CN109473856B - 一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品 - Google Patents

一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品，目的在于解决现有的铁路轨道交通连接器中，由于插头端所用插针结构、尺寸的不同，通常需要采用不同尺寸的插座端插孔予以配合，才能实现两者的有效连接，可能导致插座与插头的误插，带来相应的安全隐患，也对配件的管理难度带来影响的问题。采用本发明，能在满足规定的电气性能要求前提下，有效兼容现有轨道交通机车车辆车端动力连接器的插头，有效解决插座配合的难题，降低因插座与插头误插所导致的安全隐患，保障机车车辆的安全、正常运行。采用本申请，能够有效提升产品的通用性，从而减少产品的类型，降低零件的加工精度要求和制造成本。本申请构思巧妙，设计合理，使用方便。

Description

一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品
技术领域
本发明涉及电连接器领域，具体为一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品。本申请的设计方法能够设计出兼容现有装有不同尺寸插针的插头所需的机车车辆车端动力连接器插座，极大提高产品的兼容性，减少产品种类，降低产品的生产成本，具有较高的应用价值。采用本发明，能够有效避免因连接器插座与插头误插，所可能带来的安全隐患，确保机车车辆的安全、正常运行，降低配件管理难度。
背景技术
在目前铁路轨道交通中，包含机车和车辆两种类型。现有的轨道交通机车和车辆的车端动力连接器主要包括插头、插座、电缆。如图所示，插头所用插针主要包括两种类型：
1)2*2两组插针，如图1所示，四个插针,,采用同一规格尺寸，主要用于直流模式下的电连接；
2)三大一小插针，如图2所示，三个大的插针，一个小的插针，其主要用于交流模式下的电连接。
同时，插针存在不同的构型：如图3所示，插针插合端为圆柱形，端部有圆角；如图4所示，插针的插合端为圆锥形，锥度为1：50，端部有倒角。基于插头所用插针结构、尺寸的不同，相应的插座需要配置不同大小的插孔(如图5所示)，通过插针与插孔的直接接触，实现电连接。部分插座的插孔下方还设置有弹簧，当插针插入时，利用弹簧的压紧力，实现其与插针的紧密配合。
如前所述，由于插头端所用插针结构、尺寸的不同，通常需要采用不同尺寸的插座端插孔予以配合，才能实现两者的有效连接。在实际应用中，由于插座端所用插孔存在不同的结构、尺寸形式，可能导致插座与插头的误插，带来相应的安全隐患，也对配件的管理难度带来影响。
为此，迫切需要一种新的方法和/或装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有的铁路轨道交通连接器中，由于插头端所用插针结构、尺寸的不同，通常需要采用不同尺寸的插座端插孔予以配合，才能实现两者的有效连接，可能导致插座与插头的误插，带来相应的安全隐患，也对配件的管理难度带来影响的问题，提供一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品。申请人对现有车辆的插头插针结构进行分析后认为，基于GB/T 25023-2010标准的要求，现有的插头插针采用了不同尺寸的插针结构，但插针的位置是一致的，即两者的插针在插头上的位置是相对应的。
为此，申请人基于不同插头插针尺寸的不同，提供一种针对通用性插座的设计方法，及其产品。采用本发明，能在满足规定的电气性能要求前提下，有效兼容现有轨道交通机车车辆车端动力连接器的插头，有效解决插座配合的难题，降低因插座与插头误插所导致的安全隐患，保障机车车辆的安全、正常运行。采用本申请，能够有效提升产品的通用性，从而减少产品的类型，降低零件的加工精度要求和制造成本。本申请构思巧妙，设计合理，使用方便，适应性强，适用范围广，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机车车辆车端动力连接器设计方法，包括如下步骤：
(1)该机车车辆车端动力连接器包括插座、插头，所针对的插头中插针采用同一规格尺寸或采用不同规格尺寸；
(2)基于插针直径的不同，确定插针的直径变化范围A；根据插针的直径变化范围A，确定插座中插孔体的接触直径变化范围B，且插孔体的接触直径变化范围B的下限值小于等于插针的直径变化范围A的下限值，插孔体的接触直径变化范围B的上限值大于等于插针的直径变化范围A的上限值；
(3)插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，绝缘安装板上设置有安装孔；
(4)基于步骤(2)确定的接触直径变化范围B，选择弹性接触连接件，弹性接触连接件采用接触簧或簧片，弹性接触连接件的内径变化范围与接触直径变化范围B相同；在插孔体的前端周向设置第一连接槽，第一连接槽为圆环形，第一连接槽的尺寸由弹性接触连接件确定；将选择的弹性接触连接件设置在第一连接槽内，构成插孔组件；
(5)根据插头中插针的位置，在绝缘安装板上设置四个安装孔且安装孔的尺寸相同；将插孔组件设置在绝缘安装板的安装孔内且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，再将绝缘安装板固定在底座上，并将插孔组件与导线电连接，完成插座的设计。
所述步骤(1)中，插座上的插针采用不同尺寸时，插针的直径变化范围A为：(最小插针的直径值)～(最大插针的直径值)。
所述弹性接触连接件呈环状且弹性接触连接件的内径能发生变化，所述弹性接触连接件接触内径的最小值小于等于插针的直径变化范围A的下限值，弹性接触连接件接触内径的最大值大于等于插针的直径变化范围A的上限值。
所述第一连接槽的高度≥弹性接触连接件的高度，所述弹性接触连接件为至少一个。
所述弹性接触连接件为两个，所述弹性接触连接件沿竖直方向依次设置在第一连接槽内。
一种机车车辆车端动力连接器，包括插头、与插头相配合的插座，所述插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，所述绝缘安装板上设置有安装孔，所述安装孔为四个且等大；
所述插孔体的前端内壁周向设置第一连接槽，所述弹性接触连接件设置在第一连接槽内且弹性接触连接件在插头的插针与插孔体的挤压下能发生形变以满足不同尺寸插针与插孔体的结合需要；
所述插孔体设置在绝缘安装板上且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，所述绝缘安装板固定在底座上且底座能为绝缘安装板提供支撑。
所述弹性接触连接件为接触簧或簧片中的一种或多种。
所述接触簧的节面呈三角形或D型，所述接触簧的节面倾斜角为锐角；
三角形节面包括第一连接边、第二连接边、第三连接边，所述第一连接边、第二连接边、第三连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，所述第一连接边呈直线型，所述第二连接边与第三连接边相连构成V形，所述第一连接边与第一连接槽的槽壁相连；
D型节面包括第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边，所述第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，所述第四直边呈直线型，所述第五连接边、第六连接边、第七连接边分别为直线型或圆弧形且圆弧的开口朝向第四直边，所述第四直边与第一连接槽的槽壁相连；
所述接触簧为两个且并列设置在第一连接槽内。
所述接触簧设置在第一连接槽上，所述接触簧的节面呈三角形时，所述第二连接边与第三连接边相连形成与插针相连的配合边；
或所述接触簧设置在第一连接槽上，所述接触簧的节面呈D形时，所述第五连接边、第六连接边与第七连接边相连构成与插针相连的配合边。
所述接触簧的截面倾斜角为5～60°。
所述第二连接边、第三连接边分别为直线型。
所述三角形节面呈等腰三角形。
针对前述问题，本申请提供一种机车车辆车端动力连接器设计方法及其产品。基于机车车辆车端连接插头的插针尺寸不同，本申请提供一种连接器设计方法；其以采用相同或不同尺寸插针的插头为对象，进行了全新的结构设计。以插头采用三大一小的插针为例，说明如下。
根据插针的大小不同，将小的插针直径记为Dmin，将插头上大的插针直径记为Dmax，则插针的直径变化范围为Dmin～Dmax。将弹性接触连接件的内径下限值记为Bmin，弹性接触连接件的内径上限值记为Bmax；基于前述方法，则Bmin≤Dmin，Bmax≥Dmax，即弹性接触连接件的内径变化范围为Bmin～Bmax，基于这一范围确定相应的弹性接触连接件。
然后，根据选择的弹性接触连接件，在插孔体的前端周向开设第一连接槽，第一连接槽为圆环形，第一连接槽的尺寸由弹性接触连接件确定。再将选择的弹性接触连接件设置在第一连接槽内，构成插孔组件。
最后，根据插头中插针的位置，在绝缘安装板上设置四个安装孔且安装孔的尺寸相同；将插孔组件设置在绝缘安装板的安装孔内，再将绝缘安装板固定在底座上，并将插孔组件与导线电连接，完成插座的设计。
基于前述设计方法设计的连接器，插座能满足不同尺寸规格的插头插接需求。换言之，本申请的插座能满足不同尺寸插针的插头连接需要，其不需要采用现有插孔与插针一一配对的设计，能有效提升产品的通用性，解决前述问题。
进一步，本申请中，第一连接槽的高度大于等于弹性接触连接件的高度，弹性接触连接件为至少一个。进一步，根据需要，弹性接触连接件可以为两个，弹性接触连接件沿竖直方向依次设置在第一连接槽内。
进一步，本申请请求保护基于前述设计方法所制备的产品。该产品包括插头、与插头相配合的插座，插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，绝缘安装板上设置有安装孔，安装孔为四个且等大。
插孔体的前端内壁周向设置第一连接槽，弹性接触连接件设置在第一连接槽内且弹性接触连接件在插头的插针与插孔体的挤压下能发生形变以满足不同尺寸插针与插孔体的结合需要。同时，插孔体设置在绝缘安装板上，绝缘安装板固定在底座上。
进一步，接触簧的截面可以为三角形或D型，接触簧的节面倾斜角为锐角。本申请中，当接触簧的节面呈D形时，节面包括第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边，第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，第四直边呈直线型，第五连接边、第六连接边、第七连接边分别为直线型或圆弧形且圆弧的开口朝向第四直边。同时，本申请请求保护该结构的合理变形。
另外，本申请提供一种与D字型结构完全不同的三角形节面接触簧结构。当接触簧的节面呈三角形时，节面包括第一连接边、第二连接边、第三连接边，第一连接边、第二连接边、第三连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，第一连接边呈直线型，第二连接边与第三连接边相连构成V形。该结构能够在满足接触要求的前提下，提升接触对的兼容性，降低接触的加工难度和加工成本。
进一步，对前述接触对的制作过程说明如下：
1)在制作时，先将铜棒原材料按图纸加工成插孔体和插针，并插孔体内孔前端开设连接槽，或在插针前端外圆开设连接槽；
2)将簧丝装入支架卡圈，在工装中进行定型，接触簧的节面呈三角形或D型，且有内向弧度，弧度为60°，再通过激光焊接后制成接触簧；
3)将接触簧与插孔体装配，组成插孔组件，再将插孔组件与插针匹配，得到接触元件；当插针穿过装有接触簧的插孔体后，接触簧受到插针向外的压力和插孔体向内的反作用力而产生弹性变形，并且由于截面呈三角形或D型的接触簧变形量大，从而保证兼容不同尺寸大小的插针与插孔组件接触的可靠性，保证电流与信号的传输。
本申请构思巧妙，设计合理，结构简单，易于生产制造，能有效简化插座的结构设计，有效避免因插头和插座误差所导致的安全隐患，保障机车车辆的安全、正常运行。采用本申请，能够有效提升产品的通用性，从而减少产品的类型，降低零件的加工精度要求和制造成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为2*2两组直流端的结构示意图。
图2为三大一小交流端的结构示意图。
图3为插针插合端为圆柱形，端部有圆角的大小针结构。
图4为插针的插合端为圆锥形，锥度为1：50，端部有倒角的大小针结构。
图5为现有插座端结构设计。
图6为实施例1中插座的结构示意图。
图7为图6中I的局部放大示意图。
图8为实施例1中采用D型接触簧的结构示意图。
图9为图8中接触簧的立体状态示意图。
图10为图8中接触簧的界面结构示意图。
图中标记：1、底座，2、绝缘安装板，3、插孔组件，4、第四直边，5、第五连接边，6、第六连接边，7、第七连接边，8、插孔体，9、弹性接触连接件。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
(一)本实施例的连接器设计步骤如下。
(1)该机车车辆车端动力连接器包括插座、插头，所针对的插头中插针采用不同规格尺寸；其中，大的插针直径为φ20mm，小的插针直径为17mmφ，且插针插合端为圆柱形，端部有圆角。
(2)基于插针直径的不同，确定插针的直径变化范围为φ17mm～20mm。根据插针的直径变化范围，确定插座中插孔体的接触直径变化范围可以为φ16mm～20.5mm。
(3)本实施例的插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，绝缘安装板上设置有安装孔。
(4)基于步骤(2)确定的接触直径变化范围，选择弹性接触连接件，弹性接触连接件采用接触簧或簧片，弹性接触连接件的内径变化范围与接触直径变化范围相同。
本实施例中，弹性接触连接件采用封闭环形弹簧，其节面呈三角形，接触簧的节面倾斜角为锐角。本实施例中，三角形节面包括第一连接边、第二连接边、第三连接边，第一连接边、第二连接边、第三连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，第一连接边呈直线型，第一连接边与第一连接槽的槽壁相连，第二连接边与第三连接边相连构成V形，第二连接边与第三连接边相连形成用于与插针相连的配合边。进一步，本实施例中，第二连接边与第三连接边分别为直线型且等长，三角形节面呈等腰三角形。
在插孔体的前端周向设置第一连接槽，第一连接槽为圆环形，第一连接槽的尺寸由弹性接触连接件确定。将选择的弹性接触连接件设置在第一连接槽内，构成插孔组件。
(5)根据插头中插针的位置，在绝缘安装板上设置四个安装孔且安装孔的尺寸相同。将插孔组件设置在绝缘安装板的安装孔内且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，再将绝缘安装板固定在底座上，并将插孔组件与导线电连接，完成插座的设计。
基于前述设计方法，得到本实施例的机车车辆车端动力连接器。其包括插头、与插头相配合的插座，插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，绝缘安装板上设置有安装孔，安装孔为四个且等大。
本实施例中，插孔体的前端内壁周向设置第一连接槽，弹性接触连接件设置在第一连接槽内且弹性接触连接件在插头的插针与插孔体的挤压下能发生形变以满足不同尺寸插针与插孔体的结合需要。插孔体设置在绝缘安装板上且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，绝缘安装板固定在底座上且底座能为绝缘安装板提供支撑。
本实施例中，弹性接触连接件可采用前述三角形接触簧；根据电流大小的需要，其采用两个接触簧沿竖直方向依次设置。
对本实施例的连接器进行测试，其能有效满足图3、图4两种不同构型插头的插拔需要，且连接稳定、可靠，设备的使用寿命长。
(二)实验测定
1、检测环境
温度：22.0～26.0℃，相对湿度67～72％。
2、检测依据：GB/T 2503-2010。
3、测试描述
静态温升按GB/T 2503-2010的规定进行，实验分2组进行；
1组实验：除插头N位及其对应的-2位外的其它端子接150mm2线缆，通425A电流；
2组实验：插头N位端子接50mm2线缆，其对应的-2位端子接150mm2线缆，通150A电流。
4、实验仪器设备
表1实验仪器设备
序号 设备名称 设备型号
1 高频开关电镀电源 GKD18-3000CVC
2 多路温度记录仪 FLA5000
5、检测结果
表2检测结果
表3测试数据
6、检测结论：根据客户要求和标准方法规定，对静态温升实验项目进行检测，其检测结果满足技术要求，合格。
实施例2
对实施例1中的弹性接触连接件进行替换，选用截面呈D型的接触簧，其他与前述实施例1相同。如图所示，D型节面包括第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边，第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，第四直边呈直线型，第五连接边、第六连接边、第七连接边分别为圆弧形且圆弧的开口朝向第四直边。采用该结构，第四直边与第一连接槽的槽壁相连。
作为前述D型结构的变形，其还可以采用如下技术方案：1)第四直边呈直线型，第六连接边呈圆弧形且第六连接边的开口朝向第四直边，第五连接边、第七连接边分别呈直线型；2)第六连接边呈圆弧形且第六连接边的开口朝向第四直边，第五连接边呈直线型，第七连接边呈圆弧型且第七连接边的开口朝向第四直边；3)第六连接边呈直线型，第五连接边、第七连接边分别呈直线型；4)第六连接边呈直线型，第五连接边、第七连接边分别呈圆弧型且圆弧的开口朝向第四直边；5)第六连接边呈直线型，第五连接边呈直线型，第七连接边呈圆弧型且第七连接边的开口朝向第四直边。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种机车车辆车端动力连接器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）该机车车辆车端动力连接器包括插座、插头，所针对的插头中插针采用同一规格尺寸或采用不同规格尺寸；
（2）基于插针直径的不同，确定插针的直径变化范围A；根据插针的直径变化范围A，确定插座中插孔体的接触直径变化范围B，且插孔体的接触直径变化范围B的下限值小于等于插针的直径变化范围A的下限值，插孔体的接触直径变化范围B的上限值大于等于插针的直径变化范围A的上限值；
（3）插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，绝缘安装板上设置有安装孔；
（4）基于步骤（2）确定的接触直径变化范围B，选择弹性接触连接件，弹性接触连接件采用接触簧或簧片，弹性接触连接件的内径变化范围与接触直径变化范围B相同；在插孔体的前端周向设置第一连接槽，第一连接槽为圆环形，第一连接槽的尺寸由弹性接触连接件确定；将选择的弹性接触连接件设置在第一连接槽内，构成插孔组件；
（5）根据插头中插针的位置，在绝缘安装板上设置四个安装孔且安装孔的尺寸相同；将插孔组件设置在绝缘安装板的安装孔内且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，再将绝缘安装板固定在底座上，并将插孔组件与导线电连接，完成插座的设计；
所述步骤（1）中，插座上的插针采用不同尺寸时，插针的直径变化范围A为：（最小插针的直径值）~（最大插针的直径值）；
所述弹性接触连接件呈环状且弹性接触连接件的内径能发生变化，所述弹性接触连接件接触内径的最小值小于等于插针的直径变化范围A的下限值，弹性接触连接件接触内径的最大值大于等于插针的直径变化范围A的上限值。
2.根据权利要求1所述机车车辆车端动力连接器设计方法，其特征在于，所述第一连接槽的高度≥弹性接触连接件的高度，所述弹性接触连接件为至少一个。
3.根据权利要求2所述机车车辆车端动力连接器设计方法，其特征在于，所述弹性接触连接件为两个，所述弹性接触连接件沿竖直方向依次设置在第一连接槽内。
4.一种采用前述权利要求1~3任一项所述方法所设计的机车车辆车端动力连接器，其特征在于，包括插头、与插头相配合的插座，所述插座包括底座、绝缘安装板、插孔组件，插孔组件包括用于与导线相连的插孔体、弹性接触连接件，所述绝缘安装板上设置有安装孔，所述安装孔为四个且等大；
所述插孔体的前端内壁周向设置第一连接槽，所述弹性接触连接件设置在第一连接槽内且弹性接触连接件在插头的插针与插孔体的挤压下能发生形变以满足不同尺寸插针与插孔体的结合需要；
所述插孔体设置在绝缘安装板上且绝缘安装板的安装孔能对插孔组件进行限位和固定，所述绝缘安装板固定在底座上且底座能为绝缘安装板提供支撑。
5.根据权利要求4所述机车车辆车端动力连接器，其特征在于，所述弹性接触连接件为接触簧或簧片中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述机车车辆车端动力连接器，其特征在于，所述接触簧的节面呈三角形或D型，所述接触簧的节面倾斜角为锐角；
三角形节面包括第一连接边、第二连接边、第三连接边，所述第一连接边、第二连接边、第三连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，所述第一连接边呈直线型，所述第二连接边与第三连接边相连构成V形，所述第一连接边与第一连接槽的槽壁相连；
D型节面包括第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边，所述第四直边、第五连接边、第六连接边、第七连接边依次相连且相邻两边的连接处形成弧形角，所述第四直边呈直线型，所述第五连接边、第六连接边、第七连接边分别为直线型或圆弧形且圆弧的开口朝向第四直边，所述第四直边与第一连接槽的槽壁相连；
所述接触簧为两个且并列设置在第一连接槽内。
7.根据权利要求6所述机车车辆车端动力连接器，其特征在于，所述接触簧设置在第一连接槽上，所述接触簧的节面呈三角形时，所述第二连接边与第三连接边相连形成与插针相连的配合边；
或所述接触簧设置在第一连接槽上，所述接触簧的节面呈D形时，所述第五连接边、第六连接边与第七连接边相连构成与插针相连的配合边。
8.根据权利要求6所述机车车辆车端动力连接器，其特征在于，所述第二连接边、第三连接边分别为直线型。
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