張 軍

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所,安徽蚌埠,233010)

工藝與材料

JY24-180系列電磁式預(yù)熱繼電器工程化改進(jìn)

張 軍

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所,安徽蚌埠,233010)

根據(jù)產(chǎn)品在工程上大批量使用情況反饋，通過(guò)使用觸點(diǎn)助接觸劑、改進(jìn)動(dòng)磁芯與隔磁管配合間隙、改進(jìn)靜觸點(diǎn)安裝固定方式、改進(jìn)主反力彈簧的固定穩(wěn)定度等措施，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，解決了工程中出現(xiàn)的故障，對(duì)同類產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)提升具有較好的實(shí)際參考意義。

預(yù)熱繼電器;預(yù)熱；改進(jìn)

1 引言

JY24-180系列電磁式預(yù)熱繼電器是我司根據(jù)用戶的需要，開(kāi)發(fā)的大功率電磁式預(yù)熱繼電器產(chǎn)品，輸入端系統(tǒng)電壓符合12VDC、24 VDC等電壓等級(jí)要求。用于符合國(guó)Ⅳ及以上階段機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)。與JGY24(12)-150系列固態(tài)式預(yù)熱繼電器一起，構(gòu)成了完整的預(yù)熱控制系統(tǒng)的預(yù)熱繼電器產(chǎn)品線，滿足不同用戶的不同使用場(chǎng)合的要求。

經(jīng)過(guò)近一年的產(chǎn)業(yè)化孵化工作，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)批量化生產(chǎn)和工程化配套使用，在生產(chǎn)過(guò)程及用戶在工程使用中的反饋，也體現(xiàn)出該產(chǎn)品設(shè)計(jì)起初在工程適應(yīng)性方面不足之處，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量提升及外部反饋的改進(jìn)要求，多功能小組對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了工程化改進(jìn)，顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

2 產(chǎn)品改進(jìn)

工程化改進(jìn)的項(xiàng)目一般沒(méi)有設(shè)計(jì)原理上的改變和創(chuàng)新，都是產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證及小批量使用中不會(huì)或很難發(fā)現(xiàn)的不足之處，結(jié)合產(chǎn)品批量化生產(chǎn)和用戶在大量的、長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際使用過(guò)程中，在具體的安裝、使用條件下，在各種復(fù)雜的工況條件中產(chǎn)品所暴露出來(lái)的在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初時(shí)沒(méi)有考慮到或考慮不足的部分。這些都需要產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的生產(chǎn)和一段時(shí)間的工程使用，對(duì)反饋的問(wèn)題進(jìn)行分析、總結(jié)，改進(jìn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，對(duì)提高產(chǎn)品的安全性、質(zhì)量一致性、可靠性、維修性、保障性和環(huán)境適應(yīng)性等性能指標(biāo)，具有切實(shí)的實(shí)際意義。經(jīng)過(guò)工程化改進(jìn)的產(chǎn)品也更符合實(shí)際工況的要求，更符合客戶的要求。

2.1 接觸性能改進(jìn)

在公司內(nèi)部進(jìn)行產(chǎn)品貯存試驗(yàn)中以及用戶在小批量產(chǎn)品試用驗(yàn)證過(guò)程中，都發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的接觸電阻經(jīng)過(guò)一段時(shí)間、溫度和濕度作用之后，再次加電起動(dòng)，在開(kāi)始工作的前3次循環(huán)的接觸電阻比產(chǎn)品起初裝配時(shí)的接觸偏大，隨后接觸電阻即恢復(fù)正常數(shù)值。

該繼電器整體結(jié)構(gòu)為非密封式的結(jié)構(gòu)。經(jīng)分析得知，為保證產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間工作機(jī)制的要求，觸點(diǎn)系統(tǒng)的材質(zhì)選用性價(jià)比較好的銅基合金，觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)清洗、烘干后裝配，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品表面沒(méi)有氧化膜等雜志，加電測(cè)試接觸系統(tǒng)的接觸電阻符合要求。觸點(diǎn)在有溫度、濕度綜合作用的環(huán)境中放置一段時(shí)間之后，會(huì)在觸點(diǎn)表面形成附著膜、氧化膜和硫化膜等有害膜層，隨放置時(shí)間的變長(zhǎng)，有害膜層的厚度越厚，拆解產(chǎn)品也會(huì)看到觸點(diǎn)表面由初始的銅基合金的本色，顏色變?yōu)榛野?，加電測(cè)試接觸電阻增加。負(fù)載系統(tǒng)的電流為80A～150A，觸點(diǎn)接觸系統(tǒng)在吸合和斷開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧，由于電弧對(duì)觸點(diǎn)表面的燒蝕，起到了對(duì)觸點(diǎn)表面進(jìn)行 “電清洗”作用，清除了觸點(diǎn)表面的有害膜層，當(dāng)產(chǎn)品再次工作循環(huán)時(shí)，觸點(diǎn)系統(tǒng)的接觸電阻又恢復(fù)正常。

為避免觸點(diǎn)在貯存期間的表面有害膜層的產(chǎn)生，保證接觸性能的穩(wěn)定，除在產(chǎn)品裝配過(guò)程中加強(qiáng)潔凈工藝，避免人手等對(duì)觸點(diǎn)的接觸造成污染外，需要對(duì)觸點(diǎn)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐扛?，以保證觸點(diǎn)在復(fù)雜的環(huán)境中保持優(yōu)良的接觸性能。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析油狀、脂狀和蠟狀等各種觸點(diǎn)潤(rùn)滑保護(hù)脂的性能，本產(chǎn)品采用潤(rùn)滑劑與金屬緩蝕劑結(jié)合成一體的固體薄膜助接觸劑，使用時(shí)是有效物質(zhì)溶融溶液浸泡，對(duì)觸點(diǎn)表面進(jìn)行涂覆，然后經(jīng)過(guò)一定的后處理程序處理。該助接觸劑的分子是具有永久偶極矩的強(qiáng)極性分子，通過(guò)分子端基所具有的靜電場(chǎng)力和配位場(chǎng)力，與觸點(diǎn)金屬表面原子形成化學(xué)鍵結(jié)合。該助接觸劑分子的另一端為長(zhǎng)鏈狀基團(tuán)，它既具有極好的潤(rùn)滑性，又具有極強(qiáng)的憎水性，有效地阻擋腐蝕介質(zhì)及分子接觸金屬表面，使其避免形成化學(xué)和電化學(xué)腐蝕的條件，起到一個(gè)良好的保護(hù)作用，又能起到良好的潤(rùn)滑作用。

經(jīng)過(guò)對(duì)觸點(diǎn)表面涂覆保護(hù)的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，產(chǎn)品的接觸系統(tǒng)的接觸性能得到改善，解決了以上問(wèn)題。在使用中要注意浸泡溶液的濃度配比及后處理工藝，以實(shí)現(xiàn)最佳涂覆效果。

2.2 動(dòng)磁芯改進(jìn)

客戶外反饋有的產(chǎn)品裝機(jī)使用一段時(shí)間后，輸入控制端斷電后，繼電器輸出端依然處于接通狀態(tài)，使預(yù)熱加熱器長(zhǎng)時(shí)間通電工作，產(chǎn)生非預(yù)期的不良后果。提示產(chǎn)品不要出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象。

為明確故障件真實(shí)故障原因，通過(guò)拆解故障件來(lái)還原分析。首先將固定上蓋組件的螺帽松開(kāi)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜觸點(diǎn)雖然由于已經(jīng)使用一段時(shí)間有一定程度的燒蝕磨損，但是并沒(méi)有粘接，在定磁芯表面有大量的顆粒狀觸點(diǎn)燒蝕物堆積；再用手拉試動(dòng)磁芯組件時(shí)，發(fā)現(xiàn)在某一位置度時(shí)，推拉動(dòng)磁芯組件有一定的阻力；再對(duì)主體部分進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)隔磁管內(nèi)壁有綠銹點(diǎn)及有顆粒狀觸點(diǎn)燒蝕物附著在動(dòng)磁芯與隔磁管之間，說(shuō)明故障原因?yàn)橛捎诟舸殴芘c動(dòng)磁芯之間有異物，當(dāng)輸入端掉電后，導(dǎo)致動(dòng)磁芯組件在反力彈簧作用下不能夠正確復(fù)位，從而造成的卡頓。

為解決觸點(diǎn)燒蝕物造成的卡頓現(xiàn)象，必須調(diào)整動(dòng)磁芯與隔磁管之間的間隙，間隙小，磁力線泄露少，磁力使用效率高，動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)的接觸對(duì)稱性好，電接觸平衡，但是易造成動(dòng)磁芯卡頓。間隙大，漏磁率高，也不易保證動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)之間的接觸對(duì)中，需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果最終確定一個(gè)最佳值。同時(shí)也要做好銅質(zhì)的隔磁管的防銹防護(hù)，避免隔磁管在濕熱條件下生銹，材質(zhì)改成不銹鋼或者進(jìn)行電鍍，其防銹效果更佳，同時(shí)在動(dòng)磁芯表面涂覆脂狀的潤(rùn)滑脂，起到長(zhǎng)期防銹和潤(rùn)滑效果。

2.3 靜觸點(diǎn)安裝改進(jìn)

客戶外反饋有的產(chǎn)品裝機(jī)使用一段時(shí)間后，輸入點(diǎn)加電后產(chǎn)品工作時(shí)，繼電器輸出端兩個(gè)銅電極的溫度不一致，有一只輸出銅電極溫度偏高。經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)際故障件工況，兩個(gè)銅電極采用螺帽加彈墊的安裝方式。用力矩扳手復(fù)緊固定鎖緊螺母及用手拉試輸出端線束，發(fā)現(xiàn)螺母鎖緊力矩很小，與建議的產(chǎn)品安裝鎖緊力矩差別較大，再經(jīng)拆解故障件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)銅電極安裝在上蓋上不是緊固安裝。

本產(chǎn)品為解決負(fù)載負(fù)荷和產(chǎn)品體積的矛盾，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式采用了橋式雙斷點(diǎn)的型式，橋式雙斷點(diǎn)的結(jié)構(gòu)型式要保證兩個(gè)靜觸點(diǎn)的電接觸面位于同一個(gè)接觸位置，這樣才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)所要求的雙斷點(diǎn)的接觸與斷開(kāi)的同步的要求。當(dāng)兩個(gè)靜觸點(diǎn)的接觸面不一致時(shí)，在產(chǎn)品加電吸合時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)實(shí)際上是先與一個(gè)靜觸點(diǎn)接觸，然后再與另一個(gè)靜觸點(diǎn)接觸；掉電斷開(kāi)時(shí)，順序正好相反，實(shí)際上是單斷點(diǎn)的接觸形式，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)的雙斷點(diǎn)的接觸型式。

當(dāng)兩個(gè)靜觸點(diǎn)電接觸面不在同一個(gè)接觸面時(shí)，兩個(gè)靜觸點(diǎn)電接觸面相差g。產(chǎn)品吸合時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)先與左邊的靜觸點(diǎn)接觸，這是純粹的物理接觸，不會(huì)產(chǎn)生電弧，或產(chǎn)生的電弧很小，當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與右邊的靜觸點(diǎn)接通時(shí)，這時(shí)是電接觸，會(huì)產(chǎn)生電??；當(dāng)輸入端掉電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)在反力彈簧的作用下，要與靜觸點(diǎn)斷開(kāi)。則先與右邊的靜觸點(diǎn)斷開(kāi)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，然后再與左邊的靜觸點(diǎn)斷開(kāi)，此時(shí)僅僅是物理上的斷開(kāi)，不會(huì)產(chǎn)生電弧或產(chǎn)生的電弧很小。由于電弧對(duì)觸點(diǎn)的燒蝕作用，隨產(chǎn)品工作次數(shù)的增加，對(duì)兩個(gè)靜觸點(diǎn)的燒蝕程度差別會(huì)逐步增大，兩個(gè)觸點(diǎn)的電接觸平面的間隙g也相應(yīng)逐漸增大，實(shí)際產(chǎn)品上的兩個(gè)觸點(diǎn)的燒蝕狀況，左邊的觸點(diǎn)燒蝕嚴(yán)重，右邊的觸點(diǎn)燒蝕程度相對(duì)較輕。同時(shí)由于間隙g的存在，兩個(gè)靜觸點(diǎn)與動(dòng)觸點(diǎn)間的觸點(diǎn)壓力也有一定的差異，進(jìn)而造成接觸電阻不一致。由于電弧的燒蝕作用，及接觸電阻的不一致，產(chǎn)品工作時(shí)對(duì)外表現(xiàn)是兩個(gè)靜觸點(diǎn)的溫度不一致。隨靜觸點(diǎn)多次的熱脹冷縮循環(huán)，以及車(chē)在環(huán)境的振動(dòng)因素的影響，兩個(gè)電極上線束的固定螺母鎖緊程度就會(huì)變化。

必須要控制好兩個(gè)靜觸點(diǎn)的軸向尺寸精度，以確保兩個(gè)靜觸點(diǎn)的電接觸面的一致性。還可以通過(guò)設(shè)計(jì)動(dòng)觸點(diǎn)在徑向上的調(diào)整間隙，以彌補(bǔ)間隙差g的影響，這一尺寸調(diào)整還要考慮到動(dòng)靜觸點(diǎn)接觸后的穩(wěn)定性要求。

為降低觸點(diǎn)燒蝕的影響，避免因?yàn)榫€束的松動(dòng)而造成觸點(diǎn)的松動(dòng)，要消除動(dòng)靜觸點(diǎn)吸合時(shí)產(chǎn)生的振顫，因?yàn)檫@種振顫造成觸點(diǎn)接觸時(shí)不斷的結(jié)合和斷開(kāi)，產(chǎn)生大量的頻繁的電弧，加長(zhǎng)燃弧時(shí)間，是造成觸點(diǎn)燒蝕而損壞的主要原因。在靜觸點(diǎn)與上蓋結(jié)合處，靜觸點(diǎn)外表采用直紋滾花處理，與上蓋之間采用過(guò)盈配合；靜觸點(diǎn)的六角工作面與上蓋的型腔之間采用也過(guò)盈配合，通過(guò)緊配，壓裝到設(shè)計(jì)位置；同時(shí)在上蓋外部采用平面彈性墊圈將靜觸點(diǎn)固定住。通過(guò)以上三個(gè)方面的措施，可以保證即使外線線束松動(dòng)時(shí)，靜觸點(diǎn)也不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，避免了觸點(diǎn)系統(tǒng)振顫現(xiàn)象的產(chǎn)生。與此同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比分析，線束端子采用“平墊+法蘭止退螺帽”的鎖緊固定方案，在上緊力矩相同的條件下，鎖緊力矩、抗振動(dòng)性能等方面都優(yōu)于“平墊+彈墊+普通六角螺帽”固定方案。且安裝時(shí)零件數(shù)量少，便于安裝。

通過(guò)以上改進(jìn)措施的實(shí)行，該故障現(xiàn)象未再發(fā)生，在內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室中做耐久性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的電壽命比改進(jìn)前也有所提高。

2.4 固定彈簧改進(jìn)

客戶反饋，該同類產(chǎn)品出現(xiàn)過(guò)反力彈簧從固定臺(tái)上脫落，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，造成輸出端與外殼接觸，形成打鐵，使輸出端短路，燒壞易熔線。

在產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證動(dòng)觸點(diǎn)在徑向方向上的對(duì)稱性，充分使用動(dòng)觸點(diǎn)的接觸面，保證動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸的對(duì)稱性，主反力彈簧上端被定位在上蓋圓形型腔中，下端與動(dòng)磁芯組件通過(guò)一固定凸臺(tái)與彈簧過(guò)盈配合，這種一端固定一端自由的固定方式，可保證在彈簧工作狀態(tài)過(guò)程中，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)的較好對(duì)稱地接觸，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目的。當(dāng)固定凸臺(tái)的高度與彈簧絲直徑相比，高度不夠時(shí)，可能會(huì)造成彈簧從凸臺(tái)中脫落，引發(fā)非預(yù)期的故障現(xiàn)象。當(dāng)凸臺(tái)高度較高時(shí)，又影響彈簧的有效圈數(shù)，改變了彈簧的設(shè)計(jì)狀態(tài)。為避免彈簧從凸臺(tái)上脫落，以及不因凸臺(tái)過(guò)厚造成彈簧有效圈數(shù)的減少，根據(jù)彈簧絲的直徑，調(diào)整凸臺(tái)的高度。對(duì)改進(jìn)后的產(chǎn)品在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際加電試驗(yàn)驗(yàn)證，在產(chǎn)品三個(gè)軸向上分別進(jìn)行驗(yàn)證，產(chǎn)品未出現(xiàn)此類故障現(xiàn)象。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)產(chǎn)品在工程上大批量使用情況反饋，通過(guò)使用觸點(diǎn)助接觸劑、改進(jìn)動(dòng)磁芯與隔磁管配合間隙、改進(jìn)靜觸點(diǎn)安裝固定方式、改進(jìn)主反力彈簧的固定穩(wěn)定度等措施，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，解決了工程中出現(xiàn)的故障。這些改進(jìn)工作雖然沒(méi)有設(shè)計(jì)理論上的創(chuàng)新，但都是工程技術(shù)人員結(jié)合多年的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采取的針對(duì)性強(qiáng)、有效性好的措施，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量具有較大的提升，對(duì)同類產(chǎn)品質(zhì)量提升也具有參考價(jià)值。

[1] 林晶, 張冠生, 張虹. 接觸導(dǎo)電膏的機(jī)理與應(yīng)用. [J].低壓電器.1995年第5期：P52-54.

[2] 林晶, 張冠生. 助接觸劑對(duì)繼電器觸頭接觸特性的影響.[J].機(jī)床電器.1999年第4期：P8-10.

[3] 王盛利, 陶云儒. 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的摩擦、磨損與潤(rùn)滑.[J].機(jī)電元件.1989年第9卷：P33-37.

[4] 于成偉, 馬秀艷, 馬秀成.起動(dòng)機(jī)用電磁開(kāi)關(guān).[J].汽車(chē)電器. 2009年第2期：P29-33.

[5] 張勝川, 邊建華. 汽車(chē)起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)觸片觸點(diǎn)燒蝕原因探析.[J]. 汽車(chē)電器. 2010年第4期：P28-32.

The Engineering Improvement of JY24-180 Series Electromagnetic Preheating Relay

Zhang Jun

(CETC40res，Bengbu Anhui，233010)

According to the situation feedback of products to be used in large quantities on the project, by the use of contact agent, improving the fitting clearance between the dynamic core and magnetic separation pipe, improving the installation way of static contacts, and improving the fixing stability of the main reaction springs, it is to improve and optimize the products to improve its quality evidently, solve the fault in engineering, and improve quality of similar products which has a good practical reference value.

preheating relay，preheating，improvement

2015-08-10

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.004

TN784

A

1000-6133(2015)05-0014-03