刘宇哲 宫旭颖 刘佳 徐国峰
中车青岛四方机车车辆股份有限公司
摘要：中国标准动车组控制柜内线缆多为AWG24四芯信号电缆，故在施工过程中常用到M12连接器，本文对四芯M12线缆连接器进行了建模仿真分析，并总结了其施工工艺，为我国高铁事业平稳发展提供了一定的参考。
1 M12连接器电磁电热仿真
电气连接器普遍由接触件、绝缘体、壳体、锁紧机构与尾部附件组成[1]。如图1所示，某四芯M12连接器由外壳、针槽外壳、针槽、屏蔽环、尾夹与密封圈组成。
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图1 M12连接器零件示意图
其中外壳、尾夹与屏蔽环为金属材料，针槽外壳、针槽与密封圈均为PVC材质。下面对线缆及针槽结构进行磁场及焦耳热仿真。
使用COMSOL Multiphysics进行有限元分析，为节省计算资源，本文使用如图2所示的简化线缆与针槽结构，芯线为铜线，外层屏蔽层为铝箔。
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图2 线缆与针槽简化结构
进行磁场仿真时，使用磁场模块与稳态研究，设置芯线电流为正常工作电流0.808A[2]，计算结果如图3。
图3 磁场仿真结果
最大磁通密度模为4.4mT，出现在芯线与屏蔽层交界位置，与针槽结构无关，针槽表面磁通密度模在8×10-7T，故外侧的针槽外壳，金属外壳位置磁通密度模更小，对外影响可忽略不计。
进行焦耳热仿真时，换用电流模块，固体传热模块与稳态研究，同样设置芯线电流为0.808A，模型的径向表面为散热面，初始温度为20℃，仿真结果如图4。可见屏蔽层与针槽接触面上温度最高，为22.46℃，温度沿径向逐渐降低，针槽表面为20.64℃。总体温升较小，可靠性较高。
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图4 焦耳热仿真结果
2 M12连接器工艺
本文研究的M12连接器在动车组PIS系统中应用较多，适用线型为AWG24，其特点为插针特别细长，在压接时精度要求较高，一旦有某根插针压接不良则需全部返工，否则在组装连接器时会因各导线不平齐而无法组装。剥屏蔽线时，若剥除尺寸过长，在连接器组装完毕后尾部会露出线芯，若剥除尺寸过短则会导致连接器无法组装。
故在组装连接器时，首先应根据线型选择合适直径的密封圈，将连接器尾部及选择好的密封圈套在线缆上。
屏蔽线剥除尺寸以20±1mm为宜，芯线剥除尺寸以4.5-5mm为宜。
压接插针时应视现车情况选择合适的压线钳，并调至合适档位。将插针放入压线钳钳口，将芯线完全放入插针内，不得漏出，而后进行压接。最后确认插针压接质量，插针不得有弯曲变形。
组装连接器时，将屏蔽环在密封圈尾部压紧，安装插针到针槽，并将针槽外壳套在针槽上，修剪屏蔽层，塞入连接器外壳内，最后将尾夹与外壳拧紧。
3 总结
本文首先对M12连接器各部件进行了建模，并仿真了其磁场与焦耳热特性，得出了可靠性较高的结论。最后简要描述了M12连接器的施工工艺，望对广大同行从业者起到借鉴作用。
参考文献
[1]张善霞,路士涛,董力群.轨道车辆用电气连接器典型结构分析[J].科技创业家,2013(05):100+102.
[2]American wire gauge[J]. 2015.