吳煦明

摘要：隨著科技水平的不斷發(fā)展，高鐵出行已經(jīng)成為人們生活的一部分，而380B型動車組的軸溫傳感器大部分也到了3級修，4級修的修程，檢修的數(shù)量和維護的成本則每年在增加，本文綜述了380B型動車組軸溫傳感器線纜的性能特點及應(yīng)用情況，通過多種方法總結(jié)其壽命預(yù)測方法，以及如何預(yù)防老化的方法。

關(guān)鍵詞：軸溫傳感器;CRH380B動車組;壽命預(yù)測;防老化

一、 380B動車組軸溫傳感器

CRH380B動車組是由中車唐山機車車輛有限公司所生產(chǎn)，軸溫監(jiān)測系統(tǒng)采用的是雙通道的PT100型溫度傳感器（如圖1）。

與一般的數(shù)字傳感器和熔斷式傳感器不同，380B動車組軸溫傳感器為鉑電阻傳感器。這種傳感器的特點十分明顯，他檢測溫度范圍非常廣，其測量的精度十分的準確，使用時也十分的穩(wěn)定，隨著環(huán)境溫度的不斷變化，他的電阻也會跟著改變，規(guī)律和性能參數(shù)如下：

R T = 100 + 0.38T （1）

R T = 1000 + 0.38T （2）

1.1 380B動車組軸溫傳感器線纜

軸溫傳感器線纜由3部分組成（如圖2）分別由護套軟管，屏蔽電纜和芯線組成。

1.2基本參數(shù)（表1）

二、 壽命分析

2.1 380B動車組軸溫傳感器線纜老化原因

CRH380軸溫傳感器的保護套的主要材料是三元乙丙橡膠，而且?guī)缀跞堪惭b在車底，受到周圍環(huán)境的影響十分大，其老化原因有這幾點：

1.陽光

由于380B動車組軸溫傳感器大部分安裝于車輛轉(zhuǎn)向架上，使其在運行過程中長時間受陽光照射，其中紫外光對其具有很強的破壞性。

2.熱

熱可以使傳感器護套發(fā)生交聯(lián)或降解，其分子鏈在高溫環(huán)境下發(fā)生斷裂，于是便產(chǎn)生了化學性質(zhì)較為活躍的自由基，接著繼續(xù)會與氧氣產(chǎn)生化學效應(yīng)，從而形成過氧自由基，進一步使其斷裂。熱氧作用的最后結(jié)果會讓保護套的性能下降，慢慢老化失去其保護作用。

3.臭氧和氧

眾所周知氧氣的化學性質(zhì)十分的活潑，會與許多物體發(fā)生氧化反應(yīng)，而380B動車組軸溫傳感器在線路運行過程中一直與氧氣有接觸，在光和熱的共同作用下則會發(fā)生氧化反應(yīng)，從而引起保護套的老化。

臭氧的性質(zhì)則比氧氣更活潑，從而發(fā)生氧化反應(yīng)更加強烈，甚至會發(fā)生“臭氧龜裂”情況。

4水

由于降雨，雨水會沖刷掉線纜保護套外面的氧化層，水分子滲透其中，會溶解其中的親水基團，加速保護套的老化。

5.機械力

線纜保護套由于在軸溫傳感器安裝過程中受到機械力的作用下會產(chǎn)生輕微的彎折變形，以及安裝線卡時受到的擠壓力，會使其中的分子鏈斷裂導(dǎo)致分子的降解，使保護套的性能變差。

6.生物

微生物也是使線纜保護套老化的原因之一，真菌與細菌在一定的環(huán)境下會分泌出一種特定的酶，從而產(chǎn)生催化作用，會使線纜保護套的的分子鏈斷裂產(chǎn)生降解，嚴重還會產(chǎn)生粉化。

2.2 380B軸溫傳感器線纜老化實驗

380B動車組軸溫傳感器的老化實驗有兩種老化，分別是自然老化和人工加速老化，對于自然老化的研究到目前為止報道與研究十分的少，因為自然老化的周期是十分漫長的，隨機性也十分的大。對于人工加速老化則有以下幾種方法：

1.熱分析法

熱分析是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理或化學參數(shù)與溫度之間關(guān)系的一類技術(shù)。

數(shù)學表達式為P=f（T）其中P是物質(zhì)的一種物理量T是物質(zhì)的溫度，其中T=φ（t）t為時間，也就是把溫度看作是時間的函數(shù)。其中主要的熱分析技術(shù)有熱重法（TG），微商熱重法（DTG），差熱分析（DTA）以及掃描量熱法（DSC）.其中熱重法（TG，Theromgravimetry）是指在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度（或時間）關(guān)系，而微商熱重法（DTG，Derivative Theromgravimetry）則是將得到TG曲線對溫度或時間取一階導(dǎo)數(shù)。（圖3 TG圖和DTG圖）

文獻列車用溫度傳感器線纜的老化研究及壽命評估（孫炎，黃文斌） 通過熱重分析法測定了列車溫度傳感器的線纜護套和屏蔽電纜的TGA曲線通過阿累尼烏斯方程計算出上述材料的活化能，并建立了熱壽命方程式：

其中：

——預(yù)估壽命，單位 min;

E—反應(yīng)活化能，單位 J·mol-1;

R—氣體常數(shù)，數(shù)值為 8.314 J ·（mol-1·K-1）;

—特定失重率對應(yīng)的失效溫度，單位 K;

β—升溫速率，單位 K·min-1;

a —積分常數(shù)，查表可得。

最后得出結(jié)論屏蔽電纜的在正常使用過程中其性能十分穩(wěn)定，而其線纜護套則具有不穩(wěn)定性，存在一定的風險，會產(chǎn)生熱老化現(xiàn)象。

2.低溫曲撓實驗

根據(jù)GB/T 5564- 2006的標準，低溫曲撓實驗分為低溫剛性和低溫彎曲，低溫剛性實驗是將膠管夾持在直徑為膠管內(nèi)徑12倍的扭轉(zhuǎn)輪上，在低溫下停放6小時后，在12s內(nèi)扭轉(zhuǎn)180°時測得的扭矩與標準溫度下測得的扭矩的比。低溫彎曲實驗是將管夾持在直徑為膠管內(nèi)徑12倍的扭轉(zhuǎn)輪上，在低溫下停放24小時后，在10s內(nèi)扭轉(zhuǎn)180°，檢查內(nèi)外膠是否脆裂和破壞。 測量膠管低溫脆性最簡單的試驗是將試樣在低溫下彎曲90°，或?qū)⒁欢文z管冷凍后壓縮1/2看是否脆裂。文獻某型溫度傳感器防護套彎折疲勞試驗的壽命研究（雷霆，寧薇薇，周天朋，閆旭東，呼東亮）通過此方法對軸溫傳感器進行低溫彎折疲勞實驗，并建立壽命退化模型：f（x） = a*exp（b*x）得出壽命預(yù)測結(jié)果（表2）四級修的防護膠管低溫彎折壽命退化為全新防護膠管壽命的 5.7 %，因此4級修時建議及時更換膠管，實驗通過比較得出結(jié)果，發(fā)現(xiàn)新的樣本的彎折次數(shù)大約為10萬多次，而三四級修的彎折次數(shù)只有3千到9千之間，通過這里也能看出線纜保護套的老化還是與其材料性質(zhì)有關(guān)，與公里數(shù)關(guān)系不大，且線卡處由于受外部機械力的作用，彎折數(shù)量明顯少于非線卡處，非常容易產(chǎn)生老化，斷裂等結(jié)果。

3.紫外光老化實驗

根據(jù)國家的標準GB/T 14522-2008，將所需實驗樣品放入紫外箱中進行人工加速老化實驗，通過紫外燈管的長時間光照，老化不同時間后對樣品進行H-NMR，F(xiàn)T-IR和UV-Vis吸收光譜表征。文獻（三元乙丙的老化機理研究 李志輝）通過紫外光老化實驗得出結(jié)論三元乙丙橡膠的對紫外線的抗性十分不理想，通過在紫外線下照射了30分鐘后下就產(chǎn)生了羰基化合物，其化學結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯得改變，而380B軸溫傳感器線纜的主要材料也是三元乙丙橡膠，因此他們的老化原理幾乎相同。所以在列車行駛過程中在周邊部分還是需要添加紫外光穩(wěn)定劑，從而提高軸溫傳感器的抗老化能力。

4.拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定

這些年來，在航空領(lǐng)域、船舶領(lǐng)域、高速動車組等領(lǐng)域有非常多關(guān)于橡膠研究預(yù)測壽命的結(jié)論，其中大部分使用人工加速老化后扯斷伸長率、壓縮永久變形等性能衰減的原理也測其使用壽命。壽命預(yù)測原理如下，分別在60℃，80℃，100℃的溫度情況下，把扯斷伸長率數(shù)值設(shè)為縱坐標，而把時間設(shè)會橫坐標，定時取出樣本，對其測試扯斷伸長率，直到其到達臨界值，于是可以得出在這幾個溫度下老化所需要多少時間，通過獲得最后的數(shù)據(jù)點的30-40℃內(nèi)的失效時間數(shù)值與溫度的函數(shù)作出阿累尼烏斯圖，再經(jīng)函數(shù)變化得到的直線可以外推到使用溫度下的失效時間，外推法通常限制在超過最終數(shù)據(jù)點的30-40℃內(nèi)（馮志新，官健，謝宇芳.環(huán)氧樹脂覆銅板（CCL）耐熱老化的研究[J].合成材料老化與應(yīng)用）

通過整理擬合數(shù)據(jù)，得到扯斷伸長率的老化函數(shù)。并且通過標準GB/T20028-2005所得到結(jié)果電纜護套的使用壽命約為7.75年。

三、380B動車組軸溫傳感器線纜防老化方法

關(guān)于線纜的防老化可以從其中外部原因和內(nèi)部原因進行分析，內(nèi)因方面可以改善線纜的合成以及它的加工中工藝，使線纜擁有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而外因方面則可以在原材料中添加防老劑來抵御外部環(huán)境對線纜的腐蝕與侵害。而防老劑則分為以下幾種，熱穩(wěn)定劑，光穩(wěn)定劑，抗氧劑等等。

1.熱穩(wěn)定劑

線纜在生產(chǎn)和使用過程中會受熱降解，在其中加入熱穩(wěn)定劑后可以有效抑制熱分解反應(yīng)，雖然用量很小，卻十分重要。

2.光穩(wěn)定劑

研究結(jié)果表明，紫外光對線纜具有十分強的破壞性，而軸溫傳感器線纜長期遭紫外光照射，因此在其中添加抗紫外光防老劑則十分必要。光穩(wěn)定劑包括：光屏蔽劑，猝滅劑和紫外光吸收劑。

3.抗氧劑

添加抗氧劑可以抑制軸溫傳感器線纜老化過程中的自動氧化反應(yīng)。

四、結(jié)束語

（1）到目前為止，CRH380軸溫傳感器線纜的壽命預(yù)測方面已有研究成果，其中大多數(shù)壽命預(yù)測方法僅考慮了一種環(huán)境因素，在多種環(huán)境因素影響下的壽命預(yù)測研究則十分不足。

（2）CRH380B軸溫傳感器線纜的老化因素主要還是受到熱和紫外線的影響的因素較大，根據(jù)部分人工加速熱老化研究得出結(jié)論，線纜護套的壽命一般在7到8年之間，但由于只考慮了單方面的環(huán)境因素（如溫度，光照等）實際使用壽命應(yīng)該低于這年份，由于車底軸溫傳感器無法受到光照，其受紫外線因素影響可以忽略不計，因此車底軸溫線纜使用壽命也應(yīng)該大于轉(zhuǎn)向架周邊傳感器使用壽命。

（3）為延長線纜保護套使用壽命，可以根據(jù)不同線路的環(huán)境因素，可采取針對性的防老化措施，改善其存放環(huán)境，盡量存放于干燥環(huán)境，降低溫度濕度對其影響。

（4）經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)軸溫傳感器線卡處的壽命明顯小于未裝線卡處，因此在進行3 4級修作業(yè)時應(yīng)該仔細檢查線卡處是否有老化斷裂情況發(fā)生，從而及時更換。

參考文獻：

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