CN100489486C

CN100489486C - 高速滑动电磨损测量装置

Info

Publication number: CN100489486C
Application number: CNB2007100172775A
Authority: CN
Inventors: 陈文革; 胡可文; 罗启文
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: CN101008596A

Abstract

本发明公开的一种高速滑动电磨损测量装置，包括电磨损机械装置、电源控制部分、电阻箱和测试仪表。其中，电磨损机械装置，通过高速旋转的铜盘与被测滑动电接触材料之间高速摩擦，同时在铜盘和被测材料之间通入电流构成闭合回路，通过铜盘与被测材料之间的相对运动，使被测材料产生电弧磨损，测得一定载荷、一定电量下被测材料的线或重量电磨损量和旋转圈数；电源控制部分用于给所述电磨损机械装置提供直流电源，电阻箱用于调节通入电磨损机械装置中电流的大小；测试仪表与所述电磨损机械装置相连接，用于记录所要测量的温度、载荷、转速、电压和电流参量。本发明将电性能测量和纯机械磨损结合起来，能够得到电磨损量的有效检测结果。

Description

高速滑动电磨损测量装置

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，涉及材料检测的测量装置，具体涉及一种检测滑动电接触材料电磨损量的测量装置。

背景技术

电接触材料由于在电路中承担接通、承载和分断正常电流和故障电流的功能，而被称作电气元件的“心脏”。因此，电接触材料的可靠性就显得尤为重要。对于在实际中既传递电流又担负一定摩擦磨损性能的滑动电接触材料来说，其电磨损性能是其重要指标。电磨损量是指在单位电量作用下的机械磨损量。为了精确有效地测试电磨损量，就必须将电性能测量和纯机械磨损结合起来，由于这样会存在复杂的物理现象、化学现象、电现象和热现象，目前国内尚无将这两者结合起来一起进行测量的相关设备，因此也就无法对滑动电接触材料进行有效的电磨损量检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速滑动电磨损测量装置，该装置将电性能测量和纯机械磨损结合起来，得到了电磨损量的有效检测结果。

本发明所采用的技术方案是，高速滑动电磨损测量装置，包括：

电磨损机械装置，通过高速旋转的铜盘与被测滑动电接触材料之间高速的滑动摩擦，同时在铜盘和被测材料之间通入低电压大电流构成闭合回路，由于铜盘与被测材料之间的相对运动，使被测材料产生电弧磨损，从而测得一定载荷、一定电量下被测材料的电磨损量，

电源控制部分，用于给电磨损机械装置提供电源，包括变压器、变频器和开关，

电阻箱，用于调节通入电磨损机械装置中电流的大小，

测试仪表，与电磨损机械装置相连接，用于记录所要测量的温度、载荷、转速、电压、位移和电流等参量，

电磨损机械装置包括由高速电机驱动的主轴，主轴上固定一圆周上缠绕铜导线的铜盘，一石墨电刷块与铜盘相接触，还包括支架，支架的端头通过弹簧固定被测材料，并使该被测材料与铜盘上缠绕的铜导线相接触，支架上还固定有位移传感器和载荷传动杆，载荷传动杆的一端垂吊砝码，

铜导线沿铜盘圆周缠绕为一斜圆周，且旋转一周的起点与终点不相重叠，每隔1/4圆周有一个20～30毫米长的绝缘区，绝缘区内设置有镶嵌块，镶嵌块的直径与铜导线的直径相等。

本发明的测量装置，使待测量的电接触材料在一定电压、电流作用下，同时使之承受一定的载荷，测量经过一定时间后的机械磨损量，同时测得温升的变化，得到有效的电磨损量检测结果。

附图说明

图1是本发明测量装置的组成示意图；

图2是本发明测量装置中电磨损机械装置一种实例示意图；

图3是本发明测量装置的原理图；

图4是铜线在铜盘上的缠绕方式示意图。

图中，1.电磨损机械装置，2.电源控制部分，3.电阻箱，4.测试仪表，5.底座，6.高速电机，7.石墨电刷块，8.主轴，9.铜盘，10.载荷传动杆，11.试样夹，12.弹簧，13.支架，14.砝码，15.位移传感器，16.铜导线，17.镶嵌块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的高速滑动电磨损测量装置，由电磨损机械装置1、电源控制部分2、电阻箱3、测试仪表4四部分组成。其中，电磨损机械装置1通过高速旋转的铜盘与被测滑动电接触材料之间高速的滑动摩擦，同时在铜盘和被测材料之间通入低电压大电流构成闭合回路，由于铜盘与被测材料之间的相对运动，使被测材料产生电弧磨损，测得一定载荷下被测材料的电磨损量；电源控制部分2用于给所述电磨损机械装置1提供电源，包括变压器、变频器和开关，变压器是将工频220V或380V交流电变为100A～200A的直流电，开关对整个装置起到控制作用；电阻箱3用于调节通入电磨损机械装置1中电流的大小，并且起到保护电路的作用；测试仪表4与电磨损机械装置1相连接，不仅记录所要求测量的各个参量(如温度、载荷、转速、电压、电流)，而且担负着系统的安全。

本发明提供了一种电磨损机械装置实例如图2所示，高速电机6固定在底座5上，主轴8由固定在底座5上的轴支架支撑并由高速电机6驱动，主轴8上固定铜盘9，铜盘9的圆周上缠绕铜导线16，底座5上还固定有石墨电刷块7和支架13，试样夹11通过弹簧12固定于支架13的端头，并使试样夹11上的被测材料与铜盘9上缠绕的铜导线16相接触，支架13上还固定有测量被测材料位移和载荷的位移传感器15、载荷传动杆10，载荷传动杆10的一端垂吊砝码14，支架13上还可固定温度传感器和记录铜盘9旋转的转速计数器。

大电流通过与铜盘9接触的石墨电刷块7导入，被测材料(接电源的另一端)在弹簧12的作用下与铜盘9上固定的铜导线16发生电磨损，并产生电弧，假设铜导线的体积不变，通过被测材料上的载荷、位移和温度传感器测量其所控制的载荷、线磨损量以及在电弧作用下的温升，从而能够较全面地得到所制备材料的使用性能。

本发明铜盘上缠绕铜导线的方式如图4所示。铜导线16以一定角度沿圆周镶嵌在铜盘9表面上，且恰好为一个斜圆周，同时每隔1/4圆周有一个20～30毫米长的绝缘区，要求绝缘区镶嵌块17的直径与铜导线16一致，而且铜导线16旋转一周后的起点与终点相遇在铜盘9某一厚度方向圆周上的两点，但不能重叠。铜导线16在径线方向上必须高出铜盘9圆周表面2～3毫米，目的是电磨损时一方面满足不断有电弧产生，另一方面保证是铜导线与被测材料磨损，而不是铜盘在磨损。

本发明测量装置的原理如图3所示，利用高速电机的高速转动来带动主轴的转动，通过主轴的高速转动，来驱动铜盘的转动，这样缠绕在铜盘上的铜导线就与夹在试样夹上的被测材料产生摩擦，通过铜盘的高速转动(相当于机车的高速运动)与夹在试样夹上被测材料(滑动电接触材料)之间的高速摩擦，同时大电流通过与铜盘接触的石墨电刷块导入，被测材料接电源的另一端，在铜盘和被测材料之间通入的电流(相当于给机车通电)，从而产生了闭合回路，由于铜盘和被测材料的相对运动，在不断开断、闭合过程中就会因电离空气而产生电弧，导致被测材料产生机械磨损和电弧腐蚀两者的叠加即电弧磨损(模拟电力机车的电磨损)。由于试样夹放在支架上，并且由弹簧相连，一来可控制被测材料上所加的力，二来还可测量被测材料的磨损量，经过一段时间运行，在被测材料表面也会产生磨痕，也可通过对磨痕的观察与测量来检验所研制的电接触材料的性能。

实施例

将高速电机6连同高速旋转(不小于200km/h)的铜盘9一起固定在减震性能优良的铸铁底座5上。将被测材料用螺栓紧固在试样夹11上，通过砝码14给被测材料加一定的载荷，并且该载荷使位移传感器15(测量法线方向机械磨损量)压紧试样夹11并保持被测材料与铜盘9上的铜导线16为线接触，调节载荷传动杆10上的紧固螺钉，保证试样夹11在测试期间不发生旋转。接通电源后，大电流通过石墨电刷块7导入铜盘9，被测材料(接电源的另一端)在砝码14的作用下与铜盘9上固定的铜导线16发生机械磨损，并产生电弧即实现了机械磨损与电磨损的叠加。

这里，铜盘9的旋转速度可以通过调节变频器来实现(变化范围从200km/h～400km/h)。通电电流可以通过变压器来调节(变化范围从50A～250A)。电磨损量，即在每库仑电量作用下的机械磨损量的变化，量纲为毫米每库仑(mm/C)或克每库仑(g/C)。机械磨损量的测量可以采用测长法、称量法、表面轮廓法、压痕或切槽法、沉淀法或化学分析法、放射性同位素法。利用本发明，机械磨损量是法线方向上的长度变化(Δr)或试验前后重量(Δm)的变化。其中，所用的载荷为砝码的重量或弹簧的加紧力，这样就可得到一定载荷下的机械磨损量。电量通过流经试样的电流与旋转时间的乘积来确定，即：

Q＝I·t，

其中

t = \frac{S}{v} = \frac{n \cdot 2 π \cdot r_{0}}{v} .

式中，S是旋转路程；v是旋转速度；n是旋转圈数；r₀是铜盘直径(本发明r₀＝500mm)。因此，电磨损量W_e(单位：毫米/库仑)为：

W_{e} = \frac{Δr}{Q} = \frac{Δr}{I \cdot t} = \frac{Δr}{I \cdot \frac{S}{v}} = \frac{Δr \cdot v}{I \cdot S} = \frac{Δr \cdot v}{I \cdot n \cdot 2 π \cdot r_{0}} = 0.8728 \frac{Δr}{n}

其中，Δr是试样法线方向的线磨损量，该值由位移传感器获得；n是通过转速计数器得到的旋转总圈数。

另外，单位电量下试样重量变化的电磨损量(单位：克/库仑)

其中，m_前、m_后分别为试样在电磨损实验前后的重量，单位为克。

可见，通过本发明的装置，只要从位移传感器读出Δr和旋转圈数n就可以方便地得出一定载荷下的电磨损量W_e。

Claims

1.一种高速滑动电磨损测量装置，其特征在于，所述装置包括：

电磨损机械装置(1)，通过高速旋转的铜盘与被测滑动电接触材料之间高速的滑动摩擦，同时在铜盘和被测材料之间通入低电压大电流构成闭合回路，由于铜盘与被测材料之间的相对运动，使被测材料产生电弧磨损，从而测得一定载荷、一定电量下被测材料的电磨损量，

电源控制部分(2)，用于给所述电磨损机械装置(1)提供直流电源，包括变压器、变频器和开关，

电阻箱(3)，用于调节通入电磨损机械装置(1)中电流的大小，

测试仪表(4)，与所述电磨损机械装置(1)相连接，用于记录所要测量的温度、载荷、转速、电压和电流参量，

所述电磨损机械装置(1)包括由高速电机(6)驱动的主轴(8)，主轴(8)上固定一圆周上缠绕铜导线(16)的铜盘(9)，一石墨电刷块(7)与所述铜盘(9)相接触，还包括支架(13)，所述支架(13)的端头通过弹簧(12)固定被测材料，并使该被测材料与铜盘(9)上缠绕的铜导线(16)相接触，支架(13)上还固定有位移传感器(15)和载荷传动杆(10)，载荷传动杆(10)的一端垂吊砝码(14)，

所述铜导线(16)沿铜盘(9)圆周缠绕为一斜圆周，且旋转一周的起点与终点不相重叠，每隔1/4圆周有一个20～30毫米长的绝缘区，绝缘区内设置有镶嵌块(17)，所述镶嵌块(17)的直径与铜导线(16)的直径相等。