基于某卡車電磁式電源總開關失效原因分析

中圖分類號：V472.45 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）06-0067-02

隨著整個汽車行業技術水平的提升，卡車領域的可靠性、舒適性、智能化也逐漸成為市場差異化競爭的亮點。通過售后市場反饋統計，某系列車型的電磁式電源總開關失效率較高，嚴重影響到整車的可靠性。本文通過拆解分析與模擬實際工況試驗相結合，找出該系列車型的電磁式電源總開關失效原因，為提高整車安全性能提供參考依據，為降低電磁式電源總開關故障率提供了一定的借鑒意義。

通過某系列重型卡車的市場反饋發現：部分車輛在使用一段時間后，整車起動系統經常發生異常斷電或無法正常斷電。通過拆解故障樣件與整車道路試驗數據采集，模擬實際工況進行試驗，采用FFT頻譜分析技術，找出電磁式電源總開關功能失效的原因。為提高整車安全性能，根據電磁式電源總開關的特有構造，針對產品的不足，利用調整內部機構和系統參數的實驗更改，有效的降低了其失效率。

1 失效形式

電磁式電源總開關失效形式可分為其觸點粘連、觸點燒蝕、線圈熔斷或機械結構卡死等等。觸點粘連是由于短暫高溫致使觸點部分瞬間融化粘連；觸點燒蝕是由于觸點長時間處于高溫狀態，導致觸點熔融或觸點結構發生扭曲，從而造成斷路。線圈熔斷主要是因為線圈通電電流過大或線圈溫度過高，造成線圈斷裂。機械結構卡死主要是因為傳動機構中有雜質，增大了運動時的摩擦力，致使其無法正常運行。

通過現場觀察，發現該系列部分車型起動系統經常發生異常斷電或無法正常斷電的情況，甚至有電磁式電源總開關外殼燒毀的案例，嚴重影響了整車的安全性能。

2 問題分析

通過拆解失效的電磁式電源總開關，發現其線圈、機械結構并無明顯毀壞，可以排除線圈熔斷和機械結構卡死的失效形式。但大部分的觸點都有燒蝕的痕跡，小部分有觸點粘連的現象，絕少數的還有觸點燒沒的情況。

這幾種失效形式都與觸點頻繁的動作有密切關系（電磁式電源總開關的工作頻率在理論情況下是很低的，在車輛行駛過程中其觸點應當是始終閉合的），各種不平的路況導致車輛產生受迫振動，當受迫振動體的固有頻率與振動源的振動頻率接近時，即會產生共振。在共振的狀態下，觸點處于高頻率通電開閉狀態，極易形成拉弧現象，從而損傷觸點，造成電磁式電源總開關失效。

汽車行駛時，振動分為垂直振動、側傾振動、俯仰振動和橫擺振動，但鑒于該車型電磁式電源總開關是裝在底盤上的，因此可將其振動方向簡化為上下、前后、左右，利用掃頻振動篩選出觸點的共振頻率。

3 試驗與數據分析

3.1 部件試驗

改變整車振動頻率的因素有很多，所以無法限定電磁式電源總開關的振動源，只能使觸點的固有頻率盡量避開整車振動頻率的范圍。考慮到消除生產及裝配工藝所帶來的一致性問題，試驗樣件定為3個，其質量分別為1 865 g、1 832 g、1 873 g，外型尺寸相差無幾，在振動頻率為10～25 Hz時振幅為1.2 mm和振動頻率為25～500 Hz時加速度為30 m/s2，依據QCT-413進行掃頻試驗。為讓試驗能夠盡量反應實車效果，樣件在整個試驗過程中處于通電狀態，加載相同屬性負載，見圖1。

3.2 試驗結果與分析

測得各測試點不同頻率下的電勢值，為方便比較將數據轉化為柱形圖，如圖3所示。

采用FFT頻譜分析技術，可以得到最大峰值附近范圍的精確電勢值。經過FFT變換后，可以清晰得到峰值頻率。

從試驗結果來看，當振動頻率在63～87 Hz范圍內，觸點電勢峰值明顯增大，說明該振動頻率段為電磁式電源總開關觸點的共振頻率范圍，觸點在通電情況下頻繁開閉，致使產品失效。

3.3 零部件改進實驗

基于觸點固有結構無法更改的前提下，采用增加線圈匝數、提高線圈電流（溫升問題隨之而來，需更改其吸合結構）等方法以加強觸點的吸合力，有效地降低觸點拉弧頻率，從而達到延長觸點使用壽命的目的。

4 結論

通過臺架試驗和改進實驗相結合，從多方面考慮分析了該電磁式電源總開關失效的原因，最終確定了特有振動頻率和吸合結構缺陷等因素，致使觸點經常產生拉弧，故障率高。我們可以通過更改觸點固定結構，避開共振頻率，提高觸點預緊力，以達到提高電磁式電源總開關的可靠性。

參考文獻：

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