过载开关过载加速度值不稳定问题研究

1、影响过载开关加速度值不稳定因素技术研究深圳市元则电器有限公司 小殷编著摘 要：在过载开关的研制和生产过程中经常会遇到开关的过载加速度值不稳定的问题，该问题的长期存在影响过载开关的研制和生产。以往在生产过程中解决问题时都是针对单一的因素进行控制，由于对因素没有完全考虑并加以试验，因此产品在不同的条件下会出现另外的问题或问题的重复出现。本文根据正交试验的原理，找出影响过载开关在生产过程中过载加速度值不稳定的所有因素，对可控因素进行试验，并结合过载开关的特点，达到排除故障的目的。主题词：加速度继电器 过载加速度 正交试验法 正交表 继电器1 概述过载开关（加速度继电器）是以加速度值的大小作为输入控制

2、型号，输出开关信号的继电器，其继电器的特性如图1。图中Qa为过载加速度值，Qb为回复加速度值。当过载加速度值增加到Qa时，过载开关动作输出，当过载加速度值降低到Qb时，过载开关回复到原始工作状态。因此过载加速度值的稳定性将决定过载开关的使用可靠性。YQb Qa Q图1 过载开关特性对2002年过载开关的所有生产批次投入产出率的进行统计，在全年过载开关GK-1、GK-2、GK-3、GK-5以及GK-6的生产过程中，总共投入390只产品，但最终入库产品仅147只。对于失效的243只产品，进行分析排列，画出产品失效排列图（图2）。图2 失效排列图从图中可以看出，影响过载开关投入产出率的主要因素为过载

3、开关加速度值的超差。而影响过载开关过载加速度值的因素并非某一单一的因素，而是许多互相关联因素共同作用造成。若仅仅只是解决某一主要因素，在一段时间内，产品过载加速度值不稳定的问题可能被解决，但问题在经过另一相关因素发生改变后，又会复现或出现新的问题。2 影响过载开关振动后过载加速度值不稳定的因素过载开关的工作原理为：内部配重机构（加速度敏感机构）感应一定加速度值后，配重机构沿导向套内壁运动产生一定的推力，压缩或拉伸弹簧（或片簧）向接触系统运动，随着加速度值的逐渐增大，推力也逐渐变大，当达到一定的加速度值（过载加速度值）时，配重机构推动接触系统运动或接触棒与接触系统导通，从而实现过载开关的动作输出

4、。过载开关的工作过程实际上是一个力的作用过程，它包括以下一些力的作用。a.推力F由配重块m在加速度值a作用下产生的力。b.接触系统反力f由反力弹簧及接触系统产生。c.产品设置反力f2由工程需要设置反力，同用户使用要求有关。d.摩擦阻力f3由推动部分与支撑件间摩擦产生。其中：总推动力：（配重机构m在加速度a作用下产生的力）由接触系统反力曲线决定（曲线见图3）（c弹性系数，x为行程，由弹簧性质决定）（k为摩擦系数，P为正压力）通常、f由结构和工程要求而定，a由用户使用环境确定，m、作为调整的两个主要参数进行力的平衡调整。其相互力之间的关系见图3。图 3 过载开关作用力接触系统反力特性曲线综合反力曲

5、线总推力S行程从过载开关工作原理及力的分析可以看出，影响过载开关加速度值不稳定的因素有：弹簧的稳定性。弹簧在工作过程中及反复压缩后，弹簧的特性会有一定的改变。弹簧特性fc·x（c弹性系数，x为行程，c由弹簧性质决定）不一定成线性关系，导致过载加速度值偏大或偏小。配重机构的形状。配重机构的形状不同决定过载开关与导向套之间接触面积差异，但配重机构与导向套之间接触面积发生变化后，fk·P（k为摩擦系数，P为正压力）中P的变化引起过载开关的加速度值也会有相应的变化。导向套及配重机构表面粗糙度。零件的表面粗糙度影响零件之间的摩擦力，摩擦系数的变化同样导致过载开关过载加速度值的变化。导

6、向套及配重机构零件的材料及表面镀层。过载开关振动时的安装方向为垂直与产品工作方向。在对过载开关进行振动试验前，将过载开关的导向套沿动作方向割槽，在振动过程中，发现配重机构不断撞击导向套内壁，同时沿导向套内壁做高速旋转运动。在两者的作用下导向套内壁产生一层黑褐色粉状物，从而导致过载开关过载加速度值变化。3 试验情况及解决办法在以往的生产试验过程中，为了解决过载开关振动后过载加速度值不稳定的情况，经常采取的解决办法是改变弹簧的特性或调整产品工作摩擦力，但问题并没有完全解决，经过一段时间后问题又会重复出现。有时为了较全面考察因素与结果的关系，常用排列组合的方法，在有两个因素时试验采用二元排列；有三个

7、因素时试验采用三元排列。这样试验当进行多因素考察时，试验规模相当大。在解决过载开关过载加速度值不稳定因素的试验过程中采用正交试验法，正交试验法是利用正交性原理制成的有规律的表格正交表来安排试验的，即从大量试验点中挑出适量的、具有代表性的典型试验点以解决多因素问题的试验方法。其目的是以尽可能少的试验次数来达到试验的要求，从而节约人力、物力和时间。3.1 正交表用正交试验法合理安排试验，对试验数据进行统计分析，需要用到一已经制作好的标准化表格，即正交表。表1 正交表L8（27） 试验号 因素123456711112212221221113122222142212122511211226211122

8、17121111182221212正交表记号L8（27）的含义如下：在正交表中，每一列不同数字出现次数相等；任意二列同一横行的两个数字看成有序数对（即左边数置与前、右边数置与后）时，每种数对出现的次数相等。3.2 正交试验法的应用3.2.1试验目的及试验考核指标为了解决过载开关振动后过载加速度值不稳定的问题，通过对产品影响因素的综合分析。由于弹簧在装配调试之前已经进行了稳定处理，同时对弹簧的特性都进行了严格的检验，对该因素没有进行试验。将影响因素确定为：配重机构形状，配重块及导向套材料，配重块及导向套表面状况，配重块及导向套表面镀层。通过对以上七种因素的的改变，同时在产品振动试验4h后，以过载

9、加速度值的变化的大小来的量化试验参数的确定。3.2.2 制定因素位级表根据以上七种因素对过载开关过载加速度值影响，根据该产品的生产经验及结合产品的装调参数，每种因素取两个水平。将这些因素和位级列成表2。表2 因素位级表因素位级配重机构形状配重块材料导向套材料导向套镀层配重块镀层配重块表面状况导向套表面状况1钢球铅黄铜铅黄铜无化学镀镍一般一般2圆柱体45#45#化学镀镍镀硬铬表面抛光表面抛光3.2.3选用正交表及明确试验方案根据试验的目的以及所挑选的因素和位级，选择正交表。在该试验中，试验的因素有七个，位级有两个，因此选用L8（27），然后将选择的因素和水平填入正交表中。这样得出试验方案见表3。

10、表3 试验方案及试验结果分析表因素 试验号配重机构形状配重块材料导向套材料导向套镀层配重块镀层配重块表面状况导向套表面状况加速度变化值%1钢球铅黄铜铅黄铜化学镀镍镀硬铬一般表面抛光3.82圆柱体铅黄铜45#化学镀镍化学镀镍一般一般5.03钢球45#45#化学镀镍镀硬铬表面抛光一般4.84圆柱体45#铅黄铜化学镀镍化学镀镍表面抛光表面抛光4.25钢球铅黄铜45#无化学镀镍表面抛光表面抛光2.66圆柱体铅黄铜铅黄铜无镀硬铬表面抛光一般6.07钢球45#铅黄铜无化学镀镍一般一般6.58圆柱体45#45#无镀硬铬一般表面抛光2.14.4254.355.0254.454.6754.255.5754.32

11、54.43.8254.34.0754.53.175R0.10.051.1750.150.60.251.43.2.4试验结果分析从表3直接比较8个试验号所对应生产过载开关在振动4h后过载加速度值的变化大小，第8号试验样品在振动后加速度值的变化范围最小，其次为5号试验。但为了选出更好的因素之间搭配关系，对数据可以进行一些简单的计算。以导向套的材料因素为例，导向套材料的1位级（铅黄铜）出现在试验号1、4、6、7中，其过载开关在振动后过载加速度值变化的平均值为： =（3.8+4.2+6.0+6.5）=5.025同样=3.825；极差R的值为、中最大数减最小数得到。第三列导向套材料的极差R=1.2。后的

12、计算同导向套材料因素对过载开关振动后过载加速度值的影响，并将数据都列入表5。比较各列的振动后加速度值变化范围平均值的大小，如果，说明该列因素中位级2最好，位级1最差。在导向套材料因素来看，45#钢材料相对较铅黄铜好。极差R的大小用来衡量试验中各相关因素作用的大小。极差大的因素意味着它的三个位级对于指标的影响较大，通常是重要因素，而极差小的因素往往在某范围内是不重要因素。在对过载开关振动后过载加速度值影响决定的因素中，导向套表面状况是影响过载加速度值最大的因素，而配重块材料并不是影响过载加速度值的重要因素。即：主 次配重块形状导向套镀层配重块材料配重块表面状况配重块镀层导向套材料导向套 表面状况

13、因此由分析得到较好的参数配置为：A2B2C1D2E1F2G2。但同时考虑产品设计要求的不同，在分析、比较、设计不同的过载开关时，应有不同的选择重点。3.2.5 试验结果验证情况通过以上的试验结果，在2002年10月按照更改后的零件装配了一批GK-5过载开关，过载开关采用的零件分别为：配重块采用圆柱体形状，配重块与导向套均采用45#钢，配重块表面镀层为硬铬，导向套化学镀镍，在过载开关装配以前对导向套内壁进行手工砂光。共装配产品10只，9只产品（其中1只接触系统簧片在装配过程中断裂）按产品详细规范进行振动试验，试验时间为2h，试验后对产品过载加速度值进行测量，产品过载加速度值的变化都在详细规范要求的范围之内，过载开关在振动后过载加速度值的变化范围小于3.75%。到达了