干簧管性能篩選試驗(yàn)方法研究

欒 鵬，聶海濤

(沈陽航達(dá)機(jī)載設(shè)備公司，沈陽110122)

干簧管是由Western Electric 公司在1940年發(fā)明的，與傳統(tǒng)繼電器相比因其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域［1］，尤其在航空航天領(lǐng)域，干簧式在各種控制信號(hào)裝置上使用頻率越來越高［2］。本文通過改進(jìn)篩選試驗(yàn)方法，期望有效地剔除有缺陷的干簧管，防止早期失效情況發(fā)生，提高干簧管總使用壽命和增加航空產(chǎn)品的可靠性。

1 干簧管在飛機(jī)耗油控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 干簧管使用中存在的問題

干簧管是由密封在真空玻璃管中兩個(gè)相互平行的金屬簧片組成。永磁鐵的移動(dòng)磁場(chǎng)會(huì)使干簧管兩個(gè)簧片感受一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H 達(dá)到一定值的時(shí)候，兩個(gè)簧片被磁化形成異性磁極，產(chǎn)生相互吸引力矩，產(chǎn)生吸合，接通電路自動(dòng)工作。兩個(gè)簧片之間重疊面積的大小影響簧片吸合的磁力，一般外加磁場(chǎng)吸合時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為干簧管吸合安匝產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的2.5～3 倍。磁浮子對(duì)干簧管的作用產(chǎn)生的觸點(diǎn)吸合力為公式(1)所示:

式中:B—磁感應(yīng)強(qiáng)度(T);

S—簧片重疊面積(mm2)。

式中:L—觸點(diǎn)作用接觸部分的長(zhǎng)度(mm);

b—觸點(diǎn)的寬度(mm)。

表1 某型飛機(jī)配套產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)條件

干簧管對(duì)于飛行高度較高的新型號(hào)飛機(jī)也適用，如某新型號(hào)國(guó)產(chǎn)飛機(jī)要求在1.7 萬米以上工作、高頻高加速度隨機(jī)振動(dòng)(如表1 所示)、20 g以上的沖擊、極端溫度(低溫-65 ℃)范圍以及可靠工作10 000 次以上等要求［3］，但是容易出現(xiàn)故障。為了適應(yīng)這種極端工作條件，到現(xiàn)在為止，一直在進(jìn)行著提高干簧管使用壽命的研究。

干簧管的故障主要為簧片不吸合或吸合后不斷開。故障產(chǎn)生原因是簧片(含觸點(diǎn))、玻璃管生產(chǎn)制造過程中個(gè)別因素控制不好，加上極端環(huán)境應(yīng)力的影響造成磁吸引力、觸點(diǎn)壓力、接觸電阻和吸合釋放安匝發(fā)生顯著變化，使得干簧管動(dòng)作失誤，導(dǎo)致飛機(jī)燃油自動(dòng)控制部件出現(xiàn)故障。

1.2 干簧管篩選試驗(yàn)

在生產(chǎn)實(shí)際中，在無法提高干簧管生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，采取組裝前的二次質(zhì)量篩選試驗(yàn)，通過對(duì)干簧管的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)，剔除可能存在缺陷的干簧管，挑選出具有高質(zhì)量觸點(diǎn)的干簧管，來增加整體部件工作可靠性。

傳統(tǒng)篩選試驗(yàn)項(xiàng)目主要有:密封性、絕緣電阻、吸合釋放安匝、行程時(shí)間及工作行程、高低溫工作、振動(dòng)、壽命、濕熱試驗(yàn)等內(nèi)容［4］。

2 改進(jìn)措施

本文針對(duì)極限環(huán)境下新型飛機(jī)燃油自動(dòng)控制系統(tǒng)中干簧管的故障特點(diǎn)，總結(jié)其它文獻(xiàn)資料成果進(jìn)行分析，提出一些新試驗(yàn)方法和改進(jìn)措施。

2.1 高低溫試驗(yàn)方法的改進(jìn)

原來的試驗(yàn)方法是在極端溫度(高溫65 ℃、低溫-55 ℃)條件下，將各個(gè)干簧管置于GJB1930 中規(guī)定的各個(gè)檢測(cè)線圈(10 000 匝、φ0.04 mm)中，再對(duì)線圈兩端通電，干簧管能夠正常吸合和斷開即算合格，其檢測(cè)原理見圖1 所示。

圖1 干簧管高低溫試驗(yàn)檢測(cè)原理圖

這種試驗(yàn)是針對(duì)干簧管繼電器開關(guān)進(jìn)行的試驗(yàn)，而飛機(jī)燃油自動(dòng)控制系統(tǒng)中干簧管的動(dòng)作是磁浮子式開關(guān)(見圖2)，與干簧管繼電器工作原理相同，但是工作方式不同，尤其是在低溫篩選試驗(yàn)中，線圈通電后，產(chǎn)生的磁場(chǎng)逐漸變大，在某一溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的變化，容易產(chǎn)生對(duì)干簧管工作的誤判。

圖2 磁浮子開關(guān)式工作原理圖

所以針對(duì)以上情況改進(jìn)試驗(yàn)裝置，使干簧管的動(dòng)作完全符合產(chǎn)品工作時(shí)的狀況，裝入產(chǎn)品外殼內(nèi)，模擬正常工作狀態(tài)。在極端溫度下的條件下，通過模擬加放油使各個(gè)磁浮子能夠上下動(dòng)作，模擬出實(shí)際動(dòng)作狀態(tài)(裝置見圖3 所示)，使各個(gè)干簧管能夠吸合和斷開。這種方式更符合實(shí)際工作條件要求，可以篩選出實(shí)際工作條件下可能產(chǎn)生的不合格的干簧管。

圖3 組裝成磁浮子開關(guān)式工作圖

2.2 增加接觸電阻穩(wěn)定性檢查

以前對(duì)出現(xiàn)故障的干簧管進(jìn)行的復(fù)查過程中，在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)有許多干簧管簧片表面不光滑、有異物或有氧化層等微觀缺陷現(xiàn)象，而且難以通過外觀檢驗(yàn)完全篩查出來，造成干簧管吸合后接觸電阻增大，大大降低通過接觸部分的電流［5］，使與之后續(xù)連接的繼電器不能工作。干簧管的兩個(gè)觸點(diǎn)是以面積接觸觸點(diǎn)的方式進(jìn)行工作的，當(dāng)接觸電阻增大時(shí)可能大大降低接觸時(shí)的電流，使得系統(tǒng)中控制電路中繼電器線圈的吸合力小于復(fù)位彈簧的拉力無法吸合簧片，造成燃油自動(dòng)控制耗油失靈。接觸電阻的數(shù)值可由經(jīng)驗(yàn)公式

(3)計(jì)算出來［6］。

式中:F—觸點(diǎn)壓力(N);

Rj—接觸電阻(mΩ);

Kj—與接觸材料和表面積情況有關(guān)的系數(shù)，

在此取0.17;

m—與接觸形式有關(guān)的系數(shù)，取1.0。

所以接觸電阻設(shè)計(jì)理論值為:Rj=100 mΩ。本項(xiàng)目試驗(yàn)，有別與傳統(tǒng)意義進(jìn)行的單一接觸電阻篩查，而是考查接觸電阻的穩(wěn)定性，即對(duì)每個(gè)干簧管吸合動(dòng)作10 次時(shí)(排除前5 次)的接觸電阻數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出最大值(Rmax)和最小值(Rmin)，計(jì)算出穩(wěn)定值Rd=Rmax-Rmin，只有Rd 最小值或在一定的范圍內(nèi)(設(shè)定為≤30 mΩ)為最優(yōu)觸點(diǎn)的干簧管，試驗(yàn)方法是采用國(guó)軍標(biāo)中規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行，試驗(yàn)原理見圖4 所示。

圖4 接觸電阻檢測(cè)方法原理圖

增加此項(xiàng)篩查后，對(duì)以前出現(xiàn)的不合格品進(jìn)行分解，檢測(cè)干簧管性能，可以檢測(cè)出因?yàn)楦苫晒芡庥^和密封性不好等原因而造成的干簧管接觸電阻增大的故障，找到了飛機(jī)燃油自動(dòng)控制系統(tǒng)部件產(chǎn)品故障原因主要為干簧管故障而引起的結(jié)論。

2.3 增加抖動(dòng)時(shí)間檢查

當(dāng)兩個(gè)簧片不夠平行或不夠?qū)ΨQ等無法進(jìn)行后序測(cè)量的情況，在永磁鐵和簧片感應(yīng)磁場(chǎng)的雙重作用下，使兩個(gè)簧片間產(chǎn)生側(cè)向的相互扭轉(zhuǎn)，改變線圈電流、極性和觸點(diǎn)負(fù)載電流的穩(wěn)定性，產(chǎn)生觸點(diǎn)吸合過程中的抖動(dòng)［7］，見觸點(diǎn)回跳示意圖5。

圖5 典型觸點(diǎn)回跳記錄波形示意圖

制定抖動(dòng)時(shí)間檢測(cè)方法，試驗(yàn)電路見圖6 所示。

圖6 抖動(dòng)時(shí)間檢測(cè)方法原理圖

測(cè)試中線圈磁場(chǎng)為吸合安匝的2～3 倍為穩(wěn)定工作值，試驗(yàn)中抖動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)為不穩(wěn)定波形，超過要求抖動(dòng)時(shí)間的干簧管應(yīng)剔除，其抖動(dòng)時(shí)間要求如下圖7 所示。

圖7 抖動(dòng)時(shí)間測(cè)試范圍圖示

檢測(cè)抖動(dòng)時(shí)間對(duì)衡量觸點(diǎn)總的質(zhì)量來說至關(guān)重要，可以發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)的觸點(diǎn)磨損、氧化的情況，對(duì)于提高干簧管總壽命和成品可靠性具有重要意義。

3 改進(jìn)方法后實(shí)際應(yīng)用情況

改進(jìn)篩選試驗(yàn)方法后，提高了不合格干簧管篩出率和準(zhǔn)確率，為后續(xù)產(chǎn)品裝配提高了有效的質(zhì)量保障。半年內(nèi)，各個(gè)型號(hào)飛機(jī)燃油控制系統(tǒng)中油量傳感信號(hào)器產(chǎn)品的廠內(nèi)外故障率下降了1.24%，證明了此篩選試驗(yàn)方法能夠提高干簧管篩選合格率，篩選后的干簧管可靠性有了顯著提高，各個(gè)改進(jìn)結(jié)果的數(shù)據(jù)見下表2 的內(nèi)容。

表2 干簧管改進(jìn)結(jié)果對(duì)照表

4 結(jié)束語

干簧管和磁浮子組成液位信號(hào)開關(guān)裝置技術(shù)的推廣和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了飛行過程中自動(dòng)耗油控制，解決了飛機(jī)需人工干預(yù)進(jìn)行耗油控制，實(shí)現(xiàn)耗油自動(dòng)控制，對(duì)減輕飛 行員負(fù)擔(dān)，都具有深遠(yuǎn)的意義［8］。

對(duì)干簧管試驗(yàn)篩選技術(shù)的改進(jìn)，使為飛機(jī)配套的部件產(chǎn)品廠內(nèi)檢驗(yàn)合格率、外場(chǎng)配套裝機(jī)合格率均有效增加，保障了飛機(jī)飛行安全性和可靠性。

（References）：

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