航天继电器贮存过程吸合时间退化机理研究

哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的研究人员叶雪荣、林义刚、黄晓毅、翟国富，在2017年第11期《电工技术学报》上撰文指出，航天继电器作为一种密封的电器元件，其贮存可靠性对于导弹等武器装备至关重要。如何测试评价航天继电器在贮存过程中性能及可靠性的衰退，是继电器用户和厂家非常关心的问题。

利用开发的实验系统对某型号航天继电器进行了贮存加速实验，得到了吸合时间的变化规律。分析并验证了贮存过程中吸合时间变化的主要原因是簧片应力松弛所导致的反力变化。

通过仿真与实验均证实了吸合时间与簧片初力存在近似的线性关系，进而提出可采用吸合时间来表征簧片的应力松弛退化特性。建立了高温条件下继电器吸合时间的贮存退化模型，为进一步研究继电器贮存可靠性及贮存寿命预测奠定了基础。

航天继电器是国防武器装备系统中不可缺少的关键元器件之一，其贮存可靠性直接影响国防武器装备系统的可靠性。李子先等［1］通过故障树分析方法，对密封电磁继电器贮存条件下的失效模式进行了归纳分析，提出了故障诊断方法。

陆俭国等［2］分析了航天电磁继电器的贮存失效机理，并利用灰色理论对加速贮存寿命实验数据进行了预测。王召斌等［3，4］从失效物理的角度对航天电磁继电器接触失效进行了研究，建立了温度应力下的航天电磁继电器贮存退化物理方程。

航天继电器贮存过程中，其簧片、线圈、骨架、漆包线以及磁性材料等均会发生一定程度的退化，从而影响继电器的动作特性或接触性能。对于长期贮存的航天继电器，利用贮存过程的测试数据准确评估其性能衰退程度并预测未来的工作特性，对于厂家和继电器用户均具有至关重要的意义。

继电器的吸合过程由电磁系统与触簧系统配合完成，M. Hammerschmidt等［5］指出，吸合时间作为可表征继电器吸合过程的特性参数，与触点间隙、接触压力等机械参数存在确定的关系。因此，吸合时间退化数据包含了反映继电器零部件退化的特征信息。

在贮存过程中，电磁系统的退化主要体现为线圈漆包线电阻的变化，而触簧系统的退化主要由簧片应力松弛引起，二者的共同作用导致了继电器吸合时间的退化。

目前国内外学者对材料的应力松弛研究的比较深入［69］。A. Fox［10］在研究铍铜合金条材的弯曲应力松弛特性时指出，应力松弛的下降率与时间的对数呈线性关系。K. Hashizume等［11］在研究了弹簧用铜合金板材的应力松弛特性后，建立了Hashizume公式。

朱永庆等［12］对继电器接触簧片材料（国产锡青铜和铍青铜带材）进行了加速应力松弛实验研究，从短期内的变化规律推算了长时间的应力松弛量。已有研究大多单从材料的角度研究应力松弛，本文在对航天继电器进行贮存加速实验时发现，吸合时间在贮存过程中变化较为明显且具有特定的趋势，通过分析导致吸合时间退化的原因后，提出采用吸合时间表征簧片应力松弛贮存退化特性，并建立了退化模型，可为继电器贮存可靠性研究提供参考。

图1 测试系统总体结构框图

结论

1）利用贮存加速实验系统对航天继电器进行贮存加速实验，测得了高温贮存状态下吸合时间的退化数据。数据显示，吸合时间的退化趋势呈两段式下降，在开始阶段下降的比较剧烈，而后逐渐趋于平缓; 吸合时间的退化大部分发生在第一阶段。

2）通过分析吸合时间的贮存退化机理推测出，航天继电器贮存状态下吸合时间的变化主要由簧片应力松弛导致的反力变化造成，受吸力影响不大，实验结果亦验证了这一推测。

3）仿真结果和实测数据均表明，吸合时间与初力存在近似线性关系，这意味着通过吸合时间的变化规律来研究贮存过程中的应力松弛效应是可行的。

4）建立了高温贮存条件下航天继电器贮存过程吸合时间退化模型，并基于实验数据对该模型进行了拟合，拟合结果表明该模型能够很好地反映吸合时间的贮存退化过程，为下一步基于吸合时间进行继电器贮存可靠性评估奠定了基础。