技术与运用

交通运输领域中连接故障引起的四种失效模式

来源:编译:深圳市连接器行业协会 李亦平作者:Jean-Paul Gervais
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对于任何操作或维修商用卡车、农业机械或施工设备的人员而言,都存在一种令人困惑的现象。故障出现后,车辆被送至维修车间,技术人员进行连接故障诊断却未发现任何问题,故障码就已消失,连接状态也看似正常,随后车辆恢复运行,但在数天或数周内,该问题便会再次出现。这并非单纯的运气不佳,而是工程设计问题。

推土

在运输领域中,电气连接故障很少是由单一缺陷部件引起。实际上,事后分析通常都能将这些故障归因于系统层面设计疏漏。在设计初期做出某些决策,往往会在车辆服役数月或数年后才显现其后果。为防止此类故障发生,深入了解其产生原因以及为何连接故障难以诊断至关重要。

线束中的连接器处于机械应力、环境暴露、电气载荷、制造变异性以及使用寿命等复杂因素影响下。当上述任一因素出现问题时,连接器便可能发生连接故障问题。在工业与商业运输领域主要有四种失效模式。

振动引发的间歇性故障

持续振动会在接触界面之间产生微小运动,从而逐渐削弱法向力、诱发腐蚀,并产生暂时性开路状态,其电流通路会降至 ECU 故障阈值之下。车辆自身诊断系统无法检测到这一问题,一旦车辆停止移动且技术人员接入检测设备,该故障便会消失。此类连接故障问题可追溯至接触性能、接触保持系统、压接松弛以及缺乏二次接触锁定机制等方面,而非源于目视检查所能发现的任何明显缺陷。

热循环与压接不良

这个过程同样遵循缓慢且具有误导性的路径。导体、端子与外壳之间的热膨胀差异会在反复加热和冷却循环中导致压接紧固度下降,接触电阻随之增大,而局部过热则会加速进一步的压接不良。正因如此,通过了严格连接故障问题验证测试的连接器,在实际现场使用18至24个月后仍可能出现连接故障。而验证所记录的性能数据仅反映组装时的性能,而非经过数千次热循环后的实际性能。

湿气与污染物的侵入

湿气与污染物的侵入会加剧上述影响。毛细作用会使水分渗入线缆密封件及接头密封件中。农业设备需应对肥料侵蚀及高压清洗作业。重型卡车在长期使用过程中,会积聚路面液体及污垢。这些连接故障因素共同导致了渐进式腐蚀及接触电阻的升高,其根源在于常见的设计疏漏。例如,仅对初始装配时的密封性能进行评估、未根据连接器实际面临的流体环境选择弹性体材料,或线缆外径与密封件压缩量之间存在不匹配等问题。上述所有连接故障问题均需待车辆投入较长时间运行后才会显现。

装配变异性

错位接触点、部分插入以及连接器错配等问题,在缺乏机械确认的情况下往往难以被连接故障诊断检测到。当不同工厂或不同操作员生产的线束存在差异时,其性能也会随之变化,这便引入了一种在车辆离开工厂前就已存在的不可靠性来源。

稳健的连接性直接影响系统及车辆的可靠性

在商业和工业应用中,连接故障问题代价高昂。仅需一条线束或一个连接器发生故障,就可能导致多个传感器或执行器同时失效、通信总线崩溃,或引发车辆部分或完全停机。

在农业设备领域,这种连接故障问题意味着企业将直接面临收入损失。而在商业货运领域,则意味着车辆无法上路,货物也无法运输。连接器已不再仅仅是一个零部件,而更成为了企业面临的风险。

连接故障诊断维度会进一步加剧这一问题。由连接不稳定引起的间歇性电学异常通常不会触发故障码。这类异常在维修检查期间可能会消失,仅在特定的振动或热工条件下才会重新出现。工程师和技术人员往往需要耗费数小时时间来排查无法直观观察到的问题。从这个意义上说,连接器成为了“诊断放大器”,即便底层物理问题较为轻微,也会显著延长连接故障诊断平均修复时间。

从源头起就进行工程智能设计

解决这些失效模式的关键,并非在连接故障问题出现后才进行渐进式修正。这意味着需对压接系统进行连接故障诊断验证,确保导线公差及镀层一致性,并为外壳及密封材料选择能在实际应用所需的温度范围及流体暴露条件下保持尺寸稳定性的材料。此外,还需进行机械装配确认,如二次锁定装置、键合式外壳以及旨在在出现异常时快速触发故障的工艺流程,从而降低不同布线组间的差异,并降低对操作人员技能的依赖。

TE公司的DEUTSCH连接器

TE公司的DEUTSCH连接器

归根结底,在严苛环境下,失效机制可能因具体应用场景而异,但这些机制也是连接故障诊断中可预测的,这意味着它们是可以被预防的。从事长寿命平台研发的工程师有时会将连接器的选择视为一项采购决策,而这可能会导致代价高昂的错误。在设计阶段正确进行规格定义与在现场诊断故障之间,其差异是显著的。由于间歇性连接故障极难精准隔离,现场的连接故障诊断与维修工作以及后续的工程修复,其实际成本往往远高于表面看来的水平。

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