Способ испытания электромагнитных реле на вибростенде
METHOD OF TESTING ELECTROMAGNETIC RELAYS ON VIBRATING BENCH

Область применения
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания электромагнитных реле на вибрационном стенде, и может быть использовано для испытания одновременно десяти электромагнитных реле с самовозвратом.
Уровень техники
Практически все изделия (элементы ракет, космических аппаратов, транспорта и др.), подвергающиеся в реальных условиях различным механическим воздействиям, испытывают на вибрационном стенде. И для каждого изделия применяют свой способ испытания на вибрационном стенде, в зависимости от назначения изделия. Реле, по данной заявке, испытывают на вибропрочность и виброустойчивость. По Техническим Условиям (ТУ) на реле необходимо испытать на вибростенде 10 реле [Технические условия ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное». ЕЖИА.647115.001ТУ, лист 15] по трем взаимно перпендикулярным направлениям реле X, Y, Z (условно) [Протокол периодических испытаний реле ОАГ.128.047 ЛУ. АО «Корпорация «ВНИИЭМ» - 48 с., с. 15].
Известен раздельный способ поочередно-группового испытания одновременно 3-х электромагнитных реле с самовозвратом на вибростенде на вибропрочность и виброустойчивость. Для этого 10 штук реле делят на 4 группы: 1 группа - 3 реле №№1, 2, 3; 2 группа - 3 реле №№4, 5, 6; 3 группа - 3 реле №№7, 8, 9; 4 группа - 1 реле №10. Испытания реле и измерения их параметров проводят в каждом испытании по группам в последовательности групп 1, 2, 3, 4 и в каждой группе в последовательности положений X, Y, Z с использованием специального устройства крепления реле - куба и устройства контроля 3 реле [Пульт для контроля контактирования реле при испытаниях на механические нагрузки. Паспорт-инструкция. ТАИК.923.00.00Э3. НПП ВНИИЭМ. 1999].
Сначала все 10 реле испытывают на вибропрочность, затем на виброустойчивость [ГОСТ В 22170-84. Реле электромагнитные. Общие технические условия, с. 18], при этом испытания на вибропрочность и виброустойчивость считают самостоятельными испытаниями, независимыми по вибропрочности и виброустойчивости. Измерения параметров реле при испытании на вибропрочность проводят для каждой группы реле после окончания испытания по всем направлениям X, Y, Z, а при испытании на виброустойчивость - как во время испытания, т.е при действии вибрации, так и после окончания испытания. Следовательно, если произойдет отказ реле при испытании на вибропрочность, например, в положении X, а параметры реле, согласно документации, нужно измерять только после окончания испытания во всех 3 положениях X, Y, Z, то и отказ реле обнаружится только при проверке работоспособности реле после окончания испытания на вибропрочность во всех 3 положениях. Поэтому не будет известно, в каком положении реле ненадежно.
В технической документации на реле не определено, каким способом проводить измерения и контроль параметров реле. Поэтому условились измерять и контролировать последовательно в каждом направлении X, Y, Z по одному реле поочередно - сначала измеряют напряжение срабатывания и возврата у 1 реле 1 группы в направлении X, затем у этого же реле контролируют замыкание и размыкание контактов. После этого измерение и контроль параметров проводят поочередно у 2 и 3 реле 1 группы. Аналогично измеряют и контролируют параметры в направлениях Y и Z 1 группы, а также у 2, 3 и 4 групп реле в направлениях X, Y, Z. Поэтому за 3 минуты испытатель успевает измерить и проконтролировать параметры у каждого реле только один раз. В документации также не определено, в какой последовательности менять положение реле в каждом испытании. Поэтому при испытаниях условились в каждом испытании и в каждой группе реле проводить испытания в последовательности положений X, Y, Z.
При смене положения реле нужно поворачивать куб на испытательном столе вибростенда на 90°. Для этого нужно откручивать круглую прижимную шайбу, а при смене положения с X на Y нужно еще и отключать от пульта и потом вновь подключать испытательные кабели. Кроме этого, при смене групп реле старую группу реле нужно из куба удалять, а новую устанавливать в куб, при этом испытательные кабели старой группы от пульта отключаются, а кабели новой группы подключаются.
На испытание на виброустойчивость каждого реле, а следовательно, одной группы реле, отводится по документации 3 минуты в каждом положении реле. За это время, при действии вибрации, необходимо измерить и проконтролировать по два параметра у каждого реле и в каждом его положении (X, Y, Z) измерить напряжение срабатывания и возврата и проконтролировать ложное отпускание замкнутых контактов реле (ошибку 1 рода) и ложное замыкание разомкнутых контактов реле (ошибку 2 рода).
Недостатками способа испытания реле на вибростенде 3 реле являются неравноточность измерений, т.к. измерения параметров в разных группах реле проводят в разное время, большая трудоемкость испытаний, много рутинной работы, длительность испытаний, большие энерго- и ресурсозатраты вибростенда, измерения и контроль параметров реле производят поочередно по одному реле, на что требуется много времени и, поэтому, удается за время испытаний измерить параметры только один раз, вследствие чего низкая точность оценок параметров, т.к. за оценку берется одно единственное измерение, а все измерения обязательно содержат погрешности, измерить которые невозможно. Кроме этого, приходится коммутировать группы реле и испытательные кабели, а это достаточно трудоемкие операции. Испытания на вибропрочность и виброустойчивость не совмещены, т.е. считаются независимыми. При испытании на вибропрочность невозможно определить положение реле, в котором произошел его отказ.
Известен способ испытания реле на вибростенде с устройством крепления реле (кубом) 4 реле [Технические условия ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное». ЕЖИА.647115.001ТУ, Приложение] и с пультом контроля 4 реле [Черкасов Ю.Н. Совершенствование системы испытаний: Книга 1. Периодические испытания реле. Издание второе, переработанное и дополненное / Под ред. П.В. Малышева. - М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009 - 112 с., с. 7]. Способ испытаний реле здесь такой же, как и с 3 реле, поэтому и недостатки будут те же, что и для трех реле.
Проведены патентные исследования изобретений и полезных моделей Российской Федерации, стран СНГ и зарубежных стран по классам G01M 7/00, G01M 7/01, G01M 7/02, G01M 7/04 с 1994 г. по настоящее время. При проведении анализа уровня техники по патентным источникам не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа. При проведении анализа уровня техники по научно-техническим источникам обнаружен один аналог [Черкасов Ю.Н. Совершенствование системы испытаний: Книга 1. Периодические испытания реле. Издание второе, переработанное и дополненное / Под ред. П.В. Малышева. - М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009 - 112 с., с. 7] - способ испытания электромагнитных реле с самовозвратом на вибростенде с использованием куба для крепления 4 реле и пульта контроля 4 реле, который и был принят за прототип.
Раскрытие изобретения
Технический результат заключается в повышении равноточности измерений и точности оценок параметров реле, уменьшении трудо-, энерго- и ресурсозатрат вибрационного стенда, трудоемкости и времени испытаний, в однозначности определения отказа реле при испытании на вибропрочность.
Технический результат достигается заявленным способом испытания 10 электромагнитных реле на вибростенде, состоящим из последовательности поочередно-групповых независимых испытаний на вибропрочность и виброустойчивость электромагнитных реле с самовозвратом по трем взаимно перпендикулярным осям реле X, Y, Z, при этом нумерация реле в группах идет по порядку номеров реле: 1 группа из 4 реле, номера реле 1, 2, 3, 4; 2 группа из 4 реле, номера реле 5, 6, 7, 8; 3 группа из 2 реле, номера реле 9, 10, причем сначала испытывают реле на вибропрочность в последовательности групп 1, 2, 3 и направлениях осей X, Y, Z в каждой группе реле, потом аналогично испытывают на виброустойчивость в той же последовательности групп 1, 2, 3 и направлений осей X, Y, Z, при этом выполняется коммутация реле и испытательных кабелей в каждом испытании при смене групп реле и смене направлений, причем испытания на вибропрочность и виброустойчивость совмещают, при этом испытание на виброустойчивость проводят сразу же после испытания на вибропрочность по той оси реле, по которой испытывали реле на вибропрочность, а при испытании на вибропрочность работоспособность реле проверяют в каждом положении реле X, Y, Z, измерение параметров проводят несколько раз по каждой оси реле, при этом оба испытания проводят без коммутации реле и испытательных кабелей.
Кроме этого, на вибростенд устанавливают сразу все испытываемые реле - 10 штук, а измерения и контроль параметров совмещают и проводят несколько раз одновременно для всех параметров и одновременно у всех 10 реле за один цикл увеличения и уменьшения напряжения только одного источника постоянного тока на катушках одновременно у всех 10 реле.
К защите патентом Российской Федерации предлагается совмещенный способ бескоммутационного испытания электромагнитных реле с самовозвратом на вибростенде.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема соединения оборудования при испытании электромагнитных реле на вибростенде с использованием заявленного способа.
На фиг. 1 показано: 1 - устройство крепления 10 реле на вибростенде;
2 - вибростенд;
3 - испытательные кабели;
4 - пульт контроля 10 реле;
5 - источники постоянного тока;
6 - компьютер.
На фиг. 2 показана фотография реальной схемы испытания реле на вибростенде с использованием заявленного способа испытания. Здесь обозначения такие же, как на фиг. 1 (компьютер не виден).
На фиг. 3 показана последовательность действий при испытании реле на вибропрочность поочередно-групповым способом с использованием прототипа.
На фиг. 4 показана последовательность действий при испытании реле на виброустойчивость поочередно-групповым способом с использованием прототипа.
На фиг. 5 показана последовательность действий при испытании реле на вибростенде заявленным совмещенным бескоммутационным способом.
Осуществление изобретения
Способ осуществлен на основе устройства крепления 10 реле на вибростенде по заявке [Заявка на изобретение №2017124196 от 07.07.2017 г. Черкасов Ю.Н. и др. Устройство крепления электромагнитных реле на вибростенде и ударном стенде] и пульта контроля параметров 10 реле по заявке [Заявка на изобретение №2017100048 от 09.01.2017 г. Черкасов Ю.Н. Устройство контроля электромагнитных реле при испытании на вибростенде и ударном стенде].
Суть способа по данной заявке заключается в том, что испытание на виброустойчивость проводят сразу же после испытания на вибропрочность по той оси реле, по которой реле испытывали на вибропрочность, т.е. испытания на вибропрочность и виброустойчивость совмещают. При испытании на вибропрочность работоспособность реле проверяют в каждом положении X, Y, Z. Перед испытаниями на стенд устанавливают сразу все 10 реле и в процессе обеих испытаний их не снимают, оба испытания проводят без коммутации реле и испытательных кабелей, измерение и контроль параметров совмещают и проводят одновременно для всех 10 реле за один цикл увеличения и уменьшения напряжения на катушках одновременно всех 10 реле.
Способ осуществляется в следующей последовательности. Перед испытаниями по заявленному способу к реле припаивают испытательные кабели, сразу все 10 реле крепят в устройстве крепления реле, которое устанавливают на вибростенд в направлении X. Собирают схему испытаний, как показано на фиг. 1. До испытания в компьютере задают для вибростенда параметры режимов вибропрочности и виброустойчивости. От компьютера включают вибростенд в режим вибропрочности и испытывают реле в положении X. После испытания в положении X проверяют работоспособность всех 10 реле. Затем от компьютера включают вибростенд в режим виброустойчивости и проводят испытание реле в положении X, при этом во время и после испытания измеряют параметры реле. После испытания реле на виброустойчивость в положении X поворачивают куб с реле последовательно в положения Y и Z и аналогично, как и в положении X, испытывают реле. Следовательно, при заявленном способе испытаний, в случае отказа реле, стало возможным однозначно установить положение реле, в котором произошел отказ.
Режим вибропрочности заключается в том, что реле подвергают вибрации определенное время без включения реле и без измерения параметров реле во время действия вибрации. В режиме виброустойчивости включают реле и измеряют параметры реле во время действия вибрации, которая, согласно ТУ, продолжается только три минуты. В режиме виброустойчивости при действии вибрации необходимо измерить напряжение срабатывания и возврата всех 10 реле и проконтролировать отсутствие размыкания замкнутых контактов под действием вибрации после срабатывания реле и отсутствие замыкания разомкнутых контактов под действием вибрации после отпускания реле. Для совмещенного измерения и контроля параметров одновременно всех реле заимствован способ из патента [Черкасов Ю.Н. и др. Патент RU 2498257. С2. G01M 7/00 (2006.01). 10.11.2013 г.]. Для контроля разомкнутого состояния контактов одновременно всех 10 реле использовано свойство самовозврата реле, которое, в явном виде, ранее не использовалось - после достижения на катушках реле некоторого минимального напряжения (напряжения возврата) или после снятия напряжения с катушек реле они всегда возвращаются в разомкнутое состояние контактов. Кроме этого, из патента заимствован принцип совмещения измерения и контроля параметров реле.
Суть заимствованного из указанного патента способа заключается в следующем. При измерении напряжения срабатывания быстро увеличивают напряжение на катушках одновременно всех 10 реле от источника постоянного тока до заведомо меньшей величины напряжения срабатывания реле (это напряжение известно из ТУ и определено эмпирически), а затем плавно и медленно до срабатывания всех реле. Срабатывание реле контролируют по загоранию соответствующих сигнальных лампочек на пульте контроля реле. При срабатывании всех 10 реле горят все лампочки, при этом контролируют отсутствие самопроизвольного размыкания контактов одновременно всех 10 реле под действием вибрации. Для этого нужно только наблюдать за сигнальными лампочками. Если разомкнутся контакты какого-либо реле, то погаснет соответствующая лампочка, следовательно, произошло самопроизвольное размыкание контактов этого реле под действием вибрации.
Здесь следует учесть тот факт, что при проверке напряжения срабатывания после загорания лампочки какого-то реле уже началась проверка самопроизвольного размыкания контактов этого реле, поскольку контакты этого реле остаются замкнутыми, пока измеряем напряжение остальных реле. И так для всех реле. Получилось, что за время проверки напряжения срабатывания очередного реле уже проконтролирован факт самопроизвольного размыкания контактов всех ранее сработавших реле, т.к. они оставались включенными.
Более того, учтем еще один факт. Чем большее напряжение подано на катушку реле, тем больше сила прижимания контактов и удержания их в замкнутом состоянии. Следовательно, если при действии вибрации, контакты остаются замкнутыми при меньшем напряжении, то, тем более, они будут удерживаться в замкнутом состоянии при большем напряжении.
При измерении напряжения возврата быстро уменьшают напряжение на катушках одновременно всех реле от источника постоянного тока до заведомо большей величины напряжения отпускания реле (это напряжение известно из ТУ и определено эмпирически), а затем плавно и медленно до отпускания всех реле (должны погаснуть все лампочки). Наблюдая за погасшими лампочками, контролируют надежность удержания контактов в разомкнутом состоянии одновременно всех реле. Если загорится какая-либо лампочка, следовательно, произошло самопроизвольное замыкание контактов этого реле под действием вибрации. Следовательно, за время проверки напряжения возврата очередного реле уже проконтролирован факт самопроизвольного замыкания контактов всех ранее отпустивших реле, т.к. они оставались выключенными.
Таким образом, за время только одного измерения напряжения срабатывания и возврата оказались надежно проконтролированы все параметры всех 10 реле. При этом измерение и контроль параметров совмещен и проводится в одно и тоже время для всех 10 реле (одновременно). Следовательно, максимально повышена равноточность измерений.
Следует отметить, что быстрое увеличение (уменьшение) напряжения на катушках одновременно всех 10 реле в начале процесса увеличения (уменьшения) напряжения позволяет «экономить» время и использовать его на дополнительное измерение и контроль параметров реле. Поэтому за время 3 минуты оказалось возможным измерить и проконтролировать все параметры всех реле несколько раз. Многократное измерение и контроль параметров реле позволяет использовать в качестве оценки параметра среднестатистическое значение выборки результатов измерений и, тем самым, повысить точность оценок параметров реле.
Принципиальное техническое отличие заявленного способа от способа прототипа состоит в том, что испытание на виброустойчивость проводят сразу же после испытания на вибропрочность по той оси реле, по которой испытывали на вибропрочность, испытание проводят без коммутации реле и испытательных кабелей, при испытании на вибропрочность проверяют работоспособность реле в каждом положении реле, измерение и контроль параметров реле совмещают и проводят одновременно для всех 10 реле.
Заявленный способ испытания реле на вибростенде реализован и используется при периодических испытаниях электромагнитных реле с самовозвратом на вибропрочность и виброустойчивость [Протокол периодических испытаний реле ОАГ.128.047 ЛУ. АО «Корпорация «ВНИИЭМ». 2017 - 48 с., с. 14, 15]. Реальная схема испытания реле на вибростенде с использованием заявленного способа испытания показана на фиг. 2.
Оценка технического результата
Технический результат можно оценить количественно и качественно. Для количественной оценки выберем наиболее трудоемкие операции - установку реле в куб и поворот куба. Из таблиц на фиг. 3 и 4 видно, что при использовании поочередно-группового способа прототипа испытания приходится 6 раз устанавливать реле в куб и 18 раз поворачивать куб на вибростенде, в то время как при заявленном способе испытания установка реле в куб во время испытания вообще не производится, а поворот куба выполняется только два раза, вследствие чего существенно уменьшена трудоемкость испытаний и, соответственно, время испытаний.
Измерения параметров реле заимствованным из патента способом существенно повышает равноточность измерений и точность оценок параметров реле.