РЕЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к реле электромагнитным для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Известно электромагнитного реле типа РЭЛ четвертого поколения (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн. 1. - 3-е изд. - М, 6 НПФ «Планета», 2000 - стр. 253-256). Реле электромагнитное содержит электромагнитную систему, состоящую из ярма в виде Z-образно изогнутой пластины, якоря, закрепленного на ярме и способного свободно поворачиваться на призматической опоре, одного или двух сердечников, в виде стержня имеющего с одной стороны полюсник, с другой резьбу для соединения с ярмом, двух независимых обмоток, размещенных на двух катушках, катушки размещены на сердечниках магнитопровода, контактной системы состоящей из упругих плоских пластин с закрепленными на концах пластин серебренными и композиционными граффито серебряными контактами, специального груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, реле защищено колпаком, выполненным в виде стакана из оптически прозрачного пластика, имеющего боковые и переднюю стенку с закрепленной на ней накладной дугообразной ручкой.
К недостаткам указанного типа реле следует отнести высокую металлоемкость изготовления сердечника магнитопровода. Сердечник магнитопровода изготавливается из круглого прутка ГОСТ 2590-2008 стали 0501 ТУ 14-1-1132-74. На сердечниках имеются полюсники, диаметр которых значительно больше диаметра стержня сердечника, при обточке сердечника приходится снимать до 70-80% объема металла. Кроме этого, в процессе механической обработки сердечника часто обнаруживаются внутренние дефекты металла, которые не позволяют использовать их в качестве сердечника реле первого класса. Упругие плоские пластины не позволяют длительно сохранять настроечные параметры по усилиям смыкания контактов и сохраненять постоянным пятно контакта между серебряным и порошковыми композиционным граффито-серебрянным контактом, что приводит к нестабильности электрического сопротивления замкнутых контактов. Графитовая основа композиционных контактов подвергается в процессе работы интенсивному износу, частицы износа оседают на стенки колпака не позволяя проводить визуальный контроль при установленном защитном колпаке. Сам колпак выполнен из непрочного с низкойь тепературой возгорания пластика, что нередко приводит к выгоранию целых стативов, в которых установлены реле.
Задачей заявляемого технического решения является повышение качества изготовление реле и повышение его надежности.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении металлоемкости изготовления сердечника магнитной системы реле, повышение технологичности изготовления сердечника реле, улучшении электромагнитных параметров сердечника реле, повышении износостойкости порошковых контактов, в повышении сохранности стабильности свойств контактной системы по усилиям прижатия и контактному пятну, в повышении пожаробезопасности реле.
2
3
Указанный технический результат по варранту 1 достигается тем, что в реле электромагнитном содержащем электромагнитную систему, состоящую из ярма в виде Z-образно изогнутой пластины, якоря, закрепленного на ярме и способного свободно поворачиваться на призматической опоре, одного или двух сердечников, в виде стержня имеющего с одной стороны полюсник, с другой резьбу для соединения с ярмом, двух независимых обмоток, размещенных на двух катушках, катушки размещены на сердечниках магнитопровода, контактной системы состоящей из упругих плоских пластин с закрепленными на концах пластин серебренными и композиционными граффито серебряными контактами, специального груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, реле защищено колпаком, выполненным в виде стакана из оптически прозрачного пластика, имеющего боковые и переднюю стенку с закрепленной на ней накладной дугообразной ручкой, при этом стержень и полюсник сердечника изготовлены раздельно методом порошковой металлургии из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора, а затем элементы соединены между собой металлургическим методом, упругие плоские пластины изготовлены из оловянно-фосфористой бронзы и подвергнуты низкотемпературному отпуску, графитовая основа композиционных контактов выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16 мкОм м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью 15-25%, серебро металлическое распределено во внутреннем объеме графитовой основы в порах в количестве не менее 10% от объема пор, а на поверхности графитовой основы частицы серебра металлического образуют не сплошное поверхностное покрытие толщиной до 10 мкм, колпак выполнен повышенной ударо и теплостойкости из оптически прозрачного поликарбоната, имеющего ударную вязкость не менее 250 Кдж/м, температуру начала деструкции не ниже 300°C и светопропускную способность не менее 80%. Кроме этого, стержень изготовлен из порошока железа PASC60 фирмы Hoganas содержащий 0,6% (масс.) фосфора, 0,05% (масс.) углерода, 0,13% (масс.) кислорода, стержень изготовлен из порошока железа ABC 100.30 фирмы Hoganas, содержащий 0,002%) (масс.) углерода, 0,05% (масс.) кислорода, фосфор в виде 10% раствора ортофосфорной кислоты Н3РО4 в этиловом спирте из расчета 0,6% масс, фосфора в составе смеси, магнитные свойства материала сердечника находятся в пределах: коэрцитивная сила Не не более 60 А/м, магнитная проницаемость не менее 5000, индукция насыщения не менее 1,2 Тл, при плотности материала не менее 6,8 г/см, на боковых стенках, или на передней стенке, в районе контактной зоны реле, выполнены увеличительные линзы.
2
3
3
4
Указанный технический результат по варранту 2 достигается тем, что в реле электромагнитном содержащем электромагнитную систему, состоящую из ярма в виде Z-образно изогнутой пластины, якоря, закрепленного на ярме и способного свободно поворачиваться на призматической опоре, одного или двух сердечников, в виде стержня имеющего с одной стороны полюсник, с другой резьбу для соединения с ярмом, двух независимых обмоток, размещенных на двух катушках, катушки размещены на сердечниках магнитопровода, контактной системы состоящей из упругих плоских пластин с закрепленными на концах пластин серебренными и композиционными граффито серебряными контактами, специального груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, реле защищено колпаком, выполненным в виде стакана из оптически прозрачного пластика, имеющего боковые и переднюю стенку с закрепленной на ней накладной дугообразной ручкой, при этом стержень и полюсник сердечника изготовлены раздельно, стержень из круглого проката электротехнической стали, а полюсник методом порошковой металлургии из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора, а затем стержень и полюсник соединены между собой металлургическим методом, упругие плоские пластины изготовлены из оловянно-фосфористой бронзы и подвергнуты низкотемпературному отпуску, графитовая основа композиционных контактов выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16 мкОм м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью 15-25%, серебро металлическое распределено во внутреннем объеме графитовой основы в порах в количестве не менее 10% от объема пор, а на поверхности графитовой основы частицы серебра металлического образуют не сплошное поверхностное покрытие толщиной до 10 мкм, колпак выполнен повышенной ударо и теплостойкости из оптически прозрачного поликарбоната, имеющего ударную вязкость не менее 250 Кдж/м, температуру начала деструкции не ниже 300°C и светопропускную способность не менее 80%. Кроме этого, стержень изготовлен из порошока железа PASC60 фирмы Hoganas содержащий 0,6% (масс.) фосфора, 0,05% (масс.) углерода, 0,13%) (масс.) кислорода, стержень изготовлен из порошока железа ABC 100.30 фирмы Hoganas, содержащий 0,002%) (масс.) углерода, 0,05%о (масс.) кислорода, фосфор в виде 10% раствора ортофосфорной кислоты HPO в этиловом спирте из расчета 0,6% масс. фосфора в составе смеси, магнитные свойства материала сердечника находятся в пределах: коэрцитивная сила Hc не более 60 А/м, магнитная проницаемость не менее 5000, индукция насыщения не менее 1,2 Тл, при плотности материала не менее 6,8 г/см, на боковых стенках, или на передней стенке, в районе контактной зоны реле, выполнены увеличительные линзы.
2
3
3
4
Указанный технический результат по варранту 3 достигается тем, что в реле электромагнитном содержащем электромагнитную систему, состоящую из ярма в виде Z-образно изогнутой пластины, якоря, закрепленного на ярме и способного свободно поворачиваться на призматической опоре, одного или двух сердечников, в виде стержня имеющего с одной стороны полюсник, с другой резьбу для соединения с ярмом, двух независимых обмоток, размещенных на двух катушках, катушки размещены на сердечниках магнитопровода, контактной системы состоящей из упругих плоских пластин с закрепленными на концах пластин серебренными и композиционными граффито серебряными контактами, специального груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, реле защищено колпаком, выполненным в виде стакана из оптически прозрачного пластика, имеющего боковые и переднюю стенку с закрепленной на ней накладной дугообразной ручкой, при этом стержень сердечника изготовлен методом порошковой металлургии из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора, а полюсник получен осаживанием конца стержня в нагретом состоянии, упругие плоские пластины изготовлены из оловянно-фосфористой бронзы и подвергнуты низкотемпературному отпуску, графитовая основа композиционных контактов выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16 мкОм м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью 15-25%, серебро металлическое распределено во внутреннем объеме графитовой основы в порах в количестве не менее 10% от объема пор, а на поверхности графитовой основы частицы серебра металлического образуют не сплошное поверхностное покрытие толщиной до 10 мкм, колпак выполнен повышенной ударо и теплостойкости из оптически прозрачного поликарбоната, имеющего ударную вязкость не менее 250 Кдж/м, температуру начала деструкции не ниже 300°C и светопропускную способность не менее 80%. Кроме этого, стержень изготовлен из порошка железа PASC60 фирмы Hoganas содержащий 0,6% (масс.) фосфора, 0,05% (масс.)углерода, 0,13% (масс.) кислорода, стержень изготовлен из порошока железа ABC 100.30 фирмы Hoganas, содержащий 0,002% (масс.) углерода, 0,05% (масс.) кислорода, фосфор в виде 10% раствора ортофосфорной кислоты HPO в этиловом спирте из расчета 0,6% масс, фосфора в составе смеси, магнитные свойства материала сердечника находятся в пределах: коэрцитивная сила Hc не более 60 А/м, магнитная проницаемость не менее 5000, индукция насыщения не менее 1,2 Тл, при плотности материала не менее 6,8 г/см, на боковых стенках, или на передней стенке, в районе контактной зоны реле, выполнены увеличительные линзы.
Данное техническое предложение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан часть магнитной системы имеющей один сердечник, 1 - сердечник, состоящий из цилиндра 1.1, полюсника 1.2, резьбы 1.3, 2 - ярмо. На фиг.2 показана часть магнитной системы имеющей два сердечника 3, состоящего из цилиндра 3.1, полюсника 3.2, резьбы 3.3, ярма 4. На фиг.3 характерный износ порошковых контактов 5 реле (прототип) после 500 тыс. коммутаций постоянного тока в паре с серебряным контактом, на фиг.4 характерный износ порошковых контактов реле 6 (предлагаемое техническое решение) после 500 тыс.коммутаций постоянного тока в паре с серебряным контактом. Упругие плоские пружины 7 показаны на фиг.3 4.
Используя металлические порошки на основе железа и смешивая их в нужных соотношениях, прессуя в формах и спекая при определенных температурах, были получены композиционные спеченные сердечники и полюсник, почти не требующие механической обработки и по электромагнитным характеристикам превышающие сердечник прототипа изготовленный из электротехнической стали марки 0501 ТУ 14-1-1132-74. Сердечники изготовленные по двум вариантам были установлены в реле и проведены заводские испытания на соответствие реле техническим условиям. Один вариант сердечника был изготовлен с введением компонента фосфора в порошок железа. Второй вариант в состав порошка содержащего фосфор вводили кремний в виде порошка ферросилиция из расчета 4.8-5.0% (масс.) кремния в шихте. Приведены два примера изготовления порошков. Остальные сочетания использования в смеси легирующих элементов фосфора и кремния показали аналогичные результаты. Сердечники реле были изготовлены по трем предлагаемым вариантам. В таблице представлен наиболее технологичный вариант изготовления сердечника. Стержень сердечника изготовлен методом порошковой металлургии из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов фосфора и кремния и фосфора, а полюсник получен осаживанием конца стержня в нагретом состоянии. Данный вариант является наиболее экономичным при массовом производстве сердечников.
Пример 1. Порошок железа PASC60 фирмы Hoganas содержащий 0,6% (масс.) фосфора, 0,05% (масс.)углерода, 0,13% (масс.) кислорода, смешивали с порошком ферросилиция.
3
4
Пример 2. В порошок железа ABC 100.30 фирмы Hoganas, содержащий 0,002% (масс.) углерода, 0,05% (масс.) кислорода вводили фосфор в виде раствора ортофосфорной кислоты НРO из расчета 0,6% масс, фосфора в составе смеси, а затем смесь перемешивали в течение 2,0-2,5 часов, и проводили сушку смеси при температуре 90-120°C. Затем в состав смеси железа с фосфором вводили 0,5-1,5 мас.% стеарата цинка. Прессование проводили в твердосплавной пресс-форме при односторонней нагрузке 700 МПа.
Спекание заготовок. Отпрессованные образцы нагревали в вакуумной печи со скоростью 230 град/ час до температуры 1360°C, выдерживали образцы при данной температуре 2,5 часа, после этого охлаждали образцы до температуры 500°C со скоростью 50 град/час, далее вместе с печью до температуры окружающей среды.
c
Исследование материала. Магнитные характеристики материала определяли на кольцевых образцах по ГОСТ 8.377 на установке магнитоизмерительной МК-3Э. Определялись коэрцитивная сила, H А/м, индукция насыщения, Вм, Тл, и магнитная проницаемость m, плотность спеченных образцов.
Результаты измерений представлены в таблице 1.
отпускная
подъема
c
Значение U и U определены в вольтах, магнитная проницаемость m в Г с/э, а H в А/м.
Вариант изготовления реле
U<sub>отпуск</sub>
U<sub>подъема</sub>
Электромагнитные свойства
Полярность
Пример 1
Пример 2
Прямая
Обратн
m
B<sub>м</sub>
H<sub>c</sub>
m
B<sub>м</sub>
H<sub>c</sub>
Реле РЗЛ1-1600, сталь 0501
5,5/5,6
14,3/14,3
4000
1,3
58
Предлагаемое тех. решение
7,8/7,8
12,7/12,7
5500
1,2
46
5550
1,3
49
Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом снизить себестоимость получения сердечника реле электромагнитного при улучшении его электромагнитных свойств. Испытания реле проводятся на Камышловском электротехническом заводе.