劉太彪

青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學院酒店工程學院，山東 青島 266000

微動開關(guān)廣泛應(yīng)用于軌道交通、船舶、航空等行業(yè)的電氣控制系統(tǒng)當中，其具有使用壽命長、可靠性高等優(yōu)點。以軌道交通為例，本文通過對微動開關(guān)在高海拔地區(qū)的使用過程中控制指令不能可靠傳達的故障進行描述，分析確定了故障原因，最后提出了解決措施。

1 故障描述

在軌道交通領(lǐng)域，比如高鐵，微動開關(guān)在云貴等高海拔地區(qū)的使用過程中，當在短時間內(nèi)（如兩天之內(nèi)）由高海拔地區(qū)到低海拔地區(qū)時，軌道交通設(shè)備中的控制指令可能會失效，而且，該故障存在一定的隨機性。

2 原因分析

2.1 指令傳輸示意

微動開關(guān)指令按照硬線電路邏輯傳遞給網(wǎng)絡(luò)傳輸部，網(wǎng)絡(luò)傳輸部進行數(shù)據(jù)備份采集，并通過光纖環(huán)網(wǎng)和自診斷線透傳給網(wǎng)絡(luò)顯示器、數(shù)據(jù)記錄裝置和指令執(zhí)行裝置，整個執(zhí)行過程如圖1所示。

圖1 微動開關(guān)指令傳輸、顯示、記錄邏輯

2.2 微動開關(guān)的技術(shù)性分析

2.2.1 設(shè)計理念分析

微動開關(guān)通過了軌道交通行業(yè)的常規(guī)試驗，機械壽命達到200萬次，獲得相關(guān)認證，符合相關(guān)要求。微動開關(guān)在設(shè)備中的應(yīng)用按照故障導向安全的理念來進行設(shè)計，如果設(shè)備中的某個微動開關(guān)出現(xiàn)故障，只會影響該線路的信號輸出，并不會影響到其他線路[1]。

通過對設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖紙、指令表及接線圖等的仔細核實及相關(guān)試驗驗證，設(shè)備的工作原理不是引起該類故障的原因。

2.2.2 參數(shù)及控制負載分析

微動開關(guān)的主要關(guān)鍵參數(shù)如圖2所示。

圖2 微動開關(guān)電壽命曲線

微動開關(guān)在使用時的工作電壓在直流77～110 V之間，根據(jù)電壽命曲線，微動開關(guān)觸點回路電流不小于12.13 mA。

微動開關(guān)在運用中的工況模擬如圖3所示。

圖3 微動開關(guān)運行工況模擬

微動開關(guān)的工作電壓一般在直流77～100 V之間，當繼電器的線圈電阻為6.35 kΩ時，微動開關(guān)的輸入回路電流如下：

輸入回路電阻6.35 kΩ；

輸入100 V時，輸入電流為15.75 mA；

輸入90 V時， 輸入電流為14.17 mA；

輸入77 V時， 輸入電流為12.13 mA；

綜上，負載工況與微動開關(guān)電氣特性匹配，微動開關(guān)選型合適。

2.2.3 設(shè)計變更分析

微動開關(guān)（見圖4）的殼體部分為PC類透明塑料材質(zhì)，固定接線處、安裝處、接縫處等均使用密封膠進行密封，整個腔體部分滿足IP60的防護等級。開關(guān)的動作部分采用特種硅橡膠密封帽進行防護，保證密封功能，通過上述設(shè)計，形成一個相對密閉的空間，可以很好地滿足密封的要求。同時，硅橡膠密封帽還要滿足動作部分在Ω形速動簧（觸點形狀）和復(fù)位彈簧共同作用下，可以靈活動作。

圖4 微動開關(guān)結(jié)構(gòu)

通過檢測發(fā)現(xiàn)，當周圍環(huán)境氣壓在短時間內(nèi)發(fā)生較大變化時，比如從低氣壓（高海拔）環(huán)境到高氣壓（低海拔）環(huán)境，根據(jù)氣壓隨海拔高度的變化規(guī)律曲線：

式中，P0為海平面大氣壓；P0為101.325 kPa；H為海拔高度。

以昆明到貴陽兩地來分析，通過查閱資料，昆明市海拔約為1895 m，氣壓約為811 hPa，貴陽市海拔約為1100 m，氣壓約為880 hPa。 帶入上述公式進行驗證，昆明氣壓計算結(jié)果為803 hPa，貴陽氣壓計算結(jié)果為886 hPa。計算結(jié)果基本與查閱資料結(jié)果相符合。

以已經(jīng)開通的高鐵線路為例來分析，昆明-貴陽的高鐵行程為不到3 h，通過對整個線路的試驗發(fā)現(xiàn)，當氣壓接近貴陽的氣壓時，發(fā)現(xiàn)微動開關(guān)的密封帽出現(xiàn)不同程度的壓癟狀態(tài)，因為密封帽的壓癟，對動作部分產(chǎn)生一定的阻礙作用，由于本身動作部分的釋放力值較小，介于0.2～0.5 N之間，故極有可能造成動作部分無法正常彈出，進而影響動作指令的有效發(fā)出，產(chǎn)生前述故障[2]。

除了氣壓因素，其他因素如溫度或者濕度，在西南廣大地區(qū)因無明顯變化，故不再做進一步分析。

2.2.4 線路驗證

首先，對整個昆明到貴陽的線路進行氣壓變化的驗證，繪制曲線如圖5所示。

圖5 微動開關(guān)隨氣壓變化

通過該曲線可以進一步驗證，氣壓變化較明顯時（兩地壓差超過8.5 hPa），微動開關(guān)會出現(xiàn)壓癟現(xiàn)象。

2.2.5 信號測量

在線路測試的基礎(chǔ)上，為了進一步確定微動開關(guān)壓癟對輸出指令的影響，考慮采用多通道示波器監(jiān)控電平信號變化并對監(jiān)控信號變化的時間，即為觸點接通或者斷開的時間。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，能夠正常動作的微動開關(guān)觸點變化時間與壓癟后的微動開關(guān)觸點變化時間無明顯差異，均為0.007 s左右，然而對于因壓癟無法正常彈出的，則差異會非常明顯（見圖6）。

圖6 示波器檢測開關(guān)觸點斷開到閉合

2.3 故障結(jié)論

通過上述分析得出如下結(jié)論：如果在線路運行區(qū)間內(nèi)海拔變化較大，即氣壓升高較快，則氣密性較好，即防護等級高于IP60 的開關(guān)因與外界氣壓交換速度慢，內(nèi)壓小于外界大氣壓，微動開關(guān)復(fù)位彈簧無法克服氣壓差造成的阻力（密封帽壓癟對動作部分的阻礙作用），導致無法正常工作，進而造成指令輸出異常，以及后續(xù)一系列的故障。

3 解決措施

3.1 密封性問題

可以采用對密封帽進行穿孔的方式進行解決，具體實施可以采用直徑1mm左右的特種彎針，對微動開關(guān)的密封帽兩側(cè)進行對穿孔，確保不傷及其他部件（見圖7）。這樣通過四個孔能使內(nèi)外氣壓達到快速平衡，同時，還能維持一定的防護等級。

圖7 穿孔示意

穿孔后進行線路試驗驗證，發(fā)現(xiàn)再沒有出現(xiàn)指令輸出錯誤的問題，故該解決措施有效。

3.2 普適性問題

除了西南云貴地區(qū)，隨著微動開關(guān)在航空、軌道交通、船舶等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，中國自西向東的海拔高度變化極大，該類故障發(fā)生概率會非常普遍，在各領(lǐng)域使用過程當中的隱患也會越來越大。穿孔措施只能作為短期措施來執(zhí)行，而且穿孔措施也會降低開關(guān)本身的防護等級，因此也會帶來別的一些問題。故為了解決該類問題的普適性，從根本上杜絕該類問題，需從如下幾方面來考慮。

3.2.1 動作耐久性的問題

微動開關(guān)在很多領(lǐng)域的使用壽命都是10～20年，需要選擇穿孔后的開關(guān)進行動作耐久性的試驗，通過一定的試驗裝置來模擬開關(guān)全壽命周期的動作次數(shù)，根據(jù)試驗結(jié)果來確定耐久性是否滿足[3]。

3.2.2 工藝改進

后續(xù)生產(chǎn)工藝，需要從該類典型問題出發(fā)，在保證滿足防護等級的前提下，降低開關(guān)的密封性。

4 結(jié)語

在電氣控制系統(tǒng)當中，很多故障問題都是與別的專業(yè)相關(guān)的。有些問題在該環(huán)境下長期使用均沒有出現(xiàn)，然而換個別的環(huán)境則會出現(xiàn)，且該問題可能會多次出現(xiàn)，需要我們具體問題具體分析。某些問題還需要結(jié)合別的專業(yè)知識來考慮，整個過程中，技術(shù)人員對某些故障的認識也是隨著故障的解決來加深的。這對于技術(shù)人員來說都是極為寶貴的經(jīng)驗。