抗振接线端子的研发与应用实践

　　抗振接线端子的研发与应用实践

　　甘侠峰¹ , 吕江¹ , 陈宏元² , 倪建胜² , 刘庆国² , 叶林云² , 薄福友³ , 张楠³

　　(1.上海地铁维护保障有限公司，上海 200000;2.凤凰电力有限公司，浙江温州 325000;3.北京菱泰机电技术有限公司，北京 100000)

　　【关键词】电缆接线端子;抗振动;软连接滤振;地铁牵引供电

　　1 产品研发背景与痛点分析

　　1.1 故障现象与原因分析

　　上海地铁线路普遍采用直流牵引供电系统，依靠接触网为列车供电，以走行轨作为电流回流通道。走行轨通过铜接线端子连接电缆，将电流回流至变电站，其中电缆头压装接线端子与铜排采用螺栓紧固连接，保证接触面贴合、电流回流通畅。 日常运维中发现，连接点位的电缆接线端子多次崩断(见图 1)，反复更换多个品牌商生产的连接端子后故障仍未根治。

　　图 1 接线端子崩断图片

　　接线端子崩断问题并非上海地铁独有。在国内地铁轨道领域，广州地铁、深圳地铁、北京地铁等多条线路均曾报告过类似故障：在弯道区段或道岔区域，由于列车通过时钢轨产生强烈横向振动，传统接线端子的螺栓连接部位长期承受交变

　　应力，导致金属疲劳、端子断裂。在电气化铁路接地系统中，类似问题同样突出，我国电气化铁路采用AT 供电方式或直供加回流线方式，钢轨兼作回流轨，其连接端子的可靠性直接关系到牵引供电系统的安全稳定运行。在高铁领域，虽然设计标准更高、材料选型更优，但在时速 350km/h 运行条件下，轨道结构振动频率和幅值显著增大，对接地系统连接件提出了更高的抗振要求。

　　基于上述行业痛点，本项目多方力量合作，开展防振动断裂电缆接线端子的研发与应用实践，旨在从结构设计层面根本解决振动疲劳断裂问题，为城市轨道交通及铁路接地系统提供一种经济可靠的连接解决方案。

　　经专项排查分析，电缆接线端子多次崩断的核心原因为：该点位位于列车运行弯道处，列车通行时会引发钢轨连接处产生强烈振动，长期持续振动致使接线端子出现金属疲劳，最终发生断裂。现有普通型接线端子在结构上未考虑抗振设计需求(见图 2)：现有接线端子的连接平板与电缆接头呈水平结构刚性连接，设备振动时，接头螺栓连接位置会随之上下高频晃动，持续往复受力导致端子平板与端子管部过渡部位应疲劳断裂。

　　图 2 旧款铜接头结构

　　从力学角度分析，传统国标接线端子在振动环境下相当于一个悬臂梁结构：螺栓连接点为固定端，电缆接头端为自由端。当钢轨发生垂直或横向振动时， 自由端产生较大位移，在端子固定端(螺栓孔附近或平板与管部过渡处)形成应力集中。经过数万次的交变载荷作用后，该区域首先出现微观裂纹，裂纹逐渐扩展直至宏观断裂。这一失效模式在工程力学中属于典型的疲劳断裂，其根本原因在于结构设计未能有效隔离、过滤或吸收振动能量。

　　2 抗振原理与技术路线

　　2.1 软连接滤振原理

　　传统接线端子采用刚性连接方式，端子平板与压线连接管为一体式结构，振动能量直接传递至连接界面，导致螺栓孔周围或平板与压线管过渡处产生应力集

　　中。本项目提出的“软连接滤振”理念，核心在于通过在接线端子中引入柔性过渡结构，将刚性连接转化为“刚性-柔性-刚性”的串联系统，利用柔性段的弹性形变吸收和耗散振动能量，从而保护关键连接部位免受振动损害。

　　从振动理论角度分析，该系统可简化为一个质量-弹簧-阻尼系统：接线端子的主体部分相当于质量块，多层铜箔复合堆叠结构相当于弹簧元件，材料内部的形变阻尼则提供耗能机制。当外部振动输入时，柔性结构产生弹性位移，将高频振动能量转化为结构的弹性应变能，并逐步耗散，从而大幅降低传递到螺栓连接界面的振动幅值与振动能量。这一滤振原理在轨道交通电气连接领域属创新应用。

　　2.2 多层铜箔整体热熔成型的结构设计

　　针对上述抗振原理，项目团队共同完成了接线端子的结构优化设计，研发出防振断—新型抗振接线端子(见图 3)。新款接线端子相较于普通接线端子增设多层铜箔复合堆叠整体热熔成型结构，兼具原有良好的导电接触性能与结构韧性，可有效缓冲和吸收设备运行产生的振动应力，从根源解决端子疲劳断裂问题。

　　图 3 抗振接线端子

　　该结构的具体工作机制如下：(1)弯折段形成几何过渡区，多层铜箔大大增加了表面积，有利于散热;(2)多层铜箔堆叠结构相当于多个并联柔性导电片，各层之间存在一定的相对滑动空间，能够适应振动引起的微小位移，避免刚性约束导致的应力集中;(3)整体结构保持了良好的导电性能，接触电阻及通涌电流承受能力完全满足要求。

　　此外，该设计还充分考虑了工程实用性：整体结构便于标准化批量生产，模具加工难度低，成本控制可行;安装方式与传统端子完全兼容，无需对现有设备做大幅改造，有利于快速推广应用。

　　3 多方合作研发过程

　　本项目的成功研发离不开合作三方的深度协作。上海地铁维护保障有限公司、北京菱泰机电技术有限公司与凤凰电力有限公司三方充分发挥各自优势，形成了从需求提出、技术研发到产品落地、工程应用的完整创新链条。

　　3.1 各方角色与分工

　　上海地铁维护保障有限公司是上海申通地铁集团有限公司下属的轨道交通设施设备专业维护保障单位，主要承担着上海轨道交通车辆、供电、触网、通信、信号、桥隧、线路、结构等专业设施设备的维护保障任务。公司下辖车辆、供电、

　　通号、工务、物资和后勤五家分公司，致力于为上海轨道交通的“安全、高效、便捷”保驾护航，坚持“精检细修，安全可靠”的管理理念，构建了以RAMS 为核心的设施设备管理体系。上海地铁维护保障有限公司凭借丰富的现场运维经验，精准识别了接线端子崩断的故障机理，提出了项目需求，同时负责现场安装验证相关的工程应用。

　　凤凰电力有限公司是一家拥有浙江、江苏两大生产研发基地的集研产销于一体的电力领军企业。公司产品有电力金具、高压电气、电缆附件、电气化铁路接触网配件和塑料制品等。其中“凤凰牌 ”电缆接线端子、电力金具、电缆附件等多类产品在国网、南网、核电系统享有很高的声誉。项目主创团队人员作为产品研发的核心力量，负责接线端子的结构设计、模具开发、生产工艺优化及第三方试验送检等关键环节，确保了产品从设计理念到批量生产的顺利转化。

　　北京菱泰机电技术有限公司成立于 2005 年，二十多年以来专注于提供城市轨道交通均回流系统电缆与钢轨连接、防雷接地技术的开发和应用，以及提供地铁运营期专业的技术支持和现场服务。其主要产品包括均回流系统电缆与钢轨连接产品、接触网系统电压均衡器。该公司秉承“将先进的放热焊接、低温钎焊铜排连接、胀钉栓接技术及防雷产品应用于国内的轨道交通行业”的宗旨，已为全国 100多条轨道交通线路提供了专业技术服务。北京菱泰机电技术有限公司凭借在轨道交通接地系统领域的深厚技术积累，深度参与了现场运行效果评估与推广。

　　3.2 研发协作流程

　　三方合作研发经历了需求对接、方案设计、样件试制、试验验证、工程试用五个阶段。完成样件试制后，送交杭州赛博力学环境试验有限公司进行第三方振动与冲击试验(试验报告编号：SAIBO-ZC-032301-2026)，根据试验结果进一步优化产品结构。后续小批量生产，在地铁轨道系统进行了试运行安装。

　　4 技术创新与第三方试验验证

　　4.1 专利技术创新

　　本项目研发成果已获得国家实用新型专利保护。专利名称为“一种抗振动接线端子”，专利号 ZL 2020 2 1962053.9.该专利的核心创新点在于：(1)提出了一种具有多层铜箔复合堆叠结构的抗振动接线端子，通过柔性段的弹性变形实现振动能量的吸收与耗散;(2)设计了一体式热熔成型结构，在保证导电性能的同时显著提高结构的抗疲劳性能;(3)优化了螺栓连接区域的几何形状，降低了应力集中系数，延长了使用寿命。

　　4.2 关键技术指标

　　与同类产品相比，该接线端子在以下方面具有显著优势：(1)抗振性能大幅提升，经第三方试验验证，在垂直、横向、纵向三个方向的振动和冲击试验后外观结构完好;(2)接触电阻稳定，弯折结构未对导电性能产生不利影响;(3)

　　安装维护便捷，与传统端子兼容，可直接替换使用。

　　4.3 试验条件与标准

　　试验依据 GB/T 21563-2018《轨道交通设备 机车车辆和线路设备 谱密度法振动试验》标准进行。试验项目包括：(1)功能振动试验：分别在垂直、横向、纵向三个方向施加规定谱密度的振动载荷，模拟设备在实际运行中承受的振动环

　　境;(2)模拟长寿命振动试验：按照 2 类转向架安装 ASD 频谱，对样品施加加速度谱密度载荷，频率范围 2Hz～250Hz;(3)冲击试验：采用半正弦波波形，峰值加速度 300m/s² , 脉冲持续时间 18ms，试验方向为±X、 ±Y、 ±Z 共 6 个方向，每个方向 3 次，共计 18 次冲击。

　　试验环境条件为：力学试验区内，室内温度 18℃ , 室内湿度 52%RH。试验过程中，通过传感器实时采集振动加速度信号，记录各方向的振动响应曲线。

　　图 4 试验中产品状态

　　图 5 试验后产品状态

　　4.4 试验结果

　　经过上述严格的振动与冲击试验后，试验结果如下：

　　由上表可见，该型抗振接线端子在功能振动试验、模拟长寿命振动试验和冲击试验三项测试中，试验后样品外观结构均完好，符合技术要求。特别是模拟长寿命振动试验模拟了设备在整个使用寿命期间可能承受的累积振动损伤，该试验的通过充分证明了产品在长期振动环境下的结构可靠性。冲击试验中，样品在±X、 ±Y、 ±Z 六个方向各承受 3 次、峰值加速度达 300m/s² 的冲击载荷(共计 18 次冲击)后仍保持完好，表明其具有优异的抗冲击性能。

　　图 5 展示了试验后样品的检查照片(产品外观颜色差异为背景颜色导致的色差，检查时电缆导线外皮剥除)，可见样品外观无裂纹、无变形、无松动，滤振连接

　　部位完好，充分验证了该型抗振接线端子的抗振动性能达到了设计要求。

　　5 工程应用与效果

　　新型抗振接线端子改造投用后(见图6)，现场应用效果显著。该接头的多层铜箔滤振缓冲结构可有效抵消列车过弯时产生的高频振动，大幅降低铜接头及连接部位的受力疲劳损耗。 自改造完成以来，该弯道点位未再发生铜接头崩断故

　　障，彻底解决了原有线路接线端子损坏、频繁更换的问题。

　　图 6 实际使用效果

　　同时，接头始终保持良好的导电接触状态，回流电路稳定通畅，有效提升了地铁牵引供电系统的运行可靠性，减少了设备故障停运及反复维保的人力物力成本

　　，保障了线路列车安全平稳运营。具体效果体现在以下几个方面：

　　(1)故障率显著降低。改造前，该弯道点位接线端子崩断故障频发，平均每月需更换 2~3 次，改造后运行至今未再发生同类故障，故障率降低 100%。

　　(2)运维成本大幅下降。传统接线端子每次更换需出动维修人员 2~3 人，耗时 1~2 小时，且需封锁部分线路以确保安全。新型接线端子投用后，免去了反复更换的维修工作量，每年可节约运维成本数万元。

　　(3)供电可靠性提升。接线端子崩断不仅影响设备正常运行，还可能导致回流电路中断，影响列车运行安全。新型接线端子的可靠运行有效保障了牵引供电系统的连续性，提升了乘客出行体验。

　　(4)安装维护便捷。新型接线端子与传统安装方式兼容，无需对现有铜排和电缆做结构性改造，只需替换原有端子即可，施工周期短、对运营影响小。

　　6 应用前景分析

　　6.1 在地铁轨道领域的应用前景

　　我国城市轨道交通发展迅速，截至 2025 年底，全国已有超过 60 个城市开通运营地铁线路，总里程超过 10000 公里。在地铁运营过程中，接线端子崩断是各城市地铁公司普遍面临的运维难题，尤其在弯道区段、道岔区域等振动敏感部位更为突出。本项目抗振接线端子在地铁线路运用经验表明，采用抗振接线端子可以有效解决这一问题。该产品可广泛应用于地铁车辆段、停车场、正线区间等部位的回流电缆连接，具有推广价值大、改造成本低、效果显著等特点。

　　6.2 在电气化铁路、高铁接地系统中的应用前景

　　我国电气化铁路里程已超过 12000 公里，覆盖全国主要铁路干线。电气化铁路的牵引供电系统依赖钢轨作为回流通道，钢轨与回流电缆之间的连接可靠性直接关系到牵引供电系统的安全运行。在山区铁路、桥梁隧道等复杂地段，列车运行产生的振动更为剧烈，传统接线端子的故障率更高。抗振接线端子凭借其优异的抗振性能，可广泛应用于电气化铁路的 AT 所、分区所、开闭所等关键部位的接地连接，提高接地系统的抗振可靠性，减少维护工作量。

　　高铁网络已建成“八纵八横”主骨架，运营里程超过45000 公里。虽然高铁在设计阶段对接地系统采用了更高的标准，但在实际运营中，时速 350km/h 运行条件下轨道结构振动频率高、幅值大，对接地连接件的抗振疲劳性能提出了严峻挑战

　　战。 日本新干线和欧洲高铁的经验表明，接地连接件的振动疲劳失效是高铁运维中的重要问题。抗振接线端子的软连接滤振设计理念与高铁对高可靠性连接的需求高度契合，未来可在高铁牵引变电所接地系统、轨道电路回流连接等场景中推广应用。

　　7 结论

　　本文介绍了抗振接线端子的研发背景、抗振原理、多方合作研发过程及工程应用效果，得出以下结论：

　　(1)地铁弯道区段接线端子崩断问题的根本原因在于传统水平式结构的刚性连接方式无法有效隔离振动能量，导致常规端子产生应力集中和疲劳断裂。

　　(2)本项目提出的“软连接滤振”技术方案，通过多层铜箔复合堆叠的虑振结构，将刚性连接转化为“刚性-柔性-刚性”串联系统，利用柔性段的弹性变形吸收和耗散振动能量，从根源上解决了振动断裂问题。

　　(3)凤凰电力有限公司、上海地铁维护保障有限公司、北京菱泰机电技术有限公司三方的深度合作，实现了从问题识别、技术研发、试验验证到工程应用的完整创新链条，确保了产品的实用性和可靠性。

　　(4)产品已获国家实用新型专利(ZL 2020 2 1962053.9)，并通过依据

　　GB/T 21563-2018 标准的第三方振动与冲击试验验证，三项试验结果均显示样品外观结构完好，符合技术要求。

　　(5)工程应用效果显著，已试装运行区段改造后未再发生接线端子崩断故障，运维成本大幅降低，供电可靠性显著提升。

　　(6)该产品在地铁轨道、电气化铁路接地系统及高铁等领域具有广阔的应用前景，建议在各城市轨道交通运营单位和铁路供电部门中推广应用。

　　参考文献

　　[1] GB/T 21563-2018. 轨道交通设备 机车车辆和线路设备 谱密度法振动试验[S]. 北京 : 中国标准出版社, 2018.

　　[2] EN 50343 :2024. Railway applications — Rolling stock — Rules for installation of cabling [S]. Brussels: European Committee for Electrotechnical Standardization, 2024.