Файл: Дружинин Г.В. Надежность электрических схем авиационных систем.pdf

заться выгодным единичное резервирование, т. е. замена каждого элемента схемы соответствующими элементарными резервными ячейками. Так как для включения резервной ячейки не требуется никаких изменений функциональной схемы первоначальной системы, то экономится значительное количество труда при проектировании новых систем. Кроме того, универсальность резервных ячеек дает возможность изготовлять их заводским способом в виде отдельных блоков. Однако далеко не всегда рационально применять резервные ячейки из существую-

. 1.ЦИХ элементов. Часто это свя­ зано с неоправданным увеличе­ нием веса оборудования за счет веса корпусов,’ крепежных и других частей, не принимающих непосредственного участия в ре­ зервировании. Поэтому во мно­ гих случаях целесообразно перейти от единичного резерви­ рования к внутриэлементному, т. е. резервировать внутренние связи, изменяя при этом кон­

струкцию элементов. При рациональном конструировании можно добиться значительного повышения надежности контактных элемен­ тов при минимальном изменении их веса и объема.

Наибольшее число контактосрабатываний в релейно-контактных системах приходится на промежуточные реле и путевые выключа­ тели. Эти элементы определяют в конечном счете надежность релей­ но-контактной системы. Ввиду преобладания в релейно-контактных системах указанных выше двух типов элементов кратко рассмотрим. простые примеры внутреннего резервирования путевых выключате­ лей и электромагнитных реле.

§ 3.5. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПАССИВНОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

А. Внутреннее резервирование путевых выключателей

Существующие путевые выключатели имеют шток или рычаг, который при своем перемещении размыкает нормально замкнутые и замыкает нормально разомкнутые контакты. Заедания и поломки пружин, штоков или рычагов, залипание контактов, изменение их упругости, попадание инородных тел или жидкостей между контак­ тами, их окисление и т. д. могут привести к отказам типа «обрыв» или типа «замыкание». При осуществлении внутреннего резервиро­ вания путевых выключателей с использованием резервной ячейки рис. 3.17 необходимо, чтобы путевой выключатель имел четыре независимых штока (рычага), каждый из которых управляет своими контактами, а одноименные (нормально разомкнутые или нормально ■замкнутые) контакты были соединены в две аналогичные схемы,

1С5

каждая из которых состоит из двух параллельных цепей по две последовательно соединенные одноименные контактные пары в каж­ дой цепи. Схема такого путевого выключателя изображена на рис. 3.20, где обозначено: 1 - цепь нормально разомкнутых контак-

Если в качестве первого приближения предположить распределение по закону равной вероятности:

= ап,

106

где а — const — плотность вероятности времени исправной работы существующего путевого выключателя; п — число включений, то шкала I на рис. 3.21 будет-соответствовать числу включений при

а5 • 10~7, а шкала И —- по числу включений при а ----- 1 • К)"7.

Согласно рис. 3.21, применение путевого выключателя с внут­ ренним резервированием в системах с небольшим числом срабаты­ ваний ведет к снижению вероятности отказа этого элемента в тысячи и десятки тысяч раз. По мере увеличения периода работы эффектив­ ность применения резервированного путевого выключателя сни­ жается.

Сопоставление зависимостей \У\(п) при различных а показы­ вает, что при уменьшении а, т. е. по мере совершенствования техно­ логии изготовления, материалов и конструктивных форм рассматри­ ваемых элементов, выигрыш в надежности от применения резерви­ рованного путевого выключателя взамен существующего увеличи­ вается. Таким образом, резервирование усиливает эффект от совер­ шенствования технологии изготовления материалов и формы отдель­ ных деталей путевого выключателя.

Б. Внутреннее резервирование электромагнитных реле

Для создания схемы (рис. 3.17) необходимо, чтобы составляю­ щие се контактные элементы были независимы, т. е. отказ одного из них не влиял на работоспособность других. Так как у существующих электромагнитных реле имеется одни якорь, то контакты этих реле не являются независимыми. Для создания из существующих реле простейшей резервной-схемы, изображенной па рис. 3.17, пришлось бы брать четыре реле, что связано с рядом неудобств. Более целе­ сообразно специально конструировать реле с резервированием его составных частей: обмоток и контактов с подвижной системой. Такое реле должно иметь несколько якорей и обмоток при одном общем магнитопроводе. Кратко рассмотрим принцип устройства одного из возможных вариантов резервированного реле. В целях краткости изложения введем для рассматриваемого реле с внутренним резер­ вированием условное наименование «релер», являющееся сокраще­ нием слов «реле резервированное».'

Релер представляет собой четырехякориое электромагнитное реле, у которого каждый якорь управляет одной контактной парой. Благодаря такой конструкции, контакты релера являются независи­ мыми. Контакты релера соединены в схему вида рис. 3.17, что обес­ печивает его исправную работу при любом виде отказа любого из контактов (соответственно и якорей). Для одновременной коммута­ ции нескольких цепей может применяться .многоконтактный релер, в котором каждый якорь управляет несколькими контактными парами, которые соединяются в соответствующее число схем вида рис. 3.17.

В релерс резервируются’ также обмотки. С этой целью приме­ няется не одна, а несколько параллельно соединенных обмоток,

107

подобранных таким образом, чтобы сумма создаваемых ими магнит­ ных потоков равнялась потоку, необходимому для нормальной работы реле, а изменение магнитного потока при отключении одной из обмоток не приводило к нарушению работы реле.

Обмотки реле (соответственно и релера) могут отказывать как из-за обрыва провода, так и из-за короткого замыкания. Наиболее часто встречаются обрывы. При обрыве обмотка отключается и не влияет на работоспособность остальных обмоток. Если из-за специ­ фических условий работы возможны короткие замыкания, то для отключения обмотки при этом отказе последовательно с каждой из обмоток включаются плавкие предохранители. Таким образом, релер будет продолжать работать (выполнять функции электромагнитного реле) при любом виде отказа любой из деталей.

Конструктивное выполнение релера, так же как и обычного реле, определяется особенностями его применения и может быть различ­ ным. На рис. 3.22 изображен релер клавишного типа, отличающийся расположением всех якорей в один ряд. Релеры такого типа удобно применять в аппаратуре, работающей в стационарных условиях.

На рис. 3.23 изображен релер крестообразного типа, отличающийся крестообразным расположением якорей и соответствующей этому расположению якорей формой магнитопровода. При соединении контактов этого релера в схему вида рис. 3.17 последовательно сое­

103

диняются контакты, лежащие в плоскости симметрии сердечника. Благодаря такому расположению и соединению контактов, релер защищен от ложных срабатываний при механических перегрузках.

На рис. 3.22 и 3.23 обозначено: 1 — неподвижный контакт; 2 — подвижный контакт; 3 — магпитопровод; 4 — катушка с обмот­ ками; 5 — якорь.

Разработка конструкции релера не является целью данного параграфа. Приведенные на рис 3.22 и 3.23 примеры являются лишь возможными вариантами.

Для количественной оценки преимуществ релера его схему будем считать состоящей из двух частей: схемы X соединения обмо­ ток схемы и Y соединения рабочих контактов. Вероятность отказа релера равна:

где Rx и Rr — вероятности отказа схем X и Y.

В схеме X при отказе одной из обмоток она отключается и не влияет на состояние других обмоток. Для выхода релера из строя из-за повреждения обмоток нужно, чтобы отказало не менее двух обмоток. Поэтому на основании известной из теории вероятностей теоремы о последовательности независимых испытаний, можно написать:

где <7г— вероятность отказа одной обмотки (вместе с плавким предохранителем);

k — число параллельных обмоток в релере.

Рассмотрим в качестве примера релер, имеющий четыре парал­ лельно включенных обмотки. Согласно формуле (3.47), в этом случае

Статистических сведений об отказах обмоток реле имеется очень мало. Известно лишь, что обмотки реле выходят из строя значитель­ но реже контактов. Поэтому, чтобы полнее показать преимущества релера по сравнению с обычным реле, найдем два значения Q.

1. Заведомо завышенное значение, вычисленное в предположе­ нии, что вероятность отказа обмотки равна вероятности отказа кон­ тактной пары Q. Этим предположением заведомо перекрывается возможное наибольшее увеличение вероятности отказа одной обмотки релера по сравнению с обмоткой обычного реле из-за возможных конструктивных и технологических особенностей. Вероятность отказа схемы X при принятом предположении равна:

109