Способ оценки электроэрозионной износостойкости материала электрических контакт-деталей Российский патент 2023 года по МПК G01R31/333 

Изобретение относится к надежности технических систем и может быть использовано для оценки ресурса электроконтактных материалов и контакт-деталей при сравнительных испытаниях в условиях электроэрозионного изнашивания.

Известен метод определения эрозионной стойкости электрических контакт-деталей в электродуговом режиме, основанном на моделировании электрического дугового разряда в зазоре между двумя неподвижно закрепленными контакт-деталями с последующим определением дугового износа контакт-деталей - ГОСТ 25188-82.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов, включающий проведение испытаний образцов в нормальном, ступенчатом и форсированном режимах, фиксирование наработки, пересчет наработки в форсированном режиме на условия нормального режима, обработку результатов испытаний, по итогам которой оценивают ресурс испытываемого материала, при этом, проводят испытания образцов пропусканием через контакт электрического заряда, причем из партии образцов делают выборки, испытание одной выборки образцов из партии проводят в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования и фиксируют наработку другой выборки - в ступенчатом режиме, после чего определяют значение коэффициента ускорения, затем проводят испытания оставшихся образцов из партии в форсированном режиме до отказа или до момента цензурирования и фиксируют наработку, далее пересчитывают наработки в форсированном режиме на условия нормального режима с учетом определенного ранее коэффициента ускорения, обработку результатов испытаний осуществляют путем расчета вероятности безотказной работы и определения параметров распределения Вейбулла, после чего оценивают ресурс m исследуемого материала как математическое ожидание наработки до отказа по приведенной формуле - патент RU 2265862 С1, 2005 г.

Недостаток известного способа состоит в его относительной сложности, т.к. проведение испытаний образцов осуществляется в трех режимах, а для фиксации результатов во всех режимах необходим последующий пересчет с одного режима на другой.

Техническая задача изобретения - упрощение способа оценки электроэрозионной износостойкости материала электрических контакт-деталей при повышении его точности.

Эта задача решена способом оценки электроэрозионной износостойкости материала электрических контакт-деталей, при котором проводят испытания на стенде контакт-деталей в среднеточном и сильноточном режимах, фиксируют результаты в обоих режимах и обрабатывают результаты, по итогам которых определяют режимы ускоренной оценки износостойкости, при этом в качестве контакт-деталей используют контактные пары из определенного материала от одной производственной партии, каждую контактную пару взвешивают до и после испытания и устанавливают на стенд последовательно для воздействия заданных, увеличивающихся для каждой контактной пары, прямоугольных импульсов постоянного тока I, подаваемого через заданные промежутки времени, результатом фиксации является измерение потери массы Дт каждой контактной пары до и после испытания, обрабатывают результаты путем построения графика зависимости Дт от величины соответствующих импульсов постоянного тока I для каждой контактной пары, при этом, из графика выявляют область перехода среднеточного в сильноточный режим, видимую как изменение наклона двух частей графика, каждая из которых служит диапазоном соответствующего режима ускоренной оценки износостойкости для определенного материала контакт-деталей.

При этом способе среднеточный режим определен в диапазоне от нуля до области перехода, сильноточный режим определен в диапазоне от области перехода до не менее 20 А.

Стенд для испытания контакт-деталей содержит генератор импульсов, через электронный ключ соединенный с блоком возбуждения дугового разряда, выход которого соединен с держателем контактной пары, счетчиком импульсов и накопителем заряда, соединенным с блоком питания, который также соединен с генератором импульсов и с блоком возбуждения дугового разряда.

В процессе испытаний электрических контакт-деталей при выборе режимов нагружения решающее значение имеют вопросы физической природы износа стыковых электрических контактов. При величинах электрического тока, больших минимального тока дугообразования, характерной является эрозия катода, связанная с дугой размыкания.

Например, для серебряных контактов в диапазоне электрического тока от 1,0 А до 20 А при замыкании происходит перенос с катода на анод, но менее интенсивно, чем при размыкании.

Результирующий износ контактной пары равен потере массы контактов и носит стабильный линейный характер, зависящий от силы тока. Контакты, работающие при таких токах, называют среднеточными.

При значениях электрического тока, превышающих верхние границы токов среднеточных контактов, наблюдается качественное изменение эрозии. Для серебряных контактов, например, когда сила тока более 20 А, при размыкании контактов происходит изменение направления переноса с анода на катод. Износ катода определяется, главным образом, термическим воздействием дуги, вследствие чего металл плавится, испаряется и выдувается из контакта под действием бурного образования пара.

Результирующий износ равен сумме потерь массы Am контактной пары (анода и катода). Наблюдается линейная зависимость эрозии контактов от силы тока.

Критерий предельного состояния, характеризующий эрозионный износ контактной пары - сумма потери массы Am анода и катода.

Такие контакты называют сильноточными.

Стендовые испытания электрических контакт-деталей и контактных материалов позволяют сократить время испытаний, объективно оценить качество изготовления контакт-деталей и контактных материалов и их технологическую стабильность производства.

На фиг. 1 показан график зависимости потери массы Δm контактной пары при электродуговой эрозии и воздействии импульсов постоянного тока I для среднеточного и сильноточного режимов, на фиг. 2 - блок-схема устройства испытательного стенда.

Реализация способа производится следующим образом.

В качестве деталей используют контактные пары из определенного материала от одной производственной партии. Каждую контактную пару взвешивают до и после испытания и устанавливают на стенд последовательно для воздействия одного значения импульса постоянного тока I. После замены контактной пары производят увеличение значения импульса постоянного тока I с воздействием на эту контактную пару. Затем измеряют потери массы Δm каждой контактной пары до и после испытания, обрабатывают результаты путем построения графика зависимости Δm от величины соответствующих импульсов постоянного тока I для каждой контактной пары. Из графика выявляют область перехода среднеточного в сильноточный режим, видимую как изменение наклона двух частей графика - ток перехода I_п.

Испытания проводятся с помощью стенда, блок-схема которого показана на фиг. 2.

Генератор 1 вырабатывает импульсы постоянного тока, которые подаются на электронный ключ 2, который открывается передним фронтом импульса. При этом запускается блок 3 возбуждения дугового разряда. Высоковольтный импульс, вырабатываемый блоком 3, преобразует импульс постоянного тока от генератора 1 в прямоугольный, которым осуществляется электрический пробой и ионизация воздуха в зазоре контактной пары, закрепленной в держателе 4. Счетчик 5 импульсов служит для подсчета числа импульсов дугового разряда за время испытаний. Дуговой разряд блока 3 поддерживается накопителем 6 заряда. Задний фронт прямоугольного импульса закрывает электронный ключ 2 и дуга гаснет. Блок питания 7 обеспечивает независимое питание генератора 1, блока 3 возбуждения дугового разряда и накопителя 6 заряда.

Перед установкой контактной пары в держатель 4 производят ее взвешивание, фиксируя результат - m₁. Затем контактную пару неподвижно закрепляют в держателе 4 на одной оси, на определенном расстоянии между анодом и катодом, и подают от генератора 1 импульсы постоянного тока, частота которых соответствует числу циклов работы, принятой в программе испытаний для одной контактной пары.

После окончания коммутационного цикла производят повторное взвешивание контактной пары, фиксируя измененную массу - m₂.

Потеря массы контактной пары Δm=m₁-m₂ - фиксируется для построения графика зависимости Δm от величины соответствующих импульсов постоянного тока I для конкретной контактной пары.

В момент пробоя межконтактного промежутка прямоугольным импульсом с блока 3, возникающая в межконтактном промежутке электрическая дуга соответствует по амплитуде и длительности импульса тока реальной, возникающей при размыкании контактов в наихудшем условии работы контактной пары.

При дискретном увеличении силы тока свыше 20 А изменяется физика процесса: происходит преимущественный износ катода. Визуально это определяется через прозрачный экран, который может быть установлен на держателе 4 контактной пары: металл контактной пары начинает плавиться, испаряться и выдуваться из контактов под действием бурного образования пара. Регистрация процесса производится с помощью, например, осциллографа. Это изменение пологого наклона прямой зависимости Δm от I к более крутому - при дальнейшем повышении тока - и является областью перехода среднеточного в сильноточный режим: на фиг. 1 это значение тока перехода I_п.

Графическое построение результатов испытаний методом аппроксимации показывает область перехода от среднеточного режима электродуговой эрозии контактов к сильноточному режиму - фиг. 1, на которой показаны значения Δm₁/I₁ и Δm₂/I₂ - для среднеточного режима и значения Δm₃/I₃ и Δm₄/I₄ - для сильноточного режима.

Выявление этой области позволяет разделить линейные зависимости обоих режимов для дальнейшего использования, результатом которого является сокращение времени испытания контактных пар в условиях электроэрозионного изнашивания.

При этом время испытания сокращается за счет исключения воздействий в широком диапазоне токов путем возможности воздействия в одном режиме - среднеточном или сильноточном - в пределах границ полученного графика.

Исключение работы в нескольких режимах с дальнейшим пересчетом с одного режима на другой повышает точность предлагаемого метода по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к электроэрозионным испытаниям электроконтактных материалов и контакт-деталей и может быть использовано для оценки их ресурса при сравнительных испытаниях в условиях электроэрозионного изнашивания. Технический результат: упрощение способа оценки электроэрозионной износостойкости материала электрических контакт-деталей при повышении его точности. Сущность: проводят испытания контакт-деталей в среднеточном и сильноточном режимах, фиксируют результаты в обоих режимах и обрабатывают результаты, по итогам которых определяют режимы ускоренной оценки износостойкости. В качестве контакт-деталей используют контактные пары из определенного материала от одной производственной партии. Каждую контактную пару взвешивают до и после испытания. Контактные пары последовательно устанавливают на стенд для воздействия одного или нескольких заданных, увеличивающихся для каждой контактной пары, прямоугольных импульсов постоянного тока, подаваемого через заданные промежутки времени. Результатом фиксации является измерение потери массы Δm каждой контактной пары до и после испытания. Обрабатывают результаты путем построения графика зависимости Δm от величины соответствующих импульсов постоянного тока для каждой контактной пары. Из графика выявляют область перехода среднеточного в сильноточный режим, видимую как изменение наклона двух частей графика, каждая из которых служит диапазоном соответствующего режима ускоренной оценки износостойкости для определенного материала контакт-деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ оценки электроэрозионной износостойкости материала электрических контакт-деталей, при котором проводят испытания на стенде контакт-деталей в среднеточном и сильноточном режимах, фиксируют результаты в обоих режимах и обрабатывают результаты, по итогам которых определяют режимы ускоренной оценки износостойкости, отличающийся тем, что в качестве контакт-деталей используют контактные пары из определённого материала от одной производственной партии, каждую контактную пару взвешивают до и после испытания и устанавливают на стенд последовательно для воздействия заданных, увеличивающихся для каждой контактной пары, прямоугольных импульсов постоянного тока I, подаваемого через заданные промежутки времени, результатом фиксации является измерение потери массы Δm каждой контактной пары до и после испытания, обрабатывают результаты путём построения графика зависимости Δm от величины соответствующих импульсов постоянного тока I для каждой контактной пары, при этом из графика выявляют область перехода среднеточного в сильноточный режим, видимую как изменение наклона двух частей графика, каждая из которых служит диапазоном соответствующего режима ускоренной оценки износостойкости для определённого материала контакт-деталей.

2. Способ оценки по п.1, отличающийся тем, что среднеточный режим определён в диапазоне от нуля до области перехода, сильноточный режим определён в диапазоне от области перехода до не менее 20 А.

3. Способ оценки по п.1, отличающийся тем, что стенд для испытания контакт-деталей содержит генератор импульсов, через электронный ключ соединённый с блоком возбуждения дугового разряда, выход которого соединён с держателем контактной пары, счётчиком импульсов и накопителем заряда, соединённым с блоком питания, который также соединён с генератором импульсов и с блоком возбуждения дугового разряда.