劉 煒

(沈陽(yáng)鐵路信號(hào)工廠(chǎng)，沈陽(yáng) 110025)

1 信號(hào)繼電器的歷史與現(xiàn)狀

鐵路信號(hào)與鐵路幾乎同時(shí)誕生，并伴隨鐵路的發(fā)展而發(fā)展。1825年在英國(guó)誕生世界第一條鐵路，1830年在英國(guó)利物浦—曼徹斯特鐵路上使用第一架有記載的信號(hào)機(jī)，1856年第一套簡(jiǎn)單的機(jī)械式車(chē)站聯(lián)鎖控制設(shè)備誕生。伴隨鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，鐵路信號(hào)技術(shù)不斷提高和完善，鐵路信號(hào)繼電器也從無(wú)到有，體積由大到小逐步發(fā)展起來(lái)。在與信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)及車(chē)站聯(lián)鎖配合中，繼電器的品種、規(guī)格不斷增加。至本世紀(jì)初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在鐵路信號(hào)領(lǐng)域大量應(yīng)用，信號(hào)繼電器的品種和數(shù)量將逐步減少。

目前，國(guó)內(nèi)AX繼電器按照國(guó)標(biāo)GB/T 7417-2001要求進(jìn)行產(chǎn)品制造和檢驗(yàn)。從現(xiàn)場(chǎng)多年運(yùn)用的實(shí)踐來(lái)看，銀氧化鎘材料基本能滿(mǎn)足鐵路信號(hào)繼電器的安全要求，多年來(lái)沒(méi)有收集到信號(hào)繼電器在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，由于接點(diǎn)材料問(wèn)題產(chǎn)生接點(diǎn)熔接造成安全事故的案例。

從現(xiàn)場(chǎng)收集到的繼電器故障問(wèn)題主要集中在線(xiàn)圈斷線(xiàn)、加強(qiáng)接點(diǎn)片由于疲勞等原因折斷和接點(diǎn)電阻不穩(wěn)定造成電路不正常工作等問(wèn)題。與世界一流的信號(hào)產(chǎn)品比較，在產(chǎn)品質(zhì)量上還存在差距，在產(chǎn)品安全性、可靠性方面也存在標(biāo)準(zhǔn)和理念的不一致。

2 AX繼電器使用存在的主要問(wèn)題

AX系列繼電器是國(guó)內(nèi)廣泛使用的鐵路信號(hào)繼電器，產(chǎn)品制造處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，初步估算目前使用的AX系列繼電器約在1 000萬(wàn)臺(tái)以上。由于繼電器壽命管理期限為15年，實(shí)際還有超期使用的繼電器，因此，每年均能收集到繼電器使用出現(xiàn)故障或問(wèn)題的報(bào)告，分析和總結(jié)故障案例，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

AX系列繼電器在使用中存在的主要問(wèn)題如下。

（1）JYJXC-135/220型繼電器線(xiàn)圈斷線(xiàn)、接點(diǎn)片疲勞斷裂。

（2）JWXC-1700型繼電器線(xiàn)圈斷線(xiàn)、接點(diǎn)接觸不良造成電路功能失效。

（3）JZXC-480、JZXC-H18型繼電器整流二極管擊穿損壞。

（4）JBSXC-850/870型時(shí)間繼電器在使用過(guò)程中受干擾后可能造成控制電路功能失效，繼電器應(yīng)吸起時(shí)不吸起。

對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，其原因如下。

（1）從收集的現(xiàn)場(chǎng)繼電器故障數(shù)據(jù)分析，繼電器線(xiàn)圈斷線(xiàn)，與繼電器型號(hào)無(wú)直接關(guān)系。產(chǎn)品從出廠(chǎng)時(shí)間來(lái)看，2000年以前生產(chǎn)的繼電器所占比例較大，有些繼電器是1995年前后的產(chǎn)品，處于繼電器規(guī)定的壽命管理期限附近；但從繼電器功能及制造質(zhì)量來(lái)講，繼電器即使超過(guò)使用壽命，繼電器線(xiàn)圈也不應(yīng)出現(xiàn)斷線(xiàn)的故障。這與生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制和裝備的技術(shù)水平有關(guān)。

（2）有極加強(qiáng)接點(diǎn)繼電器動(dòng)接點(diǎn)在使用過(guò)程中存在斷裂現(xiàn)象，主要原因?yàn)橛袠O加強(qiáng)接點(diǎn)繼電器銜鐵閉合與釋放時(shí)，受到的沖擊力較大，動(dòng)接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)行程大（產(chǎn)品要求大于7 mm），造成動(dòng)接點(diǎn)片疲勞斷裂。另一方面原因是在產(chǎn)品制造過(guò)程中存在動(dòng)接點(diǎn)片表面劃傷現(xiàn)象。隨著鐵路運(yùn)行密度和車(chē)速的提高，每天繼電器動(dòng)作次數(shù)明顯提高，個(gè)別繼電器使用年限或使用次數(shù)超出產(chǎn)品規(guī)定的期限，這也是繼電器動(dòng)接點(diǎn)片斷裂的另一原因。

（3）整流繼電器二極管損壞的原因可分為2種情況，有部分繼電器投入使用時(shí)間較短，有的是在開(kāi)通過(guò)程中整流二極管損壞。其原因是繼電器開(kāi)通階段，現(xiàn)場(chǎng)可能存在電流混電問(wèn)題，造成二極管過(guò)流（或過(guò)壓）損壞。另一種原因是整流二極管本身存在“潛在”的質(zhì)量隱患，在使用過(guò)程中或當(dāng)外在的電氣或機(jī)械應(yīng)力提高，環(huán)境溫度或濕度的變化等造成“潛在”隱患變成實(shí)際電子元件的故障。近年，工廠(chǎng)在繼電器的生產(chǎn)過(guò)程中，將二極管逐件進(jìn)行老化篩選，整流繼電器的電子元件早期失效問(wèn)題得到很好的解決。

（4）時(shí)間繼電器由于抗電磁干擾能力不強(qiáng)，造成JBSXC-850/870型繼電器使用過(guò)程中功能失效。時(shí)間繼電器是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)配線(xiàn)施工不規(guī)范或沒(méi)有考慮到電磁干擾，沒(méi)有將屏蔽線(xiàn)的地線(xiàn)有效“接地”，因此造成繼電器電源線(xiàn)感應(yīng)到高頻電壓信號(hào)，繼電器不能正常工作。解決問(wèn)題的主要辦法是提高時(shí)間繼電器的抗干擾能力，在繼電器電源線(xiàn)上增加“磁環(huán)”，降低耦合干擾產(chǎn)生的電信號(hào)，采取措施后，實(shí)際效果良好。

3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照存在的主要差異

國(guó)標(biāo)GB/T7417-2001《AX系列繼電器》與國(guó)際鐵路聯(lián)盟UIC736R《信號(hào)繼電器》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，由于對(duì)信號(hào)系統(tǒng)及器件的安全理解存在一些差異，造成標(biāo)準(zhǔn)之間存在不同，其主要差異如表1所示。

通過(guò)表1可知，UIC736R標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)標(biāo)GB/T7417-2001的主要差異在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全性與可靠性，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）UIC標(biāo)準(zhǔn)更加強(qiáng)調(diào)繼電器（N型）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用強(qiáng)制引導(dǎo)的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)；（2）接點(diǎn)必須采用無(wú)熔焊危險(xiǎn)的材料；（3）繼電器的使用過(guò)程中，抗振動(dòng)性能應(yīng)達(dá)到較高的水平。

表1 國(guó)標(biāo)GB/T7417-2001與鐵路聯(lián)盟UIC736R標(biāo)準(zhǔn)比較表

4 信號(hào)繼電器改進(jìn)的方法與途徑

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)近年來(lái)不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高工藝制造水平和生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制能力，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)分析，企業(yè)主要進(jìn)行了如下改進(jìn)。

（1）繼電器線(xiàn)圈繞制工藝的提高。將繼電器線(xiàn)圈架材質(zhì)由熱固性塑料改為熱塑性塑料，雖然材料的成本成倍增加，但提高了零件加工精度和生產(chǎn)效率，解決了生產(chǎn)和使用過(guò)程零件易損壞等問(wèn)題；采用數(shù)控設(shè)備繞制線(xiàn)圈，使線(xiàn)圈的匝數(shù)誤差控制在±1匝，線(xiàn)圈繞制的一致性大大提高；采用3 m絕緣膠帶進(jìn)行線(xiàn)圈表面絕緣封閉，解決線(xiàn)圈引線(xiàn)端絕緣及斷線(xiàn)問(wèn)題，這樣從整體上提高線(xiàn)圈質(zhì)量和制造水平，也大大減少了繼電器故障數(shù)量。

（2）減少繼電器接點(diǎn)電阻。繼電器接點(diǎn)的接觸電阻一直是生產(chǎn)過(guò)程控制的一個(gè)難題。近年來(lái)雖未改進(jìn)生產(chǎn)工藝，但注意生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)環(huán)境對(duì)銀接點(diǎn)表面的影響，并在觸頭制造成型后就采取必要保護(hù)措施，注意接點(diǎn)保護(hù)的持續(xù)性和有效性，特別注意生產(chǎn)環(huán)境中溫度、濕度及有害氣體可能對(duì)接點(diǎn)表面的影響。通過(guò)采取有效措施并注意環(huán)境對(duì)接點(diǎn)電阻的影響，取得了比較好的控制效果，特別是近一年來(lái)，繼電器接點(diǎn)電阻控制明顯好于從前，不論是產(chǎn)品出廠(chǎng)檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及產(chǎn)品壽命試驗(yàn)，繼電器接點(diǎn)電阻都能比較穩(wěn)定地控制在50 mΩ以下。

（3）對(duì)加強(qiáng)接點(diǎn)單元進(jìn)行改進(jìn)，在動(dòng)片根部增加輔助片，減少動(dòng)接點(diǎn)片在工作中應(yīng)力集中，還能有效地防止生產(chǎn)過(guò)程中可能在動(dòng)接點(diǎn)片上產(chǎn)生的劃痕。改進(jìn)后，加強(qiáng)動(dòng)接點(diǎn)片在繼電器正常使用中斷裂問(wèn)題基本得到了解決。

（4）AX繼電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與UIC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照存在的差異，很難通過(guò)產(chǎn)品改進(jìn)得到根本解決，很多問(wèn)題是由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段遵守的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品安全理念不同而產(chǎn)生的結(jié)果。如果想得到根本解決，必須重新制定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)條件，重新思考產(chǎn)品安全準(zhǔn)則，研制新系列的信號(hào)繼電器，使信號(hào)繼電器的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。

（5）過(guò)去在6502電路中，繼電器主要控制對(duì)象是繼電器間的邏輯、點(diǎn)燈電路和道岔電路，相對(duì)來(lái)講，繼電器接點(diǎn)電阻的變化對(duì)繼電器的功能影響較小。在繼電器與計(jì)算機(jī)配合使用的電路中，繼電器接點(diǎn)電阻對(duì)完成電路功能影響較大，有時(shí)接點(diǎn)電阻變化幾十毫歐或幾百毫歐，可能直接影響到電路控制或檢測(cè)功能，造成信號(hào)系統(tǒng)某項(xiàng)功能失效，影響行車(chē)安全。

為此，提出開(kāi)發(fā)研制適合高速鐵路和客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)要求的新型鐵路信號(hào)繼電器。

5 新型鐵路信號(hào)繼電器的研制

京津客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的開(kāi)通使用，標(biāo)志著我國(guó)高速鐵路及鐵路信號(hào)技術(shù)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。為了提升國(guó)產(chǎn)信號(hào)繼電器的質(zhì)量與性能，滿(mǎn)足鐵路市場(chǎng)對(duì)信號(hào)繼電器安全性、可靠性的質(zhì)量要求，使國(guó)內(nèi)鐵路信號(hào)產(chǎn)品的制造達(dá)到世界先進(jìn)水平，擬制定開(kāi)發(fā)研制適合于客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)及高速鐵路使用的新型信號(hào)繼電器計(jì)劃，重點(diǎn)從信號(hào)繼電器的安全性、可靠性和可維護(hù)性要求進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，新型繼電器設(shè)計(jì)應(yīng)解決好以下問(wèn)題。

（1）新型繼電器在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，不應(yīng)存在使用安全隱患。設(shè)計(jì)中必須做到繼電器采用強(qiáng)制引導(dǎo)的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，保證動(dòng)合接點(diǎn)與動(dòng)斷接點(diǎn)不能同時(shí)處于閉合狀態(tài)；繼電器額定電壓應(yīng)能滿(mǎn)足24、50 V的要求。

（2）新型繼電器接點(diǎn)材料的選擇既要保證使用安全、不能產(chǎn)生接點(diǎn)熔焊的問(wèn)題，又要考慮國(guó)內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)對(duì)接點(diǎn)電阻穩(wěn)定性的要求，符合國(guó)際鐵路信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接點(diǎn)材料的要求，滿(mǎn)足信號(hào)繼電器未來(lái)可能與列控系統(tǒng)配套出口中存在的技術(shù)問(wèn)題，因此，應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)兩種接點(diǎn)材料替換時(shí)的可行性和方便性。

（3）應(yīng)將信號(hào)繼電器的振動(dòng)和絕緣耐壓能力提高到UIC736R標(biāo)準(zhǔn)要求的水平，即新型繼電器的抗振動(dòng)能力應(yīng)為5～22 Hz，最大振幅為1 mm，振頻為22～50 Hz，加速度為2 g，繼電器必須保證使用的可靠性。

（4）新型繼電器的絕緣耐壓，包括整流和緩放繼電器均應(yīng)能承受交流正弦波50 Hz、2 000 V有效電壓值，歷時(shí)1 min無(wú)擊穿和閃落現(xiàn)象的要求。

（5）應(yīng)保證無(wú)極、偏極和整流普通接點(diǎn)繼電器的質(zhì)量，使繼電器達(dá)到使用壽命15年或使用次數(shù)2×106次的要求；適當(dāng)提高有極加強(qiáng)接點(diǎn)繼電器和無(wú)極加強(qiáng)接點(diǎn)繼電器的使用壽命，延長(zhǎng)繼電器維修周期；逐步建立由生產(chǎn)廠(chǎng)家為主體的信號(hào)繼電器維修體制，由維修中心進(jìn)行繼電器維修工作，保證繼電器在使用周期內(nèi)的安全性和可靠性。

（6）新型繼電器的插接方式應(yīng)保持與AX系列繼電器插座通用。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)設(shè)計(jì)適合現(xiàn)場(chǎng)非焊接式配線(xiàn)要求的插座，保證與繼電器插接方便，接觸可靠，安裝和固定方式既能在室內(nèi)使用，又能保證道旁安裝使用時(shí)的可靠性，從而達(dá)到繼電器插接的可靠性和安全性。

[1] 《中國(guó)鐵路信號(hào)史》編委會(huì).中國(guó)鐵路信號(hào)史[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1989.

[2] GB/T7417-2001 AX系列繼電器[S].

[3] UIC736R-2004 信號(hào)繼電器[S].