干簧管性能筛选试验方法研究.pdf

第3 0 卷第3 期 沈阳航空航天大学学报 V 0 1 3 0N o - 3 1Q ! ! 鱼旦! 竺丝竺兰竺竺鬯竺竺竺些塑墅! 竺! 垒坚兰 文章编号：2 0 9 5 1 2 4 8 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 2 3 0 4 干簧管性能筛选试验方法研究 栾鹏，聂海涛 ( 沈阳航达机载设备公司，沈阳1 1 0 1 2 2 ) 摘要：来源于航空部件产品制造工业实际，针对飞机燃油自动耗油控制系统中使用的干簧管在特 定环境应力条件下的使用要求，简述了干簧管工作原理和使用性能特点，分析干簧管在苛刻的工 作条件下产生故障的原因和模式。对使用前的二次筛选试验方法进行改进，对比传统试验方法可 以有效筛选出有故障或有故障隐患的干簧管，可以提高飞机部件产品和整套燃油自动控制系统的 可靠性，保障飞机燃油的自动供给功能，使飞机整机安全性能提高。 关键词：干簧管；飞机；燃油耗油控制；改进 中图分类号：V 2 4 1 7 + 2 1文献标志码：B d o i ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 2 0 9 5 1 2 4 8 2 0 1 3 0 3 0 0 6 R e s e a r c ho nt h ef i l t e r i n ge x p e r i m e n to fr e e ds w i t c hf u n c t i o n L U A N P e n g ，N I EH a i t a o ( S h e n y a n gH a n g d aA i r b o r n eE q u i p m e n tC o m p a n y ，S h e n y a n g11 0 1 2 2 ) A b s t r a c t ：A i m i n ga tt h er e q u i r e m e n t so nt h er e e ds w i t c hu s e di na i r c r a f tf u e la u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mu n d e r s p e c i f i ce n v i r o n m e n t a ls t r e s sc o n d i t i o n ，t h i sa r t i c l eo u t f i n e st h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h ef u n c t i o n a lp e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e e ds w i t c h ，a n da n a l y s e st h ec a u s e sa n dm o d e so ff a u l t su n d e rh a r s hw o r k i n gc o n d i t i o n s T h i sf i l t e r i n ge x p e r i m e n t ，w i t ht h ei m p r o v e ds e c o n d a r ys c r e e n i n gt e s tm e t h o d s ，c a nd e t e c tt h ef a u l to r h i d d e nf a u l t so ft h er e e ds w i t c hm o r ee f f e c t i v e l ya n di m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fa i r c r a f tc o m p o n e n t sa n dt h e e n t i r ef u e la u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mt oe n s u r ea i r c r a f tf u e la u t o m a t i cs u p p l yf u n c t i o n ，w h i c hi m p r o v e st h e w h o l ea i r c r a f ts a f e t yp e r f o r m a n c e K e yw o r d s ：r e e ds w i t c h ；a i r c r a f t ；o i lb u r n e rw a s t ec o n t r o l ；i m p r o v e 干簧管是由W e s t e r nE l e c t r i c 公司在1 9 4 0 年 发明的，与传统继电器相比因其具有体积小、结构 简单、可靠性高、使用寿命长等突出优点，被广泛 应用于自动控制系统诸多领域，尤其在航空航 天领域，干簧式在各种控制信号装置上使用频率 越来越高旧J 。本文通过改进筛选试验方法，期望 有效地剔除有缺陷的干簧管，防止早期失效情况 发生，提高干簧管总使用寿命和增加航空产品的 可靠性。 1 干簧管在飞机耗油控制系统中的 应用 1 1 干簧管使用中存在的问题 干簧管是由密封在真空玻璃管中两个相互平 行的金属簧片组成。永磁铁的移动磁场会使干簧 管两个簧片感受一定的磁场强度日，当磁场强度 日达到一定值的时候，两个簧片被磁化形成异性 磁极，产生相互吸引力矩，产生吸合，接通电路自 动工作。两个簧片之间重叠面积的大小影响簧片 吸合的磁力，一般外加磁场吸合时的磁场强度为 收稿日期：2 0 1 3 0 3 0 5 作者简介：栾鹏( 1 9 6 3 一) ，男，山东牟平人，助工，主要研究方向：飞机燃油油量测量和控制系统、飞机里程表和发动机转速表等，E - m a i l ：s u n 8 8 8 x f s i n a c o l n 。 万方数据 2 4 沈阳航空航天大学学报 第3 0 卷 一 干簧管吸合安匝产生磁场强度的2 5 3 倍。磁 浮子对干簧管的作用产生的触点吸合力为公式 ( 1 ) 所示： F 1 = ( B 1 0 0 0 ) 2 S( 1 ) 式中：曰一磁感应强度( T ) ； s 一簧片重叠面积( t o n i 2 ) 。 S = L b ( 2 ) 式中：L 一触点作用接触部分的长度( m m ) ； 易一触点的宽度( 1 n l l l ) 。 表1 某型飞机配套产品振动试验条件 干簧管对于飞行高度较高的新型号飞机也适 用，如某新型号国产飞机要求在1 7 万米以上工 作、高频高加速度随机振动( 如表1 所示) 、2 0g 以上的冲击、极端温度( 低温一6 5 ) 范围以及可 靠工作1 00 0 0 次以上等要求j ，但是容易出现故 障。为了适应这种极端工作条件，到现在为止， 直在进行着提高于簧管使用寿命的研究。 干簧管的故障主要为簧片不吸合或吸合后不 断开。故障产生原因是簧片( 含触点) 、玻璃管生 产制造过程中个别因素控制不好，加上极端环境 应力的影响造成磁吸引力、触点压力、接触电阻和 吸合释放安匝发生显著变化，使得干簧管动作失 误，导致飞机燃油自动控制部件出现故障。 1 2 干簧管筛选试验 在生产实际中，在无法提高干簧管生产质量 标准的情况下，采取组装前的二次质量筛选试验， 通过对干簧管的各项性能进行检测，剔除可能存 在缺陷的干簧管，挑选出具有高质量触点的干簧 管，来增加整体部件工作可靠性。 传统筛选试验项目主要有：密封性、绝缘电 阻、吸合释放安匝、行程时间及工作行程、高低温 工作、振动、寿命、湿热试验等内容H 1 。 2 改进措施 本文针对极限环境下新型飞机燃油自动控制 系统中干簧管的故障特点，总结其它文献资料成 果进行分析，提出一些新试验方法和改进措施。 2 1 高低温试验方法的改进 原来的试验方法是在极端温度( 高温6 5 、 低温一5 5 ) 条件下，将各个干簧管置于 G J B l 9 3 0 中规定的各个检测线圈( 1 00 0 0 匝、 印0 4m i l l ) 中，再对线圈两端通电，干簧管能够正 常吸合和断开即算合格，其检测原理见图1 所示。 = 1 0 0 0 0 匝1 0 匝 图1 干簧管高低温试验检测原理图 这种试验是针对干簧管继电器开关进行的试 验，而飞机燃油自动控制系统中干簧管的动作是 磁浮子式开关( 见图2 ) ，与干簧管继电器工作原 理相同，但是工作方式不同，尤其是在低温筛选试 验中，线圈通电后，产生的磁场逐渐变大，在某一 温度时会产生比较大的变化，容易产生对干簧管 工作的误判。 1 永磁铁 2 干簧管 3 用电器 图2 磁浮子开关式工作原理图 所以针对以上情况改进试验装置，使干簧管 的动作完全符合产品工作时的状况，装入产品外 壳内，模拟正常工作状态。在极端温度下的条件 下，通过模拟加放油使各个磁浮子能够上下动作， 模拟出实际动作状态( 装置见图3 所示) ，使各个 干簧管能够吸合和断开。这种方式更符合实际工 作条件要求，可以筛选出实际工作条件下可能产 生的不合格的干簧管。 上平 下平 片 图3组装成磁浮子开关式工作图 2 2 增加接触电阻稳定性检查 以前对出现故障的干簧管进行的复查过程 万方数据 第3 期栾鹏，等：干簧管性能筛选试验方法研究 中，在显微镜下观察，发现有许多干簧管簧片表面 不光滑、有异物或有氧化层等微观缺陷现象，而且 难以通过外观检验完全筛查出来，造成干簧管吸 合后接触电阻增大，大大降低通过接触部分的电 流H j ，使与之后续连接的继电器不能工作。干簧 管的两个触点是以面积接触触点的方式进行工作 的，当接触电阻增大时可能大大降低接触时的电 流，使得系统中控制电路中继电器线圈的吸合力 小于复位弹簧的拉力无法吸合簧片，造成燃油自 动控制耗油失灵。接触电阻的数值可由经验公式 ( 3 ) 计算出来MJ 。 R j = K j ( 0 1 2 F ) ”( 3 ) 式中：P 一触点压力( N ) ； 母接触电阻( i t S ) ； 巧一与接触材料和表面积情况有关的系数， 在此取O 1 7 ： m 一与接触形式有关的系数，取1 0 。 所以接触电阻设计理论值为：R j = 1 0 0m n 。 本项目试验，有别与传统意义进行的单一接触电 阻筛查，而是考查接触电阻的稳定性，即对每个干 簧管吸合动作1 0 次时( 排除前5 次) 的接触电阻 数据，统计出最大值( R m a x ) 和最小值( R m i n ) ，计 算出稳定值R d = R m a x R m i n ，只有R d 最小值或 在一定的范围内( 设定为3 0m Q ) 为最优触点的 干簧管，试验方法是采用国军标中规定的内容进 行，试验原理见图4 所示。 最大开路测试电压 图4 接触电阻检测方法原理图 增加此项筛查后，对以前出现的不合格品进 行分解，检测干簧管性能，可以检测出因为干簧管 外观和密封性不好等原因而造成的干簧管接触电 阻增大的故障，找到了飞机燃油自动控制系统部 件产品故障原因主要为干簧管故障而引起的结 论。 2 3 增加抖动时间检查 当两个簧片不够平行或不够对称等无法进行 后序测量的情况，在永磁铁和簧片感应磁场的双 重作用下，使两个簧片间产生侧向的相互扭转，改 变线圈电流、极性和触点负载电流的稳定性，产生 触点吸合过程中的抖动7 | ，见触点回跳示意图5 。 触点回跳时间 由干允许的静态接触电阻 吸 不。 = = 所呈现的接触压降 蕊 触点回跳的9 0 的界限线 一上 弋 、由干接触电阻波动所引起的 计I 翻 叫斗 动态接触压降出现时间 图5 典型触点回跳记录波形示意图 制定抖动时间检测方法，试验电路见图6 所 图6 抖动时间检测方法原理图 测试中线圈磁场为吸合安匝的2 3 倍为稳 定工作值，试验中抖动时间过长为不稳定波形，超 过要求抖动时间的干簧管应剔除，其抖动时间要 求如下图7 所示。 缓 f 3f 2 1 + 图7 抖动时间测试范围图示 检测抖动时间对衡量触点总的质量来说至关 重要，可以发现未来可能