态防护等级，范围是0-6，分别表示对从大颗粒异物到灰尘的防护；第2个是液态防护等级，范围是0-8，分别表示对从垂直水滴到水底压力情况下的防护。数字越大表示能力越强。

表1 固态防护等级

表2 液态防护等级

根据动车组相关的设计标准要求，车下电气设备需达到IP67等级及以上，即：防护灰尘吸入（整体防止接触，防护灰尘渗透）；防护短暂浸泡（防浸）。目前布线行业最大高能达到IP68等级。

3. 防水密封工艺方法

设备的防水密封主要是通过物理手段，将安装过程中产生缝隙进行封堵，从而达到隔绝灰尘、油污、液体及气体流动的目的，主要手段包括：橡胶密封件的挤压密封和化学密封剂的填充等措施。

在动车组及地铁车辆，主要通过以下4种工艺方法，保证设备的密封性能。

3.1方法1：橡胶管+密封剂+溶胶热缩套管

将电缆或线束套入橡胶套管中，在设备接口处截断套管，确保完全对电缆进行防护；

使用密封剂将设备接口与套管口进行封堵，并将密封剂进行造型（圆锥形）；

套入溶胶热缩套管，长度确保密封后完全覆盖密封剂，对热缩套管进行加热，使其收缩并且热熔胶融化，确保收缩后套管内部无缝隙，边缘处胶均匀。

图1橡胶管+密封剂+溶胶热缩套管效果图

3.2方法2：电缆密封接头

将电缆密封接头本体穿过安装板，再以螺母拧紧固定；

电缆依次穿过迫紧头、夹紧圈及本体；

完全内部接线或电缆长度的预留后，拧紧迫紧头，将电缆固定，并达到密封、防水防尘的效果。

图2 电缆密封接头结构图

3.3方法3：进线夹板+密封剂

将进线夹板的所有紧固件松开，使进线口空间满足电缆的穿线要求；

检查进线夹板的电缆接触面是否光滑，对毛刺、尖角、锐边等进行打磨；

将电缆穿过进线夹板，预留长度后，紧固夹板上的紧固件，使电缆得到固定；

对夹板与电缆间的缝隙均匀填充密封剂，使进线夹板完全密封。

图3 进线夹板+封剂效果图

3.4方法4：波纹管+软管接头

将软管接头安装在安装板或连接器尾部；

将波纹管截断，并将截面修切整齐；

将波纹管沿轴向插入管接头，用力推到接头底部，并将卡爪按下，卡爪必须在波纹管凹槽内。

图4 波纹软管+软管接头结构图

4. 防水密封工艺方法的优劣性

通过对可操作性、RAMS（可靠性、可用性和可维护性）及LCC这三方面进行对比

4.1方法1：

可操作性：橡胶软管为柔性材料，容易操作；密封剂一般为不干腻子或硅类密封剂，涂抹及塑形简单；带胶热缩套管需高温360°加热，使用火焰喷枪或热风枪时需要一定的操作经验，否则会加热不均匀，导致密封效果降低。可操作性低。

RAMS:

可靠性：电缆使用橡胶套管进行防护，避免磕碰、摩擦造成损伤，设备接口和套管口使用密封剂，达到防水密封要求，外部使用溶胶热缩套管，通过收缩对密封剂进行固定，并通过热熔胶进行二次密封，再次提高整体的密封性能，整体达到IP67，可靠性中等；

可用性：适用于单根电缆和多根电缆的线束，但需要设备接口为连接器或进线管；由于带胶热缩套管需要使用火焰喷枪或热风枪360°均匀加热，需要较大的操作空间，单位面积的电缆密度较低；高温加热，容易产生危险源，可用性中等；

可维护性：由于密封剂和溶胶热缩套管不具有重复使用性，在维护过程中必须对既有部分进行破坏，并在维护后重新施工，可维护性非常低。

LCC：橡胶套管为阻燃氯丁橡胶，密封剂为不干腻子或硅类密封剂，溶胶热缩套管为交联聚烯烃材料，价格较低，但根据维护过程需破坏并重新施工，所以LCC为低。

4.2方法2：

可操作性：电缆密封接头的施工只需将接头固定，穿过电缆，并拧紧迫紧头即可达到密封要求，操作过程中只需对应大小的扳手即可，可操作性高。

RAMS：

可靠性：电缆密封接头可根据环境要求，使用不同材质，如：不锈钢、铝及尼龙等；通过螺纹紧固，对密封件施加压力从而达到密封要求，在规定的卡口范围内，使用防水垫片及夹紧圈拧紧迫紧头，密封性能达到IP68，可靠性非常高。

可用性：对于单根电缆，密封性能达到IP68，但对于多根电缆的线束则需使用多孔的密封橡胶圈；接头安装需使用扳手紧固，需要一定的操作空间，单位面积的电缆密度较低，可用性较高。

可维护性：电缆密封接头为螺纹紧固，可重复使用，维护过程中只需松开、拧紧即可，施工方便，可维护性非常高。

LCC：电缆密封接头材质多样，需根据环境选择，如：不锈钢、铝、尼龙等，密封垫为耐老化硅橡胶，夹紧圈为丁晴橡胶，价格中等，维护过程无需破坏，可重复使用，所以LCC为高。

4.3方法3：

可操作性：进线夹板的松开与紧固只需扳手即可操作；密封剂一般为不干腻子或硅类密封剂，涂抹及塑形简单，可操作性高。

RAMS：

可靠性：进线夹板对电缆起到固定作用，电缆无位移；密封剂填充缝隙，整体密封性能达到IP68等级。

可用性：对于单根电缆或多根电缆的线束，密封性能均可以达到IP68等级，且由于进线夹板占用空间小，单位面积的电缆密度较高，可用性高。

可维护性：由于密封剂不具有重复使用性，在维护过程中必须对既有部分进行破坏，并在维护后重新施工，可维护性非常低。

LCC：进件夹板可为多种材料，可根据实际的使用环境选用，密封剂为不干腻子或硅类密封剂，价格中等；但根据维护过程需破坏并重新施工，所以LCC为较低。

4.4方法4：

可操作性：软管接头的安装只需扳手即可完成，然后将根据长度截断波纹管，将电缆依次闯过波纹管及软管接头，最后将波纹管与软管接头对接到位，并锁紧，可操作性高。

RAMS：

可靠性：电缆整体使用波纹管防护，波纹管为尼龙材质，若有电磁屏蔽要求，则可选用不锈钢或铝材质等，电缆无损伤风险；波纹管与软管接头间通过硅橡胶挤压密封，且通过波纹管凹槽与接头卡爪达到自锁要求，密封性能能达到IP68，可靠性高。

可用性：对于单根电缆或多根电缆的线束，密封性能均可以达到IP68等级，但安装接头需使用扳手，需要一定的操作空间，单位面积的电缆密度较低，可用性中等。

可维护性：波纹管与软管接头间通过凹槽及卡爪达到自锁的要求，维护过程只需将卡爪拉出即可将波纹管与接头分离，可重复使用，可维护性高。

LCC：波纹管及软管接头为多种材料制作，可根据实际使用环境选用，一般为尼龙材质，价格中等，维护过程中无需破坏，可重复使用，所以LCC中等。

下表将通过对上述的分析进行量化，每项最高分为10，分数依次递减：

表3 防水密封工艺方法量化分析表

从上述4种方法的分析可知：

（1）可操作性：方法2＞方法4＞方法3＞方法1

（2）可靠性：方法4＞方法2＞方法3＞方法1

（3）可用性：方法3＞方法4=方法2＞方法1

（4）可维护性：方法2=方法4＞方法3=方法1

（5）LCC：方法2＞方法4＞方法3＞方法1

     综上所述，从可操作性、RAMS和LCC研究，优劣性：方法1＞方法4＞方法3＞方法1。

5. 使用分类

根据上述分析，若单位面积的电缆密度大时，优先选用方法3，如：牵引变流器、牵引变压器和辅助电源装置等；若对电磁屏蔽有要，则选用方法4，并选用金属材质波纹管及软管接头，如：大功率交流电缆、信号系统电缆等；若为金属进线口或连接器尾部，则可采用方法1、2、4，其中方法2和4需连接器尾部借口有匹配螺纹。

6. 结束语

根据使用环境及要求，使用不同的密封方法，对于车辆的整体制造工艺的提高必不可少。而通过可操作性、可靠性、可用性、可维护性及LCC等方面分析，系统了解4种密封方法的具体操作、使用要求，并通过量化分析，能有效提高设计及制造的效率和效果，确保车辆密封性能，保证车辆安全运行。

参考文献：

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