诌议有关轨道车辆产品的可靠性
摘要：文章通过作者亲身的实践工作经验总结的一些经验供参考。

关键词：轨道客车；设计
随着城市交通系统的日益发达，各种交通工具的频繁使用对其的安全问题也就提出了更高的要求，其中最重要的就是轨道客车，由于轨道客车的便捷和速度快的因素，深受各界的信赖。

轨道客车电子产品的可靠性对整个轨道客车运行的可靠性至关重要。

电子产品的可靠性设计包括电磁兼容设计、环境防护设计、电子元器件的选择与控制、热设计、降额设计等。

1.电磁兼容设计
1.1合理布线
布线应执行tb/t3153—2007《铁路应用机车车辆布线规则》中有关电磁兼容的规定。

所有电缆至少分为表1规定的3种类别。

尽可能将不同类别的电缆单独敷设，并保证电缆间的最小间距符合表2的规定。

当不同类别电缆的最小间距无法达到规定的距离时（尤其是a类与c类电缆的间距），应采用金属管道、金属板、金属导管或整体屏蔽等方法对电缆进行隔离。

1.2屏蔽
屏蔽就是对2个空间区域进行金属隔离，以控制一个区域的电场、磁场和电磁波对另一个区域的感应和辐射。

在轨道客车设计中，通常采用以下屏蔽措施：（1）选择高导电性的材料（铜、铝、钢）或
金属镀层、导电涂层作为屏蔽材料。

（2）尽可能的减少结构的电气不连续性，以便控制经外壳、箱体进出的泄漏辐射。

提高缝隙屏蔽效能的措施包括增加缝隙深度、减少缝隙长度、在结合面上加入电磁密封衬垫、在接缝处涂导电涂料等。

（3）用螺钉或通过铆接进行搭接时，应保证紧固方法有足够的压力，必要时缩短螺钉间的距离，以便在有变形应力、冲击、振动时保持良好的表面接触。

（4）箱体进线孔、出线孔处采用屏蔽管接头，并配套连接金属管或金属编织网套。

（5）将容易产生干扰或易被干扰的电缆设计成屏蔽电缆。

1.3接地
接地通常分为保护接地、工作接地、屏蔽接地，具体要求：（1）轨道客车电气设备的接地设计应符合tb/t2977—2000《铁道车辆金属部件的接地保护》的规定。

接地紧固件应为铜制或不锈材质；保护接地线与接地点应牢固连接，通过面接触导电，不应通过螺纹接触导电；保护接地线与钢结构的接触面不允许有任何非导电保护层，应做防锈、防腐处理；保护接地回路不应有开关或类似设备。

（2）工作接地是指为了电路或设备达到运行要求的接地，如变压器低压中性点的接地。

工作接地线应汇聚一点，避免共地干扰；工作接地线和保护接地线不应混接和相互代用。

（2）按照tb/t 3153—2007的规定，当屏蔽接地时，屏蔽区域应尽可能大。

如果有其他可行的方案，不应采用屏蔽层接出一根电线并通过连接器针脚接至接地点的方式。

按照tb/t1759—2003《铁道客车配线布线规则》的规定，电子产品的外壳屏蔽接地线的长度应不大于350 mm，特殊情
况下不大于500 mm；静态或低频信号电线电缆应采用单端接地；高频信号电线电缆应采用双端接地；金属线槽、线管，特别是不连续敷设的线槽、线管应多点接地，以保证整体接地良好。

2.环境防护设计
环境防护设计就是调查环境对产品可靠性的影响，研究对策，采取有效措施，选择、设计和制造耐环境的材料和元器件，提高产品的可靠性。

轨道客车运行过程中，电子产品处于冲击、振动、潮湿、高低温、盐雾、霉菌和辐射等恶劣环境下，需要采取以下环境防护设计。

2.1缓冲减振设计
轨道客车产品的设计应符合tb/t 3058—2002《铁路应用机车车辆设备冲击和振动试验》的规定。

对电子设备，振动、冲击的防护措施有：（1）消除和减弱振源，采用金属弹簧、空气弹簧、泡沫乳胶、减振器等隔振材料；（2）对振源进行隔离，防止高频激荡；（3）提高结构刚度，防止低频激振；（4）采用去耦措施，优化固有频率；（5）采用阻尼减振技术。

2.2防潮设计
当空气相对湿度大于80%时，很多电子设备中的有机及无机材料构件因受潮而导致重量增加、发胀、变形、金属构件腐蚀加速。

如果绝缘材料选用及工艺处理不当，会导致绝缘电阻下降，以致绝缘击穿，造成故障。

轨道客车运行环境中最大相对湿度达到95%左右，因此，其电子
产品必须从原材料选择、结构改进和工艺等方面采取防潮措施：（1）在满足性能的前提下，尽量采用吸湿性小并在湿热环境中性能稳定的材料。

（2）当2种金属材料直接接触时，应尽量选择电极电位接近的材料，以防电化学腐蚀。

（3）密封。

对防潮性能要求较高的器件应设计外壳，内部抽真空或充以保护气体。

（4）将处理过的组件或材料浸入不吸湿的绝缘漆中，用来填充孔、缝隙、毛细管等。

（5）灌封。

用热熔状态的树脂、橡胶等将电气组件浇注封闭，形成一个与外界完全隔绝的独立整体，如铁路专用荧光灯电子镇流器采用黑胶灌封的防护措施。

2.3防盐雾设计
盐雾与潮湿空气结合时，其中所含的半径很小的氯离子对金属保护膜有穿透作用，而盐和水结合能使材料导电，故可使绝缘电阻降低，引起金属电蚀、化学腐蚀加速，使金属件与电镀件受到破坏，从而降低电子产品的可靠性。

运行于沿海地区的轨道客车，其电子产品的防盐雾设计应满足：（1）必须使电子产品同盐雾环境隔离开来，一般采用密封、灌封或涂敷等方法。

（2）在半导体集成电路表面上形成金属保护镀层，可采用电镀、热浸、化学和电化学等方法。

涂敷对镀层厚度有一定的要求，但并非越厚越好。

2.4防霉设计
电子产品表面长霉后，会造成漏电，使绝缘电阻下降。

当绝缘材料生霉达3级时，绝缘电阻下降至1%，抗电强度降至35%。

霉菌代
谢物中的酸性物质对器件的结构材料具有腐蚀作用。

进行防霉设计时应考虑：（1）防霉设计要与防潮设计结合考虑，如优选三防涂料；（2）尽量选用防霉性能良好的材料；（3）设计良好的防霉使用环境，尽量控制温度、湿度，并保持空气流通。

3.电子元器件的选择与控制
在轨道客车设计中，元器件的选型与控制应符合en 50155—2001《铁路设施铁道车辆上使用的电子装置》的要求。

一般应做到：（1）建立元器件选用的控制机构；尽量压缩元器件的品种、规格及生产厂家；注重器件制造技术的成熟性（长期、连续、稳定、大批量、成品率高）；考查生产厂家的工艺水平、质量控制能力和产品信誉。

（2）制定元器件控制方案，拟定元器件优选清单；尽量选用标准和通用器件，慎重选用新品种和非标准器件；选用能提供完善的可靠性应用指南或规范的器件。

（3）进行必要的筛选，剔除因存在某种缺陷而会导致早期失效的元器件，从而提高元器件的使用寿命和可靠性。

4.热设计
轨道客车电子产品的工作温升不应超过gb/t21413.1—2008《铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则》的规定值。

尤其需要注意的是，应考虑短时发热（如设备启动和停止时冷却不够或滤网堵塞使冷却效果降低）等特殊情况。

热设计包括：（1）加快传导。

选用导热系数大的材料制造传导零件；加大与导热零件的接触面积；尽量缩短热传导的路径，在传导路径中不应有
绝热或隔热元件。

（2）加快对流。

加大温差，即降低周围对流介质的温度；加大流体与固体间的接触面积，如把散热器做成肋片、叉指形等；加大周围介质的流动速度，以便带走更多的热量。

（3）加快辐射。

发热体表面涂上散热的涂层；加大辐射体与周围环境的温差，亦即周围温度愈低愈好；加大辐射体的表面积。

5.降额设计
降额设计是使电子元器件的工作应力（如电、热、机械应力等）适当低于其额定值，从而达到降低基本故障率、保证系统可靠性的目的。

各种各样的电子元器件都是具有其最佳的降额范围，一般可分成3个降额等级。

设计上建议综合考虑设备体积、重量和成本等方面的因素，仔细查阅和参照产品的降额曲线，合理确定降额等级。

总之，研究城市轨道交通车辆的可靠性对保证其安全运营有着重要意义，希望本文对城市轨道交通车辆可靠性评价与维修能够提供一定的决策参考。

参考文献
[1]曾声奎，等.系统可靠性设计分析教程[m].北京：北京航空航天大学出版社，2001.。