電連接器間歇故障復(fù)現(xiàn)與評估關(guān)鍵技術(shù)分析

張林亞

摘 要：間歇故障是目前很多實(shí)戰(zhàn)性裝備在使用過程中，無故障發(fā)現(xiàn)事件的重要來源，在一定程度上增加了裝備的運(yùn)行隱患和保障負(fù)擔(dān)?；诖?，本文從分析電連接器間歇故障的影響因素，從而探討基于步進(jìn)應(yīng)力的電連接器間歇故障復(fù)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及基于HSMM的電連接器使用狀態(tài)評估。

關(guān)鍵詞：電連接器;間歇故障;關(guān)鍵技術(shù)分析

間歇故障很容易引發(fā)裝備維修保障及運(yùn)行等問題，為更好解決此類問題，就需要檢測并診斷裝備中的一些間歇故障。但是間歇故障在裝備內(nèi)環(huán)境下的狀態(tài)是停止的，所以，在進(jìn)行檢測與診斷前，需要復(fù)現(xiàn)出間歇故障，以便更好的進(jìn)行觀測。

1.電連接器間歇故障的影響因素分析

1.1接觸件損傷

接觸件損傷是比較常見的一種間歇故障，主要是由電連接器插針和插孔相互壓接而成。并在壓接處形成金屬性導(dǎo)電接觸面，而接觸面作為關(guān)鍵部件，能夠使電連接器起到傳導(dǎo)信號或電能的作用，與此同時(shí)，由于接觸面的壓接方式的原因，久而久之接觸面成了接觸件的可靠性薄弱處。因此，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體互相接觸并進(jìn)行電能傳遞或信號輸送時(shí)，無論兩個(gè)導(dǎo)體表面是否經(jīng)過精細(xì)加工，在微觀上永遠(yuǎn)都是坎坷不平的。

1.2環(huán)境應(yīng)力

一般情況下，振動(dòng)、沖擊、循環(huán)溫濕度等都能產(chǎn)生外部環(huán)境應(yīng)力。相比損傷退化分析中的環(huán)境效應(yīng)，環(huán)境應(yīng)力在間歇故障分析中屬于即時(shí)效應(yīng)，當(dāng)環(huán)境應(yīng)力出現(xiàn)時(shí)才有可能出現(xiàn)間歇故障，而應(yīng)力消失，間歇故障也會(huì)隨之消失。而電連接器在使用過程中，最常見的是振動(dòng)應(yīng)力與溫度應(yīng)力。

1.2.1溫度應(yīng)力

電連接器間歇故障的誘因主要是電連接器的接觸件材料特性受到了一定的影響。例如，接觸件插針和插孔會(huì)隨著溫度的變化發(fā)生微小膨脹或收縮，也要將電連接器插針和插孔的過盈設(shè)計(jì)考慮在內(nèi)，因此需要在接觸面產(chǎn)生一個(gè)接觸壓力。

1.2.2振動(dòng)應(yīng)力

另一種情況，電連接器也會(huì)受到振動(dòng)應(yīng)力的作用，振動(dòng)應(yīng)力利用電連接器殼體傳導(dǎo)至絕緣體，促使驅(qū)動(dòng)插針和插孔發(fā)生有方向的移動(dòng)，同時(shí)，因受到電連接器緊固件的約束，插針和插孔將在微小范圍內(nèi)出現(xiàn)，從而導(dǎo)致接觸件金屬接觸面出現(xiàn)磨損。

2.基于步進(jìn)應(yīng)力的電連接器間歇故障復(fù)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1基于步進(jìn)應(yīng)力的間歇故障加速復(fù)現(xiàn)原理

步進(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)中有很多應(yīng)力等級，每個(gè)加速應(yīng)力等級下的間歇故障會(huì)不斷的累積次數(shù)特征，一次復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)過程中，需要累加多個(gè)應(yīng)力等級下的間歇故障次數(shù)，就能得到復(fù)現(xiàn)的間歇故障次數(shù)特征量。如圖1所示。

圖中加速應(yīng)力的等級分別用S1，S2，S3，S4表示，圖中藍(lán)色曲線代表的是步進(jìn)應(yīng)力下復(fù)現(xiàn)的間歇故障累積次數(shù)特征量的增長過程，產(chǎn)品服役環(huán)境應(yīng)力下的間歇故障次數(shù)累積過程用紫色曲線來表示，圖中加速應(yīng)力下的間歇故障次數(shù)累積速度大于產(chǎn)品服役環(huán)境應(yīng)力，并且較高加速應(yīng)力下的間歇故障累積速度大于較低應(yīng)力，步進(jìn)應(yīng)力下的間歇故障累積速度呈增大趨勢。倘若服役環(huán)境應(yīng)力下，產(chǎn)品在（0，tF，S0）區(qū)間內(nèi)發(fā)生了 NF，S0次間歇故障。在步進(jìn)應(yīng)力復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)中，復(fù)現(xiàn)出服役環(huán)境應(yīng)力下的間歇故障次數(shù)時(shí)間為 tF，S，顯然 tF，S

2.2基于步進(jìn)應(yīng)力的電連接器間歇故障加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1基于步進(jìn)應(yīng)力的間歇故障加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

對電連接器間歇故障進(jìn)行步進(jìn)振動(dòng)應(yīng)力加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，須事先選定一組加速振動(dòng)水平S1，S2…Sk，其取值均應(yīng)高于或等于正常工作振動(dòng)水平S0，對應(yīng)有加速振動(dòng)階段轉(zhuǎn)化時(shí)間t1，t2…tk。試驗(yàn)開始時(shí)，將間歇故障狀態(tài)下的電連接器置于振動(dòng)水平S1下進(jìn)行復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，同時(shí)監(jiān)測并統(tǒng)計(jì)間歇故障特征，經(jīng)過一段時(shí)間，如t1后，把振動(dòng)量級提高至S2，繼續(xù)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，依次進(jìn)行試驗(yàn)提升加速振動(dòng)水平，直到在 Sk加速振動(dòng)水平下持續(xù) tk直至試驗(yàn)結(jié)束。

2.2.2基于步進(jìn)應(yīng)力的間歇故障加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)算法

經(jīng)過簡化，得到步進(jìn)應(yīng)力間歇故障加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)變量包括最低加速振動(dòng)應(yīng)力水平 S1，應(yīng)力水平數(shù) k，以及各振動(dòng)應(yīng)力的轉(zhuǎn)換時(shí)間 τi，在定時(shí)截尾和等間隔應(yīng)力等級劃分的假設(shè)下，通過確定一組{S1，k，τi}就得到一個(gè)步進(jìn)應(yīng)力復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中包含多參量和非線性約束，因此對最優(yōu)步進(jìn)應(yīng)力加速復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)的搜索屬于含非線性約束的多參數(shù)優(yōu)化問題。

2.3基于 HSMM的電連接器使用狀態(tài)評估

首先構(gòu)建基于HSMM的電連接器使用狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，然后進(jìn)行模型訓(xùn)練，通過對間歇故障特征信息進(jìn)行提取，獲取各使用狀態(tài)下的間歇故障廣義強(qiáng)度樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)用參數(shù)重估算法對各使用狀態(tài)下的HSMM參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，建立評估模型庫和分類器;獲取待評估狀態(tài)下的間歇故障廣義強(qiáng)度特征數(shù)據(jù)，應(yīng)用訓(xùn)練得到的模型庫和分類器，計(jì)算輸入樣本在各模型參數(shù)條件下的條件概率P（O|λi），得到樣本的使用狀態(tài)。

結(jié)論

由此可見，電子設(shè)備中間歇故障的重要來源是連接型間歇故障，并且在現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛存在，而電連接器屬于連接型部件的范圍內(nèi)，除了電連接器，電子設(shè)備中還包含焊點(diǎn)、管腳、電線等連接型器件，針對這些元器件的間歇故障機(jī)理、檢測、診斷、評估與預(yù)測的研究也值得進(jìn)一步探索。

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