振动频率对铁路继电器触点可靠性的影响研究
铁路继电器通常都在具有振动或者冲击的力学环境下工作，所以继电器耐力学环境的能力对于其接触系统就十分重要。沈阳工业大学电器新技术与应用研究所、沈阳铁路信号有限责任公司的研究人员陈依泽、曹云东、刘炜，在2020年第6期《电气技术》杂志上撰文，以S·JWXC-1000型铁路信号继电器为研究对象，以动静触头接触力非线性变化情况为判定接触是否可靠的依据，对于有限位结构的触簧系统，采用模态分析、谐响应分析和隐式动力学分析算法，通过改变振动加速度和振动频率的方法来对不同振动载荷下触簧系统的触点可靠性问题进行仿真研究。
由仿真分析可知，触簧系统在接近一阶固有频率时触点接触力会出现十分不稳定的情况；在远离固有频率时触点可靠性较高，但是在70～90Hz频率范围内出现了不稳定→趋于稳定→不稳定→稳定的触点接触力变化情况。研究结果可为铁路相关低压电器的振动可靠性问题提供一定参考。
近几年来，我国的轨道交通事业飞速发展，而我国大力推动建造的高铁系统成为组成我国高端装备制造产业的重要部分。铁路系统所需要的基础电器设备需求量在逐年增加，而且对其电器设备的各方面性能也提出了更高的要求。
铁路系统中的电气设备是保证行车安全的重要基础设备，而继电器广泛应用于铁路信号系统和船舶电气系统中，在各种力学环境下其是否仍然能够可靠工作是保证列车行车安全的重要环节。
现阶段，国内外学者针对继电器电磁系统研究较多，但是对在振动环境下开关电器的触点可靠性问题研究较少。对于铁路继电器而言，簧片长度较长，是十分容易形变的柔性体，在振动状态下触点接触具有明显的非线性，给触簧系统数学模型的建立和仿真分析都带来了一定的困难。
有学者通过有限元及动力学仿真分析，得到了接触器剩余寿命的预测模型，提出了一种接触器可靠性评估方法。有学者将触簧系统进行等效简化，利用单自由度振动理论进行计算分析。有学者采用Bathe复合积分算法对触簧系统施加冲击载荷，通过提取动、静触头之间的接触力判断是否发生断路。从材料力学角度分析触簧系统振动问题，将其等效为梁弯曲问题，为研究提供了新方法。
现在随着计算机技术的发展，应用有限元法可以使振动问题的研究更加方便与准确。有学者利用多物理场仿真建模技术进行了电磁继电器的仿真分析。有学者采用实验的方法，分析总结了铁路继电器在各种情况下触点可靠性的变化情况并总结了相关规律。
针对电磁铁的动态仿真问题，有学者提出ANSYS与ADAMS联合仿真的建模方法。有学者结合碰撞变形等因素，提出了考虑碰撞弹跳的接触器动力学方程，建立了相应的动力学模型。
采用仿真方法，针对电磁继电器的温升和动力学特性等相关问题已经越来越引起相关技术人员的关注。现阶段已有的文献中多是从实验研究和多体动力学仿真两个角度对低压控制电器触点可靠性问题进行研究，而对于铁路继电器这种簧片较长而且十分容易发生形变的电器设备，就必须要考虑簧片本身柔性体的特性。
因此，沈阳工业大学、沈阳铁路信号公司的研究人员，以S·JWXC- 1000型铁路信号继电器为研究对象，对影响继电器触簧系统抗振性的各种因素进行仿真分析，得到的结论对铁路继电器抗振性能的提升具有一定的参考意义。
图1 铁路继电器整机几何模型
图2 单组触簧系统结构示意图
图3 试验设备
研究人员认为：
1）通过有限元软件对触簧系统进行模态分析。在施加预应力的常闭触点状态下，其一阶固有频率为70Hz，实际振动试验得到的一阶共振频率为68Hz，验证了仿真模型的正确性。
2）对触簧系统进行谐响应分析，提取静簧片顶部加速度振动响应频谱后发现，在1000Hz范围内，当外部振动频率接近一阶、二阶固有频率时簧片会出现不稳定的状态，簧片顶部有向两个方向的运动趋势。
3）由于铁路继电器的拉杆与动簧片之间并不是完全贴合的，而是具有一定的“缝隙”，所以当振动频率接近触簧系统固有振动频率时，簧片晃动幅度增大，因此与拉杆槽发生了频繁的碰撞，直接导致了触头接触力的剧烈变化。当振动频率远离固有振动频率时，触点处于一种可靠接触的状态。在逐渐增大振动加速度时，甚至出现了触点接触力为0的情况，得到了一阶固有频率下极限加速度为1g。
4）施加固定的振动加速度，频率范围为30～100Hz，对继电器进行定频振动仿真分析，得到了不同振动频率下的常闭触点接触力变化曲线，通过对仿真结果进行分析，发现触点接触力经历了稳定→不稳定→趋于稳定→不稳定→稳定的变化过程。在实际振动台的振动试验中对继电器进行5～100Hz来回两次的扫频试验，得到了常闭触点接触压降变化图，接触压降也出现了与仿真实验相同的变化趋势。