张高廷1曹云东1刘
n0492炜2
（1.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870；2.沈阳铁路信号有限责任公司，辽宁沈阳110025）
摘
要：铁路信号继电器在铁路控制和通信系统中有着广泛应用，鉴于其机械结构特点，继电器的触簧系统易受到外界环境的振 动干扰，使触点发生误动作。现利用有限元方法建立了铁路信号继电器的三维分析模型，通过模态分析得到了触簧系统的固有频率和模态振型，并通过振动试验结果与仿真数据的对比，验证了该方法的有效性。
关键词：触簧系统；有限元；模态分析；振动试验
０引言
在铁路信号系统中，随着列车运行速度的不断提高，铁路
信号继电器作为控制和通信的核心元件，对其耐力学特性也有着更高的要求。当继电器受到外界的振动和冲击扰动时，激励会从底座传递到上，发生弯曲改变触点间的接触状态，降低继电器的工作可靠性，甚至使其机械结构损坏［1］。因此，提高继电器的耐力学特性是一个值得深入研究的问题。
本文通过有限元软件，建立了铁路信号继电器的三维有限元模型，通过模态分析模块对继电器的固有频率和振型进行求解计算，从固有频率角度对继电器的抗振性能进行了分析。最后结合振动试验结果，
验证仿真计算数据的正确性，可为继电器的抗振性能优化提供一定的参考。
１
三维模型的建立
１．１
车型识别系统继电器结构分析
本文以某型号的铁路信号继
电器为研究对象，如图1所示。
当继电器处于释放状态时，线圈未通电或电压小于额定值，电磁系统不产生吸力或吸力较小，在反力弹簧作用下，触簧系统的8组常闭触点接触，
常开触点断开；当继电器处于吸合状态时，线圈产生磁通，电磁系统吸引衔铁向下运动，衔铁带动传动轴驱动推拉杆和实现开断动作。在触簧系统中，
既作为通电回路的一部分，又属于控制电路接通和断开的机械构件［2］。在本文中，
采用推动力来替代反力弹簧作用，使触头发生接触，进行接触模态分析。１．２
三维有限元模型
三维有限元模型作为仿真过程中进行计算的边界条件之一，其建模的精确度将直接关系到最终仿真结果的准确度［3］，有限元模型的网格剖分结果如
图2所示。
网格剖分结束后，为了计算继电器触簧系统的固有频率和模态振型，需要对模型采取分配材料属性、设定边界条件和设置载荷等前处理步骤。
２模态仿真分析
模态分析是研究结构动力学的一种有效方法，是系统辨
别方法在工程振动领域中的应用。通过模态分析可以得到系统的固有频率和模态振型等参数［4］。
计算前需在动上施加推动力使触头发生初始接触，并将继电器模型底座固定，得到触簧系统的前两阶固有频率和模态振型，如表1所示。通过图3可知，当铁路信号继电器处于一阶固有频率时，动／静呈弯曲振型，共同进行摆动，振动方向为的运动方向。由图4可知，
继电器处于二阶固有频率时，弯曲振动主要由动产生，在固有频率下，外界的振动可造成触点工作可靠性的下降。
３
振动试验分析
３．１
试验方案设计
本次试验在沈阳铁路信号有
限公司可靠性实验室进行，试验遵循《电工电子产品环境试验标准》
，继电器由专用夹具牢固安装在振动台上，如图5所示。３．２
固有频率测量
继电器固有频率的测量采用
正弦激励法，根据仿真数据，设置激振参数为2g 加速度，
扫频范围为5～100Hz ，循环2次。在扫频振动过程中，由电压传感器实时采集触点间的接触压降，接触压降曲线如图6所示。
从图6中可以看出，在扫频周期中触点发生两次抖断，抖断时振动频率约为65～70Hz 。
缩小扫频范围为50～70Hz 再次试验，最终确定在68Hz 时，接触压降曲线波动最大，并且此时监测灯闪烁最为剧烈。通过试验基本确定该铁路信号继电器触簧系统一阶固有频率约为68Hz ，
依据同样试验步骤，测得二阶固有频率约为340Hz 。仿真计算结果与试验结果相比，结果较为接近
。
图１
铁路信号继电器
图２
网格剖分结果
表１
虹膜识别设备触簧系统固有频率
测量电池内阻阶数频率／Hz 振型一阶64.9弯曲振型二阶
389.35
弯曲振型
图３
触簧系统一阶模态振型
乳酸环丙沙星氯化钠
图４
8aag01ww触簧系统二阶模态振型
图５
继电器安装方式
装备应用与研究◆Zhuangbei Yingyong yu Yanjiu
３０
DOI:10.19514/jki32-1628/tm.2019.11.050
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议