程道良 吳 進(jìn)

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，蕪湖 241007）

現(xiàn)代航空設(shè)備主要通過(guò)開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換與控制，這些器件的轉(zhuǎn)換主要依靠各類觸點(diǎn)偶的動(dòng)作來(lái)完成。這些觸點(diǎn)偶遍布航空器內(nèi)的各控制部位，具有數(shù)量多、分布范圍廣、工作通斷動(dòng)作頻繁等特點(diǎn)，觸點(diǎn)性能將直接影響航空器性能，進(jìn)而影響飛行安全。因此，深入研究航空器內(nèi)電轉(zhuǎn)換器的工作原理，分析觸點(diǎn)故障的形成原因并提出合理的維修方法，將有助于提高航空器性能。

1 工作原理

1.1 開關(guān)、按鈕的轉(zhuǎn)換工作原理

開關(guān)、按鈕利用外力帶動(dòng)觸點(diǎn)偶的兩個(gè)觸點(diǎn)在接觸或分離間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使電路接通或斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的轉(zhuǎn)換控制。此類轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)相對(duì)較小，通斷過(guò)程中觸點(diǎn)上的力較小，同時(shí)，觸點(diǎn)上通過(guò)的負(fù)載電流也較小。

1.2 繼電器、接觸器等電動(dòng)轉(zhuǎn)換器的工作原理

繼電器、接觸器等電動(dòng)轉(zhuǎn)換器利用電磁鐵通電時(shí)所產(chǎn)生的電磁吸力吸引銜鐵運(yùn)動(dòng)，銜鐵通過(guò)連接裝置帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作接通或斷開來(lái)轉(zhuǎn)換電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的通斷控制。此類轉(zhuǎn)換器主要用于對(duì)高電壓、大電流電路的轉(zhuǎn)換控制，因控制電路上的能量較大，對(duì)轉(zhuǎn)換用觸點(diǎn)偶間的損傷也會(huì)較大。此類觸點(diǎn)控制的電路功能重要度一般較高，為保證轉(zhuǎn)換器觸點(diǎn)使用的可靠性，此類觸點(diǎn)檢查維修的要求也相應(yīng)較高，下面重點(diǎn)對(duì)此類觸點(diǎn)損傷進(jìn)行深入分析，并給出相應(yīng)的維修方法。

2 觸點(diǎn)損傷原因分析

各類電轉(zhuǎn)換器在工作時(shí)，觸點(diǎn)由于受到機(jī)械撞擊、空氣化學(xué)腐蝕作用，表面金屬材料易產(chǎn)生損耗，或者金屬作定向轉(zhuǎn)移而被磨損，從而使觸點(diǎn)表面出現(xiàn)積炭、燒蝕、凸凹變形等情況，影響觸點(diǎn)接觸電阻、接觸壓力和觸點(diǎn)偶之間的間隙參數(shù)，進(jìn)而影響其工作性能。觸點(diǎn)故障的表現(xiàn)形式有接不通與粘連兩種極限狀態(tài)，也就是接觸不良或分?jǐn)嗖涣?。影響或者形成觸點(diǎn)接觸電阻主要有以下5個(gè)方面的原因。

2.1 觸點(diǎn)相互撞擊和壓力因素

若要降低觸點(diǎn)偶間接觸電阻，就需要給觸點(diǎn)偶施加足夠的壓力。閉合的觸點(diǎn)偶在斷開的瞬間，接觸電阻會(huì)隨著接觸壓力的減小而增大，接觸部位的溫度也會(huì)隨著接觸電阻增大而升高，因此在設(shè)計(jì)制造電轉(zhuǎn)換器時(shí)需要保證觸點(diǎn)偶的工作接通時(shí)間短、斷開速度快，這就要求必須保證觸點(diǎn)有一定的通斷速度和適當(dāng)?shù)慕佑|壓力。如果觸點(diǎn)的接觸壓力小，在觸點(diǎn)閉合后，觸點(diǎn)偶之間的接觸面積就會(huì)變小，甚至兩點(diǎn)之間存在假連接，從而導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大或產(chǎn)生電弧燒蝕。此時(shí)，加上外界振動(dòng)因素影響，觸點(diǎn)偶將出現(xiàn)接觸不良問(wèn)題，從而又更加加劇觸點(diǎn)的損傷，并以此形成惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致電轉(zhuǎn)換器故障。如果接觸壓力過(guò)大，同時(shí)觸點(diǎn)頻繁動(dòng)作時(shí)，撞擊力就會(huì)隨之加大，加上工作中的觸點(diǎn)溫度較高，金屬更容易作定向轉(zhuǎn)移，形成燒蝕、凹凸變形等現(xiàn)象，影響觸點(diǎn)接觸質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 觸點(diǎn)典型損傷

2.2 環(huán)境溫度、振動(dòng)因素

在夏季，繼電器、接觸器和電門的觸點(diǎn)接觸電阻增大現(xiàn)象要比平常高出許多，尤其在南方梅雨季節(jié)，此類現(xiàn)象尤為明顯，這主要是由夏季高溫、潮濕的環(huán)境所造成。在高溫高濕下的環(huán)境下，觸點(diǎn)表面氧化過(guò)程會(huì)加快，極易產(chǎn)生不導(dǎo)電的金屬氧化物。金屬氧化物覆蓋在觸點(diǎn)表面后，觸點(diǎn)的接觸電阻顯著增大，同時(shí)高濕的水汽很容易凝結(jié)在金屬觸點(diǎn)的表面形成一層水膜，在觸點(diǎn)通斷時(shí)嚴(yán)重影響觸點(diǎn)的接觸電阻及電阻絕緣性能，使觸點(diǎn)不能正常工作。

此外，電轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)會(huì)隨著飛行中航空器的振動(dòng)而一同振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的加速度可達(dá)重力加速度的幾十倍。由于電轉(zhuǎn)換器觸點(diǎn)靠磁性或彈性保持接觸，在振動(dòng)情況下會(huì)造成接觸電阻變化甚至拉弧，進(jìn)而對(duì)電轉(zhuǎn)換器造成損傷。

2.3 電路電流、電弧因素

觸點(diǎn)在通斷大于80～100mA的電流下不可避免地會(huì)產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象，這是因?yàn)橛|點(diǎn)在接通或分離的瞬間，當(dāng)觸點(diǎn)偶之間的間隙非常小時(shí)，兩個(gè)觸點(diǎn)之間會(huì)形成較強(qiáng)的電場(chǎng)，從而擊穿氣體薄膜并產(chǎn)生電火花。如果觸點(diǎn)控制的是感性電路，那么觸點(diǎn)之間所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)便會(huì)更加強(qiáng)烈，形成的電弧時(shí)間也就更長(zhǎng)。由于電弧所產(chǎn)生的高溫會(huì)使觸點(diǎn)氧化加快，嚴(yán)重時(shí)電弧的高溫會(huì)使觸點(diǎn)材料熔化并濺出、蒸發(fā)或轉(zhuǎn)移，從而縮短觸點(diǎn)壽命，甚至使觸點(diǎn)粘接不能正常工作。

2.4 觸點(diǎn)材料因素

觸點(diǎn)材料一般應(yīng)滿足化學(xué)穩(wěn)定性、抗電侵蝕性和抗熔焊性好等特性要求，電弧持續(xù)時(shí)間短，金屬轉(zhuǎn)移少、轉(zhuǎn)移平坦，并具有電導(dǎo)率高、熱電率高、熔點(diǎn)高，蒸氣壓低、加工性能好等特點(diǎn)。航空電轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)材料主要是采用貴金屬合金材料制作，如Ag、AgCu、AgPd、AgSnCeLa、AuNi、AuPdPt、 PtIr、PtNi、PtRu、PdIr等。近年來(lái)，我國(guó)新研制出使用非貴重金屬合金代替貴重金屬合金來(lái)制作觸點(diǎn)，如WRe10與PtRu10組合的材料。

選用航空電轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)材料時(shí)，通常需要結(jié)合其適用范圍和使用環(huán)境來(lái)選擇合適的合金材料。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置的觸點(diǎn)材料一般選用PtIr25合金觸點(diǎn)的繼電器；鹽霧和硫化氣氛下不應(yīng)選用純銀觸點(diǎn)繼電器等。表1為一些電觸點(diǎn)材料經(jīng)各種氣氛腐蝕后接觸電阻的最大變化情況。

表1 電觸點(diǎn)材料接觸電阻的最大變化情況

2.5 觸點(diǎn)形式、表面狀況因素

觸點(diǎn)常采取不同的形狀或接觸形式以便于觸點(diǎn)接觸和通斷，常見的觸點(diǎn)形狀和接觸形式有對(duì)平觸點(diǎn)（面接觸）、對(duì)扁圓觸點(diǎn)（點(diǎn)接觸）和一平一圓觸點(diǎn)（點(diǎn)接觸）等。

觸點(diǎn)表面目視是光滑的，但實(shí)際上表面微觀是凹凸不平的，因而觸點(diǎn)偶相接觸時(shí)，接觸面并不是完全的面接觸，而是只有接觸面上的一部分凸點(diǎn)相接觸，經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)的電流也只從這些相接觸的凸點(diǎn)通過(guò)，如圖2所示。由于接觸電阻的存在，電流通過(guò)觸點(diǎn)時(shí)，電流被集中收縮，使電流密度增高、電阻加大。當(dāng)觸點(diǎn)長(zhǎng)期進(jìn)行通斷工作時(shí)，易在表面形成氧化、積炭等，進(jìn)而使接觸電阻顯著增大。此外，如果觸點(diǎn)表面粘有塵土、油污及汗液等，都會(huì)影響觸點(diǎn)的接觸電阻，降低觸點(diǎn)的通電性能。

圖2 觸點(diǎn)的接觸表面微觀示意圖

3 觸點(diǎn)維修及防護(hù)

3.1 觸點(diǎn)的常用維修

3.1.1 開放式或非密封式的繼電器觸點(diǎn)維修

開放式或非密封式的繼電器觸點(diǎn)維修一般可采用從粗打到細(xì)磨的方法，修理后應(yīng)有效去除觸點(diǎn)上的積炭、燒蝕、凹凸變形等，并保證觸點(diǎn)接觸面積和觸點(diǎn)高度。碰傷、斷口、凹坑、破裂的零件可在焊接后用03號(hào)金相砂紙進(jìn)行打磨修理，如無(wú)法修復(fù)的零件則需要進(jìn)行換新處理。處理后金屬外表面不允許有碰傷、斷口、凹坑、破裂，允許鎘、鋅、銀鍍層全部發(fā)暗，或者出現(xiàn)不會(huì)降低鍍層性質(zhì)的斑點(diǎn)；允許不銹鋼零件上出現(xiàn)發(fā)黑的斑點(diǎn)，而鋁合金零件上允許出現(xiàn)不影響設(shè)備工作性能的白色斑點(diǎn)，金屬零件不應(yīng)有銹蝕。

3.1.2 維修后的檢查

維修后重新組合電轉(zhuǎn)換器件，并對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)，另外需檢測(cè)觸點(diǎn)偶的接觸點(diǎn)壓力、接觸電阻或觸點(diǎn)壓降等。

接觸點(diǎn)的壓力檢查一般要求在冷狀態(tài)下，并且在規(guī)定電壓或保持電壓內(nèi)，用測(cè)力計(jì)進(jìn)行符合規(guī)定的檢測(cè)。例如，斷路式的接觸器常閉壓力需在斷開時(shí)檢測(cè)；通路式或轉(zhuǎn)換接觸器的常開觸點(diǎn)壓力則在供給繞組超過(guò)釋放電壓0.5 V時(shí)檢測(cè)（有專門要求的除外）。

觸點(diǎn)壓降的常用檢測(cè)方法是給觸點(diǎn)加上設(shè)定負(fù)載，以測(cè)量觸點(diǎn)上的電壓降。此方法實(shí)施起來(lái)較麻煩，在對(duì)要求不高的觸點(diǎn)進(jìn)行修理時(shí)，也可通過(guò)換算法，使用通用高精度電阻檢測(cè)設(shè)備直接對(duì)觸點(diǎn)接觸電阻進(jìn)行檢測(cè)。

在現(xiàn)階段維修中，主要是通過(guò)直接測(cè)量接觸電阻法檢測(cè)觸點(diǎn)性能，但此方法常出現(xiàn)電阻不穩(wěn)定現(xiàn)象，每次測(cè)量得到的阻值變化較大，且常有超出技術(shù)要求的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是觸點(diǎn)在不使用的情況下長(zhǎng)期放置，其表面會(huì)產(chǎn)生一層極薄的氧化膜，用萬(wàn)用表或毫歐表測(cè)量接觸電阻時(shí)，因觸點(diǎn)負(fù)載極小，氧化膜電阻會(huì)對(duì)測(cè)量值的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。此種情況下若使用壓降法進(jìn)行測(cè)量，即在觸點(diǎn)加上一定負(fù)載，使負(fù)載電流擊穿氧化膜則得到的測(cè)量結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)更加準(zhǔn)確。因此，若對(duì)新品密封繼電器的觸點(diǎn)電阻進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電阻值出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，通?？梢酝ㄟ^(guò)壓降法對(duì)觸點(diǎn)電阻進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)，還可根據(jù)繼電器工作類型給控制線圈施加額定的電流或電壓，使觸點(diǎn)多次通斷“干磨”，以破壞其表面氧化膜。

3.1.3 現(xiàn)代繼電器形式對(duì)維修的影響

為有效避免環(huán)境因素對(duì)觸點(diǎn)的影響，現(xiàn)代繼電器通常采用密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以有效減少環(huán)境中潮濕、腐蝕氣體對(duì)產(chǎn)品的影響，且在密封繼電器內(nèi)同時(shí)封裝滅弧電路，以降低感性負(fù)載時(shí)電弧對(duì)觸點(diǎn)的損傷。根據(jù)此類繼電器的觸點(diǎn)特點(diǎn)，現(xiàn)階段對(duì)此類密封型繼電器最適宜的維修方法是根據(jù)制造驗(yàn)收規(guī)范編制檢測(cè)修理技術(shù)要求和方法，對(duì)繼電器觸點(diǎn)各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)，符合要求則認(rèn)為觸點(diǎn)滿足使用需要，不符合要求則對(duì)觸點(diǎn)實(shí)施分解維修。

新型繼電器在設(shè)計(jì)中已考慮對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，常用的保護(hù)方法有：根據(jù)使用需要選用相應(yīng)的材料，并對(duì)其進(jìn)行具有針對(duì)性的定制設(shè)計(jì)，使觸點(diǎn)能夠更有效耐受使用要求；采取密封式結(jié)構(gòu)使觸點(diǎn)在環(huán)境快速變化的復(fù)雜條件下進(jìn)行高可靠性工作；根據(jù)特殊需要在繼電器中設(shè)計(jì)相應(yīng)的觸點(diǎn)滅弧保護(hù)電路，以滿足不同特殊負(fù)載的觸點(diǎn)保護(hù)要求等。

3.2 較前沿的清洗維修技術(shù)

近年來(lái)，清洗技術(shù)越來(lái)越趨向于成熟，特別是超聲波清洗技術(shù)和激光清洗技術(shù)，這些清洗技術(shù)運(yùn)用到觸點(diǎn)產(chǎn)品的維修中將具有良好的應(yīng)用前景。

3.2.1 超聲波清洗技術(shù)

超聲波清洗是利用超聲波在液體介質(zhì)中的空化效應(yīng)，對(duì)液體介質(zhì)所到之處的物體內(nèi)外表面進(jìn)行清洗，使污物層被分散、乳化、剝離，從而達(dá)到清洗的目的。該方法可以確保凡是液體浸到的地方都能被清洗到，而不受清洗件表面復(fù)雜形狀的限制，對(duì)形狀復(fù)雜且有積炭等污染的繼電器接觸器觸點(diǎn)及機(jī)構(gòu)清洗具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.2.2 激光清洗技術(shù)

激光清洗技術(shù)的工作原理是被清洗工件表面污染物在吸收激光能量后，汽化蒸發(fā)或瞬間受熱膨脹，以脫離工件表面。因不需要使用化學(xué)藥劑和清洗液，清洗后產(chǎn)生的廢棄物也基本上是固體粉末，所以激光清洗是一種綠色無(wú)污染的清洗技術(shù)。

在對(duì)電轉(zhuǎn)換器觸頭的修理過(guò)程中，清洗是極為關(guān)鍵和重要的步驟，綜合多種修理方式可以看出，傳統(tǒng)的清洗、打磨方式均難以保證修理后的產(chǎn)品性能與質(zhì)量，而超聲波清洗與激光清洗技術(shù)具有廣泛的適用性，適用于各種材質(zhì)、各類物體表面的清洗，既能較好地保證工件表面清洗效果，又能保證清洗工件不受損傷。因此在航空產(chǎn)品修理中，只有積極探索和應(yīng)用新的修理方式，才能不斷地提高產(chǎn)品修理質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

航空電轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)維修與保護(hù)工作是保障航空器電氣控制部分正常、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作，需要精細(xì)的修理維護(hù)。此外，在不同的使用環(huán)境下，需要根據(jù)修理中的損傷現(xiàn)象及損傷程度來(lái)判定并使用不同的處理方法，或者更換更為適合的觸點(diǎn)材料和形式，以提高維修能力，保障飛機(jī)性能和飛行安全。