JY24-180系列電磁式預(yù)熱繼電器工程化改進

張 軍

(中國電子科技集團公司第四十研究所,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

張 軍

(中國電子科技集團公司第四十研究所,安徽蚌埠,233010)

根據(jù)產(chǎn)品在工程上大批量使用情況反饋，通過使用觸點助接觸劑、改進動磁芯與隔磁管配合間隙、改進靜觸點安裝固定方式、改進主反力彈簧的固定穩(wěn)定度等措施，對產(chǎn)品進行改進和優(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，對同類產(chǎn)品質(zhì)量改進提升具有較好的實際參考意義。

預(yù)熱繼電器;預(yù)熱；改進

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等電壓等級要求。用于符合國Ⅳ及以上階段機動車排放標準要求的柴油發(fā)動機預(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合的要求。

經(jīng)過近一年的產(chǎn)業(yè)化孵化工作，產(chǎn)品經(jīng)過批量化生產(chǎn)和工程化配套使用，在生產(chǎn)過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要求，多功能小組對產(chǎn)品進行了工程化改進，顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

2 產(chǎn)品改進

工程化改進的項目一般沒有設(shè)計原理上的改變和創(chuàng)新，都是產(chǎn)品在實驗室中驗證及小批量使用中不會或很難發(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、長時間的實際使用過程中，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)品所暴露出來的在產(chǎn)品設(shè)計之初時沒有考慮到或考慮不足的部分。這些都需要產(chǎn)品經(jīng)過一定數(shù)量的生產(chǎn)和一段時間的工程使用，對反饋的問題進行分析、總結(jié)，改進設(shè)計和生產(chǎn)工藝，對提高產(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，具有切實的實際意義。經(jīng)過工程化改進的產(chǎn)品也更符合實際工況的要求，更符合客戶的要求。

2.1 接觸性能改進

在公司內(nèi)部進行產(chǎn)品貯存試驗中以及用戶在小批量產(chǎn)品試用驗證過程中，都發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的接觸電阻經(jīng)過一段時間、溫度和濕度作用之后，再次加電起動，在開始工作的前3次循環(huán)的接觸電阻比產(chǎn)品起初裝配時的接觸偏大，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)品的長時間工作機制的要求，觸點系統(tǒng)的材質(zhì)選用性價比較好的銅基合金，觸點經(jīng)過清洗、烘干后裝配，短時間內(nèi)產(chǎn)品表面沒有氧化膜等雜志，加電測試接觸系統(tǒng)的接觸電阻符合要求。觸點在有溫度、濕度綜合作用的環(huán)境中放置一段時間之后，會在觸點表面形成附著膜、氧化膜和硫化膜等有害膜層，隨放置時間的變長，有害膜層的厚度越厚，拆解產(chǎn)品也會看到觸點表面由初始的銅基合金的本色，顏色變?yōu)榛野担与姕y試接觸電阻增加。負載系統(tǒng)的電流為80A～150A，觸點接觸系統(tǒng)在吸合和斷開時，會產(chǎn)生電弧，由于電弧對觸點表面的燒蝕，起到了對觸點表面進行 “電清洗”作用，清除了觸點表面的有害膜層，當產(chǎn)品再次工作循環(huán)時，觸點系統(tǒng)的接觸電阻又恢復(fù)正常。

為避免觸點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)品裝配過程中加強潔凈工藝，避免人手等對觸點的接觸造成污染外，需要對觸點表面進行適當?shù)耐扛玻员ＷC觸點在復(fù)雜的環(huán)境中保持優(yōu)良的接觸性能。

經(jīng)過對比分析油狀、脂狀和蠟狀等各種觸點潤滑保護脂的性能，本產(chǎn)品采用潤滑劑與金屬緩蝕劑結(jié)合成一體的固體薄膜助接觸劑，使用時是有效物質(zhì)溶融溶液浸泡，對觸點表面進行涂覆，然后經(jīng)過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極性分子，通過分子端基所具有的靜電場力和配位場力，與觸點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鏈狀基團，它既具有極好的潤滑性，又具有極強的憎水性，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，起到一個良好的保護作用，又能起到良好的潤滑作用。

經(jīng)過對觸點表面涂覆保護的產(chǎn)品進行試驗對比分析，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，以實現(xiàn)最佳涂覆效果。

2.2 動磁芯改進

客戶外反饋有的產(chǎn)品裝機使用一段時間后，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)熱加熱器長時間通電工作，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。

為明確故障件真實故障原因，通過拆解故障件來還原分析。首先將固定上蓋組件的螺帽松開，發(fā)現(xiàn)動靜觸點雖然由于已經(jīng)使用一段時間有一定程度的燒蝕磨損，但是并沒有粘接，在定磁芯表面有大量的顆粒狀觸點燒蝕物堆積；再用手拉試動磁芯組件時，發(fā)現(xiàn)在某一位置度時，推拉動磁芯組件有一定的阻力；再對主體部分進行拆解，發(fā)現(xiàn)隔磁管內(nèi)壁有綠銹點及有顆粒狀觸點燒蝕物附著在動磁芯與隔磁管之間，說明故障原因為由于隔磁管與動磁芯之間有異物，當輸入端掉電后，導(dǎo)致動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。

為解決觸點燒蝕物造成的卡頓現(xiàn)象，必須調(diào)整動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，動觸點與兩個靜觸點的接觸對稱性好，電接觸平衡，但是易造成動磁芯卡頓。間隙大，漏磁率高，也不易保證動觸點與兩個靜觸點之間的接觸對中，需要根據(jù)試驗結(jié)果最終確定一個最佳值。同時也要做好銅質(zhì)的隔磁管的防銹防護，避免隔磁管在濕熱條件下生銹，材質(zhì)改成不銹鋼或者進行電鍍，其防銹效果更佳，同時在動磁芯表面涂覆脂狀的潤滑脂，起到長期防銹和潤滑效果。

2.3 靜觸點安裝改進

客戶外反饋有的產(chǎn)品裝機使用一段時間后，輸入點加電后產(chǎn)品工作時，繼電器輸出端兩個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)場觀察實際故障件工況，兩個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)拆解故障件進行分析，發(fā)現(xiàn)兩個銅電極安裝在上蓋上不是緊固安裝。

本產(chǎn)品為解決負載負荷和產(chǎn)品體積的矛盾，觸點結(jié)構(gòu)型式采用了橋式雙斷點的型式，橋式雙斷點的結(jié)構(gòu)型式要保證兩個靜觸點的電接觸面位于同一個接觸位置，這樣才能實現(xiàn)設(shè)計時所要求的雙斷點的接觸與斷開的同步的要求。當兩個靜觸點的接觸面不一致時，在產(chǎn)品加電吸合時，動觸點實際上是先與一個靜觸點接觸，然后再與另一個靜觸點接觸；掉電斷開時，順序正好相反，實際上是單斷點的接觸形式，并沒有實現(xiàn)設(shè)計時的雙斷點的接觸型式。

當兩個靜觸點電接觸面不在同一個接觸面時，兩個靜觸點電接觸面相差g。產(chǎn)品吸合時，動觸點先與左邊的靜觸點接觸，這是純粹的物理接觸，不會產(chǎn)生電弧，或產(chǎn)生的電弧很小，當動觸點與右邊的靜觸點接通時，這時是電接觸，會產(chǎn)生電弧；當輸入端掉電時，動觸點在反力彈簧的作用下，要與靜觸點斷開。則先與右邊的靜觸點斷開，這時會產(chǎn)生電弧，然后再與左邊的靜觸點斷開，此時僅僅是物理上的斷開，不會產(chǎn)生電弧或產(chǎn)生的電弧很小。由于電弧對觸點的燒蝕作用，隨產(chǎn)品工作次數(shù)的增加，對兩個靜觸點的燒蝕程度差別會逐步增大，兩個觸點的電接觸平面的間隙g也相應(yīng)逐漸增大，實際產(chǎn)品上的兩個觸點的燒蝕狀況，左邊的觸點燒蝕嚴重，右邊的觸點燒蝕程度相對較輕。同時由于間隙g的存在，兩個靜觸點與動觸點間的觸點壓力也有一定的差異，進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)品工作時對外表現(xiàn)是兩個靜觸點的溫度不一致。隨靜觸點多次的熱脹冷縮循環(huán)，以及車在環(huán)境的振動因素的影響，兩個電極上線束的固定螺母鎖緊程度就會變化。

必須要控制好兩個靜觸點的軸向尺寸精度，以確保兩個靜觸點的電接觸面的一致性。還可以通過設(shè)計動觸點在徑向上的調(diào)整間隙，以彌補間隙差g的影響，這一尺寸調(diào)整還要考慮到動靜觸點接觸后的穩(wěn)定性要求。

為降低觸點燒蝕的影響，避免因為線束的松動而造成觸點的松動，要消除動靜觸點吸合時產(chǎn)生的振顫，因為這種振顫造成觸點接觸時不斷的結(jié)合和斷開，產(chǎn)生大量的頻繁的電弧，加長燃弧時間，是造成觸點燒蝕而損壞的主要原因。在靜觸點與上蓋結(jié)合處，靜觸點外表采用直紋滾花處理，與上蓋之間采用過盈配合；靜觸點的六角工作面與上蓋的型腔之間采用也過盈配合，通過緊配，壓裝到設(shè)計位置；同時在上蓋外部采用平面彈性墊圈將靜觸點固定住。通過以上三個方面的措施，可以保證即使外線線束松動時，靜觸點也不會發(fā)生松動，避免了觸點系統(tǒng)振顫現(xiàn)象的產(chǎn)生。與此同時，根據(jù)試驗對比分析，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。且安裝時零件數(shù)量少，便于安裝。

通過以上改進措施的實行，該故障現(xiàn)象未再發(fā)生，在內(nèi)部實驗室中做耐久性試驗時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的電壽命比改進前也有所提高。

2.4 固定彈簧改進

客戶反饋，該同類產(chǎn)品出現(xiàn)過反力彈簧從固定臺上脫落，當繼電器吸合時，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)計時，為保證動觸點在徑向方向上的對稱性，充分使用動觸點的接觸面，保證動觸點與靜觸點接觸的對稱性，主反力彈簧上端被定位在上蓋圓形型腔中，下端與動磁芯組件通過一固定凸臺與彈簧過盈配合，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)過程中，動觸點與靜觸點的較好對稱地接觸，實現(xiàn)了設(shè)計的目的。當固定凸臺的高度與彈簧絲直徑相比，高度不夠時，可能會造成彈簧從凸臺中脫落，引發(fā)非預(yù)期的故障現(xiàn)象。當凸臺高度較高時，又影響彈簧的有效圈數(shù)，改變了彈簧的設(shè)計狀態(tài)。為避免彈簧從凸臺上脫落，以及不因凸臺過厚造成彈簧有效圈數(shù)的減少，根據(jù)彈簧絲的直徑，調(diào)整凸臺的高度。對改進后的產(chǎn)品在振動臺上進行實際加電試驗驗證，在產(chǎn)品三個軸向上分別進行驗證，產(chǎn)品未出現(xiàn)此類故障現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

根據(jù)產(chǎn)品在工程上大批量使用情況反饋，通過使用觸點助接觸劑、改進動磁芯與隔磁管配合間隙、改進靜觸點安裝固定方式、改進主反力彈簧的固定穩(wěn)定度等措施，對產(chǎn)品進行改進和優(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。這些改進工作雖然沒有設(shè)計理論上的創(chuàng)新，但都是工程技術(shù)人員結(jié)合多年的工程實際經(jīng)驗，采取的針對性強、有效性好的措施，對產(chǎn)品的質(zhì)量具有較大的提升，對同類產(chǎn)品質(zhì)量提升也具有參考價值。

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

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[3] 王盛利, 陶云儒. 開關(guān)節(jié)點的摩擦、磨損與潤滑.[J].機電元件.1989年第9卷：P33-37.

[4] 于成偉, 馬秀艷, 馬秀成.起動機用電磁開關(guān).[J].汽車電器. 2009年第2期：P29-33.

[5] 張勝川, 邊建華. 汽車起動機電磁開關(guān)觸片觸點燒蝕原因探析.[J]. 汽車電器. 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