专利名称：用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到电接触材料摩擦磨损性能测试设备领域，特指一种用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机。
背景技术：
“载流摩擦磨损”通常是指在高速、强电流作用下的摩擦磨损行为，是机械摩擦接触系统和电接触系统的相互作用、相互影响的结果。载流摩擦磨损是一个十分复杂的物理化学过程，影响因素众多，除常规摩擦磨损的影响因素(如滑动速度、法向压力、表面状况、温度、实验环境、润滑条件等)外，还受到电流、电弧、接触电阻等影响，这些因素相互影响、相互作用、相互制约，导致对载流摩擦磨损的研究存在许多困难。因此，只有在模拟高速受流工况下的摩擦磨损实验才能取得有意义的研究结果。“载流摩擦磨损试验机”主要适用于高速电气化铁路系统的弓网受流、城市公共交通中电车的电力传输系统、工业中广泛应用的发电机电动机的炭刷-集电环的磨损以及运载火箭在升空过程中整流装置所产生的摩擦磨损行为等。目前，国、内外相关研究者进行载流摩擦磨损试验研究时，所采用的试验设备大多是改装或自制的，即在自己设定的实验条件下进行研究，试验结果的重复性和可比性较差，尚无一种通用有效的试验装置，也未见任何一种商业化的专用载流摩擦磨损试验机。现有摩擦磨损试验机的试验装置按相对运动形式大致分为四大类立式销轴式圆盘试验机、环(线)-块式滑动试验机、线(球、销)-盘式滑动试验机、线-条式试验机。上述试验机大都是在现有干摩擦磨损试验机基础上自行改造而成，具有磨损面线速度偏低(绝大多数试验机运行速度在30m/s以下)、输入电流偏小(大多数试验机只能提供几安到数十安的电流)、试验机转速不能连续调节(绝大多数试验机只能提供恒定转速恒和载定载荷)等不足。上述试验机大都不能很好的满足现阶段针对高速列车用滑动电接触材料的仿真模拟试验研究的要求。究其原因主要是现有载流摩擦磨损实验机的转动盘惯量偏大、使电发动运行转速受到限制；变频调压器的容量偏�。荒芎侠砟Ｄ夥抡娲蟮缌�。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、整合度高、制造容易、使用可靠、操作简单和测试结果准确的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，包括夹装组件、动力组件、控制组件、测量组件、载流组件以及载流摩擦磨损盘，所述夹装组件包括通风柜以及用来装夹试样的加载式销卡夹具，所述载流摩擦磨损盘通过转动轴安装于通风柜的工作平台上并在动力组件的驱动下转动，所述加载式销卡夹具上装夹的试样位于载流摩擦磨损盘上摩擦工作面的一侧；所述控制组件与动力组件和载流组件相连，所述试样和载流摩擦磨损盘均位于载流组件的载流测试回路中。作为本实用新型的进一步改进所述载流摩擦磨损盘为纤维增强树脂复合盘，载流摩擦磨损盘的直径为600_800mm、厚度为 40_70mm。所述载流摩擦磨损盘的圆周面上开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有导电环，所述导电环为与试样配合的摩擦工作面。所述加载式销卡夹具为气压式加载销卡夹具，所述气压式加载销卡夹具包括气体加压装置和用来夹装试样的销卡夹具，所述销卡夹具的一端于气体加压装置输出端的活塞杆相连并在气体加压装置的驱动下带动试样运动，所述气体加压装置与控制组件相连。所述控制组件通过一气压调节阀与气体加压装置相连。 所述通风柜上在载流摩擦磨损盘的外侧处设置防抛网。本实用新型还包括一制动组件，所述制动组件为电磁鼓式制动装置，所述电磁鼓式制动装置包括安装于转动轴上的刹车轮和用来控制刹车轮运动的控制臂。所述控制组件通过一多功能变频器与动力组件相连并对三相异步电动机进行控制。所述载流组件包括载流测试回路以及磁控式调压器、互感器、可控变阻箱、电流互感器，所述互感器将磁控式调压器的输出电压加在原边线圈上，副边线圈接入载流测试回路中，以达到实现转化成低电压大电流的目的。所述电流互感器采用LMZJ1-0. 5型电流互感器，所述载流测试回路中的一匝导线穿过电流互感器的中心作为原边线圈，所述电流互感器所感应出的电流大小通过串联在其副边电路的中的电流表示出。与现有技术相比，本实用新型的优点在于I、本实用新型的用于电接触材料载流摩擦磨损试验机，适用于电接触摩擦材料/铜(铜合金)摩擦副在不同速度、载荷及电流的耦合作用下的摩擦磨损实验，可在一定范围内实现多因素共同控制，实现摩擦副材料的配对选择；既可测量摩擦副磨损面及其电火花芯部的温度、又可测量在有无电流条件下电接触材料的磨损率和摩擦副的载流效率，为开发高速列车用滑动电接触材料或微特电机用高阻转动电接触材料提供了可靠的技术手段。2、本实用新型具有整合度高、制造容易、使用可靠、操作简单和测试结果准确等优点。3、本实用新型采用一种纤维增强树脂轻量化复合材料替代传统的钢板或者轻金属材料，大幅度减小了转动盘的转动惯量，实现了减重提速的可能；此外，采用磁控式调压器和互感器的组合实现了摩擦副的大电流负载设计与仿真模拟。
图I是本实用新型的结构原理示意图。图2是本实用新型组成的框架结构示意图。图3是本实用新型在具体实施例中的局部侧视示意图。图4是本实用新型在具体实施例中的局部俯视示意图。图5是本实用新型在具体实施例中的局部主视示意图。[0028]图例说明I、可控变阻箱；2、皮带轮传动机构；3、三相异步电动机；4、控制箱；5、数据收集器；6、磁控式调压器；7、互感器；8、电流互感器；9、多功能变频器；10、红外测温仪；11、加载式销卡夹具；12、气体加压装置；13、销卡夹具；14、试样；15、防抛网；16、转动轴；17、载流摩擦磨损盘；18、通风柜；19、绝缘隔板；20、轴承架；21、导电环；22、制动组件；23、刹车轮；24、控制臂；25、电磁继电器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图I 图5所示，本实用新型的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，包括夹装组件、动力组件、控制组件、测量组件、载流组件以及载流摩擦磨损盘17,控制组件包括控 制箱4，测量组件包括数据收集器5，夹装组件包括通风柜18以及用来装夹试样14的加载式销卡夹具11，载流摩擦磨损盘17通过转动轴16安装于通风柜18的工作平台上并在动力组件的驱动下转动，加载式销卡夹具11上装夹的试样14位于载流摩擦磨损盘17上摩擦工作面的一侧；控制组件与动力组件和载流组件相连，试样14和载流摩擦磨损盘17均位于载流组件的载流测试回路中。本实施例中，载流摩擦磨损盘17采用纤维增强树脂复合材料制作的转动盘，其直径为600-800mm，其厚度为40_70mm，并在其圆周面上的外缘开设深度为4_8mm、宽度为30-60mm的凹槽。载流摩擦磨损盘17上的摩擦工作面为导电环21，该导电环21可以采用铜环或铜合金环，该导电环21呈无缝镶嵌在载流摩擦磨损盘17圆周面上的凹槽内。载流摩擦磨损盘17上的摩擦工作面的圆跳度为-O. 04 -O. 05mm。本实施例中，夹装组件包括通风柜18和加载式销卡夹具11，加载式销卡夹具11呈水平状固定在通风柜18的工作平台上，转动轴16通过轴承架20安装在通风柜18的工作平台上。本实施例中，通风柜18为柜式支架，其工作平台为通风台；加载式销卡夹具11采用气压式加载销卡夹具，该气压式加载销卡夹具包括气体加压装置12和销卡夹具13，销卡夹具13用来夹装试样14，销卡夹具13的一端于气体加压装置12输出端的活塞杆相连并在气体加压装置12的驱动下带动试样14运动，远离或靠近载流摩擦磨损盘17。其加压原理是试样14安装在销卡夹具13上后，通过氮气调节阀给气体加压装置12 (如供压气缸)供压，供压气缸的活塞杆在气压推动下使电磁阀随加载支撑杆一起沿加载支撑螺母座向压力方向运动，使试样14逐渐与旋转着的载流摩擦磨损盘17侧平面接触，通过压力调节阀进行恒压加载。本实施例中，可以通风柜18上在载流摩擦磨损盘17的外侧处设置防抛网15，用来防止摩擦时所产生的碎物飞溅。本实施例中，在通风柜18的工作平台上设有绝缘隔板19，通过绝缘隔板19实现将载流测试回路中的试样14与通风柜18的绝缘。动力组件包括驱动件和传动件,本实施例中,驱动件采用三相异步电动机3,传动件采用皮带轮传动机构2，驱动件的输出端通过传动件与转动轴16相连，并可通过转动轴16带着载流摩擦磨损盘17转动。本实施例中，本实用新型还进一步包括制动组件，该制动组件22可以采用电磁鼓式制动装置，其包括安装于转动轴16上的刹车轮23和用来控制刹车轮23运动的控制臂24和用来控制运动的控制臂24的电磁继电器25，通过刹车轮23可以让转动轴16连同载流摩擦磨损盘17 —起停止转动。本实施例中，控制组件通过一多功能变频器9与三相异步电动机3相连并对三相异步电动机3进行控制。通过在控制组件的多功能变频器9的仪表盘上输入电流、电压等参数，改变三相异步电动机3的输入功率，实现三相异步电动机3的无级变速和恒速转动，最终实现对载流摩擦磨损盘17转速的调节和控制。在控制组件的控制下，载流摩擦磨损盘17在工作时的盘面线速度为0 300km/h，精度为I 3m/h。本实施例中，载流组件包括载流测试回路以及磁控式调压器6、互感器7、可控变阻箱I、电流互感器8，试样14和载流摩擦磨损盘17上的导电环21位于载流测试回路中，互感器7将磁控式调压器6的输出电压加在原边线圈上，副边线圈接入载流测试回路中，以达到实现转化成低电压大电流的目的。 本实施例中，可控变阻箱I由五个独立的不同大小的电阻构成，通过开关将其对应电阻并联的接入载流测试回路中，不同板接的方式使得接入的电阻改变，从而实现载流测试回路中电流的控制。在电源电压为60V，工作电压为30V时，其控制范围为在30 300A。电流互感器8固定在控制箱4内，其内部有载流测试回路中的导线通过，用于检测电流变化，从而可以反映出试样14的载流性能；其标准可以为GB1208-87，准确度为0. 5级，电流比为100/5A。本实施例中，电流互感器8采用LMZJ1-0. 5型电流互感器，载流测试回路中的一匝导线穿过其中心作为电流互感器8的原边线圈，电流互感器8所感应出的电流大小通过串联在其副边电路的中的电流表读出。试样14可以为各种转(滑)动电接触材料试样(待测销样)，电接触材料试样可以采用板条状、线状和矩形等形状，它与载流摩擦磨损盘17共同组成摩擦副。电接触材料以双销对称形式与载流摩擦磨损盘17的最大直径同轴水平对置。转(滑)动电接触材料磨损面的长度小于转动盘面上紫铜片的宽度。摩擦副连接部分产生正压力摩擦。工作原理电流加载过程为当摩擦副稳定干摩擦后，输入电流，形成载流测试回路，进行连续接触的载流摩擦磨损实验。气压式加载过程为首先载流摩擦磨损盘17以设定的转速旋转；然后，通过氮气调节阀给供压气缸供压，活塞杆在气压推动下使电磁阀随加载支撑杆一起沿加载支撑螺母座向压力方向运动，使试样14逐渐与旋转着的载流摩擦磨损盘17侧平面接触，通过压力表进行恒压加载。电动机转速调节过程为通过多功能变频器9改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节三相异步电动机3的转速。实验数据测量过程为当载流摩擦磨损盘17按逆时针方向正常工作运转时，电接触材料试样14由气压式加载装置的施压作用，提供稳定的摩擦力；然后通过控制电路中可控变阻箱I，调节电流的大�。杏形薜缌骰虻缌髑慷缺浠饔孟碌缃哟ゲ牧系哪ニ鹇屎湍Σ粮钡脑亓餍实鹊牟馐裕诘缇档南鹿鄄炷Σ粮蹦ッ婧湍バ记榭鎏峁┦笛樵�。同时，采用传统的红外测温仪10进行电火花中芯部位温度测量，以绘制温度曲线图。在其他实施例中，还可以在工作时，通过微调等方式使试样14沿载流摩擦磨损盘17径向、轴向上做自适应运动，以达到更好的试验效果。[0047]本实用新型从模拟实际工况进行实验的思想出发，集成利用轻量化转动盘提速技术、高低高电流型变频器大电流负载仿真技术和双销水平对置技术，通过对摩擦副磨损质量/厚度变化、电火花高度测量、磨屑形貌变化、对偶环圆跳度变化等数据采集、分析，实现连续或间断的摩擦磨损检测，以应用于研究不同材质转(滑)动电接触材料/铜(铜合金)的载流摩擦磨损性能，尤其评价高速列车滑板材料的在接触-分离条件下的载流磨损性能和抗电弧侵蚀性能。以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述 实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于包括夹装组件、动力组件、控制组件、测量组件、载流组件以及载流摩擦磨损盘(17)，所述夹装组件包括通风柜(18)以及用来装夹试样(14)的加载式销卡夹具(11)，所述载流摩擦磨损盘(17)通过转动轴(16)安装于通风柜(18)的工作平台上并在动力组件的驱动下转动，所述加载式销卡夹具(11)上装夹的试样(14)位于载流摩擦磨损盘(17)上摩擦工作面的一侧；所述控制组件与动力组件和载流组件相连，所述试样(14)和载流摩擦磨损盘(17)均位于载流组件的载流测试回路中。
2.根据权利要求I所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述载流摩擦磨损盘(17)为纤维增强树脂复合盘，载流摩擦磨损盘(17)的直径为600-800mm、厚度为40-70mm。
3.根据权利要求2所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述载流摩擦磨损盘(17)的圆周面上开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有导电环(21)，所述导电环(21)为与试样(14)配合的摩擦工作面。
4.根据权利要求I或2或3所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述加载式销卡夹具(11)为气压式加载销卡夹具，所述气压式加载销卡夹具包括气体加压装置(12)和用来夹装试样(14)的销卡夹具(13)，所述销卡夹具(13)的一端于气体加压装置(12)输出端的活塞杆相连并在气体加压装置(12)的驱动下带动试样(14)运动，所述气体加压装置(12)与控制组件相连。
5.根据权利要求4所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述控制组件通过一气压调节阀与气体加压装置(12)相连。
6.根据权利要求4所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述通风柜(18)上在载流摩擦磨损盘(17)的外侧处设置防抛网(15)。
7.根据权利要求I或2或3所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于还包括一制动组件,所述制动组件(22)为电磁鼓式制动装置,所述电磁鼓式制动装置包括安装于转动轴(16 )上的刹车轮(23 )、用来控制刹车轮(23 )运动的控制臂(24 )和用来控制运动的控制臂(24)的电磁继电器(25)。
8.根据权利要求I或2或3所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述控制组件通过一多功能变频器(9)与动力组件相连并对三相异步电动机(3)进行控制。
9.根据权利要求I或2或3所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述载流组件包括载流测试回路以及磁控式调压器(6)、互感器(7)、可控变阻箱(I)、电流互感器(8)，所述互感器(7)将磁控式调压器(6)的输出电压加在原边线圈上，副边线圈接入载流测试回路中。
10.根据权利要求9所述的用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，其特征在于所述电流互感器(8)采用LMZJ1-0. 5型电流互感器，所述载流测试回路中的一匝导线穿过电流互感器(8)的中心作为原边线圈，所述电流互感器(8)所感应出的电流大小通过串联在副边电路中的电流表示出。
专利摘要一种用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机，包括夹装组件、动力组件、控制组件、测量组件、载流组件以及载流摩擦磨损盘，夹装组件包括通风柜以及用来装夹试样的加载式销卡夹具，载流摩擦磨损盘通过转动轴安装于通风柜的工作平台上并在动力组件的驱动下转动，加载式销卡夹具上装夹的试样位于载流摩擦磨损盘上摩擦工作面的一侧；控制组件与动力组件和载流组件相连，试样和载流摩擦磨损盘均位于载流组件的载流测试回路中。本实用新型具有结构简单、整合度高、制造容易、使用可靠、操作简单和测试结果准确等优点。
文档编号G01N3/56GK202421000SQ201220060420
公开日2012年9月5日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者吴旭升, 涂川俊, 熊贤至, 陈鼎 申请人:湖南大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
