平衡力式继电器疲劳性能研究
郝晓红+王勇
摘 要： 航空继电器作为航空器部件必不可少的重要组成部分，完成负载切换、自动控制、电路隔离和信號传递等功能。以LEACH公司生产的平衡力式继电器为对象，阐述其结构和工作原理，归纳总结平衡力式继电器的疲劳模式和机理，选取触点接触电阻、释放时间以及弹跳时间为疲劳特征参数，并进行疲劳性能实验。实验结果表明，选取的疲劳特征参数可以反映继电器的工作特点以及疲劳性能变化趋势；该实验结论可为继电器的疲劳状态和剩余寿命的判断提供一定判别依据，具有较高的参考价值。
关键词： 平衡力式继电器； 疲劳模式； 特征参数选取； 疲劳实验
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）08?0117?04
Study on fatigue performance of force?balanced relay
HAO Xiaohong， WANG Yong
（Training Center of Engineering Technology， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）
Abstract： As an indispensable component of the aircraft， the aeronautical relay can realize the functions of load switchover， automatic control， circuit isolation， signal transmission， etc. Taking the force?balanced relay made by LEACH Company as an object， its structure and working principle are elaborated， and its fatigue mode and mechanism are summarized. The touch spot contact resistance， release time and bounce time are selected as the fatigue characteristic parameters. The fatigue performance experiment was carried out. The experimental results show that the selected fatigue characteristic parameters can reflect the working feature and fatigue performance variation trend of the relay. The experimental conclusion can provide a certain discriminating basis for the fatigue status and residual life of the force?balanced relay， and has high reference value.
Keywords： force?balanced relay； fatigue mode； characteristic parameter selection； fatigue test
0 引 言
随着空客A380、波音B787等新一代先进民航客机的大规模应用与推广，新型的电气控制技术和电气传动技术被推到了民航技术的风头浪尖。美国LEACH公司生产的平衡力式继电器具备转换深度高、多路同步切换、抗干扰能力强等优点，广泛使用于飞机电气控制系统中，主要用于完成负载切换、自动控制、信号传递和电路隔离等一系列功能。
以空客A320飞机为例，据不完全统计，直接装机的继电器和接触器就有上百只，如果把机载设备中所使用的继电器和接触器也计算在内，其总数有上千只。当前国内外主流机型选用的继电器以LEACH型平衡力式继电器为主，排除在设计、制造等不合理因素之外，平衡力式继电器性能的好坏直接影响到航空设备能否正常工作。为了保证飞机的正常和安全飞行，开展对平衡力式继电器的可靠性相关研究势在必行。长期以来，国内外研究学者针对航天、航空继电器性能可靠性展开了大量的试验研究，从不同的物理或者化学理论角度对试验结果给予解释。但大多数基于继电器在失效或者指定动作次数之后进行的“事后分析”方法，并不能在产品失效前提前预防。
本文以平衡力式继电器为研究对象，详细分析其结构和工作原理，以继电器疲劳模式和机理为出发点，分析平衡力式继电器的关键性能参数，为其疲劳状态和剩余寿命的判断提供一定具有参考价值和判别依据。在继电器发生故障之前做到提前预防，降低失效概率，减少航空器错误维修几率，并进一步降低维护维修成本，从而保障航空器安全运行。
1 平衡力式继电器结构和工作原理
平衡力式继电器作为一种典型自动控制电器具有记忆功能、耗电少、线圈温升低、动作快、环境适应性好等优点，广泛应用于航空、航天等工作环境恶劣的电子设备中。该继电器机械结构采用永磁体的吸力取代传统继电器恢复弹簧的弹力，具有吸力强、重量轻、耗能少等特点。平衡力式继电器在吸合和释放时所受的吸力和反力基本相等，也就是说，继电器在吸合过程中有通电线圈产生的吸力与在释放过程中由永磁体产生的反力二者大小接近，把“大小相近的力”称为平衡力[1]。如图1所示。
由图1可知，平衡力式继电器的电磁系统主要由磁极A、磁极B、后磁极C、线圈、铁芯、衔铁、加在磁极A，B之间的永磁体NS及动触点簧片等部件组成，其中永磁体产生的磁力等同于其他电磁继电器的反力弹簧所产生的反力，图1所示位置为平衡力式继电器线圈失电状态下，衔铁受永磁体的电磁力而处于释放时的位置图。
摘 要： 航空继电器作为航空器部件必不可少的重要组成部分，完成负载切换、自动控制、电路隔离和信號传递等功能。以LEACH公司生产的平衡力式继电器为对象，阐述其结构和工作原理，归纳总结平衡力式继电器的疲劳模式和机理，选取触点接触电阻、释放时间以及弹跳时间为疲劳特征参数，并进行疲劳性能实验。实验结果表明，选取的疲劳特征参数可以反映继电器的工作特点以及疲劳性能变化趋势；该实验结论可为继电器的疲劳状态和剩余寿命的判断提供一定判别依据，具有较高的参考价值。
关键词： 平衡力式继电器； 疲劳模式； 特征参数选取； 疲劳实验
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）08?0117?04
Study on fatigue performance of force?balanced relay
HAO Xiaohong， WANG Yong
（Training Center of Engineering Technology， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）
Abstract： As an indispensable component of the aircraft， the aeronautical relay can realize the functions of load switchover， automatic control， circuit isolation， signal transmission， etc. Taking the force?balanced relay made by LEACH Company as an object， its structure and working principle are elaborated， and its fatigue mode and mechanism are summarized. The touch spot contact resistance， release time and bounce time are selected as the fatigue characteristic parameters. The fatigue performance experiment was carried out. The experimental results show that the selected fatigue characteristic parameters can reflect the working feature and fatigue performance variation trend of the relay. The experimental conclusion can provide a certain discriminating basis for the fatigue status and residual life of the force?balanced relay， and has high reference value.
Keywords： force?balanced relay； fatigue mode； characteristic parameter selection； fatigue test
0 引 言
随着空客A380、波音B787等新一代先进民航客机的大规模应用与推广，新型的电气控制技术和电气传动技术被推到了民航技术的风头浪尖。美国LEACH公司生产的平衡力式继电器具备转换深度高、多路同步切换、抗干扰能力强等优点，广泛使用于飞机电气控制系统中，主要用于完成负载切换、自动控制、信号传递和电路隔离等一系列功能。
以空客A320飞机为例，据不完全统计，直接装机的继电器和接触器就有上百只，如果把机载设备中所使用的继电器和接触器也计算在内，其总数有上千只。当前国内外主流机型选用的继电器以LEACH型平衡力式继电器为主，排除在设计、制造等不合理因素之外，平衡力式继电器性能的好坏直接影响到航空设备能否正常工作。为了保证飞机的正常和安全飞行，开展对平衡力式继电器的可靠性相关研究势在必行。长期以来，国内外研究学者针对航天、航空继电器性能可靠性展开了大量的试验研究，从不同的物理或者化学理论角度对试验结果给予解释。但大多数基于继电器在失效或者指定动作次数之后进行的“事后分析”方法，并不能在产品失效前提前预防。
本文以平衡力式继电器为研究对象，详细分析其结构和工作原理，以继电器疲劳模式和机理为出发点，分析平衡力式继电器的关键性能参数，为其疲劳状态和剩余寿命的判断提供一定具有参考价值和判别依据。在继电器发生故障之前做到提前预防，降低失效概率，减少航空器错误维修几率，并进一步降低维护维修成本，从而保障航空器安全运行。
1 平衡力式继电器结构和工作原理
平衡力式继电器作为一种典型自动控制电器具有记忆功能、耗电少、线圈温升低、动作快、环境适应性好等优点，广泛应用于航空、航天等工作环境恶劣的电子设备中。该继电器机械结构采用永磁体的吸力取代传统继电器恢复弹簧的弹力，具有吸力强、重量轻、耗能少等特点。平衡力式继电器在吸合和释放时所受的吸力和反力基本相等，也就是说，继电器在吸合过程中有通电线圈产生的吸力与在释放过程中由永磁体产生的反力二者大小接近，把“大小相近的力”称为平衡力[1]。如图1所示。
由图1可知，平衡力式继电器的电磁系统主要由磁极A、磁极B、后磁极C、线圈、铁芯、衔铁、加在磁极A，B之间的永磁体NS及动触点簧片等部件组成，其中永磁体产生的磁力等同于其他电磁继电器的反力弹簧所产生的反力，图1所示位置为平衡力式继电器线圈失电状态下，衔铁受永磁体的电磁力而处于释放时的位置图。
