CN103884462A - 接触压力及摩擦力动态检测装置 - Google Patents

Abstract

接触压力及摩擦力动态检测装置是一种用于动态检测机车高速运行时受电弓滑板与接触线的接触压力与摩擦力的机械装置，该装置固定在受电弓滑板与弓体之间，在滑板左右两端有两个结构相同的支撑机构，支撑机构采用等腰三角结构，安装压力传感器的两个边的延长线交点应是受电弓与滑板的接触点，底边安装加速度传感器，传感器与数据采集系统相连。三个传感器组成的平面与机车运行方向相同，三角结构将弓网之间作用力分解为两个方向，通过数据处理可以得到垂直方向的弓网接触压力以及水平方向的摩擦力，加速度传感器提供的加速度可以有效的修正接触压力的值，作为一个整体适合在高速列车行驶中使用，结构简单，测量准确，产品完整性好。

Description

接触压力及摩擦力动态检测装置

技术领域

接触压力及摩擦力动态检测装置是一种用于动态检测机车工作时受电弓与接触线间的接触压力与摩擦力的机械装置。

背景技术

随着高速铁路的发展，弓网关系越来越受到关注。受电弓与接触网之间的接触压力直接影响着弓网受流及受电弓滑板和接触线的磨耗，接触压力过大时，会增加弓网间的异常磨损，缩短其使用寿命；过小则会接触不良导致供电时断时续，引起火花或电弧，严重时会烧损接触线，要作为一项十分关键的指标进行控制与测量。为研究弓网关系，世界上德国、日本、意大利等国家相继建立了磨耗实验台，用于研究接触线-弓滑板磨耗。调查结果表明，以上国家的弓网关系实验台主要用于研究弓网磨耗性能，均无法模拟弹性接触网。要通过实验模拟来研究弓网间的受流现象，必须控制受电弓与接触网之间的接触压力，达到模拟现场的目的。现有的接触压力的检验方法，主要适用于低速列车。一般在受电弓滑板两端安装压力传感器，测得抬升力即认为是接触压力。从检测的角度而言，这些装置不能作为高速铁路的检测方法。弓网接触压力及摩擦力动态监测装置能够动态检测到弓网间接触压力及摩擦力，通过加速度补偿高速列车行驶中受电弓振动所致的误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有接触压力测量装置无法在高速机车行驶过程中准确的测量动态值，提出了一种不仅能准确测量弓网间动态接触压力，而且能准确测量受电弓滑板与接触线这对摩擦副之间摩擦力的机械结构。

为了实现上述目的，采取了如下技术方案。接触压力及摩擦力动态检测装置，其特征在于：包括传感器组件和支撑机构；传感器组件包括第一压力传感器1、第二压力传感器2和加速度传感器3；支撑结构是底角50-70度的等腰三角形结构；第一压力传感器1、第二压力传感器2对称安装在等腰三角形两个边上，所述两个边的延长线交点应是受电弓与滑板的接触点；支撑机构通过滑板固定孔4与滑板相连，通孔方向与机车运动时滑板运动方向相同；加速度传感器3通过加速度传感器固定孔10安装在支撑结构的底边上；支撑机构通过受电弓固定孔7与受电弓相连，受电弓固定孔7的尺寸与受电弓连接孔尺寸相同。

进一步，左传感器固定槽5和右传感器固定槽6分别在支撑机构的两个边上，是凹槽结构；第一压力传感器1固定在左传感器固定槽5中，第二压力传感器2固定在右传感器固定槽6中。

所述的传感器组件第一压力传感器1、第二压力传感器2和加速度传感器3输出信号发送到数据采集系统。

本发明设计的三角结构将弓网之间作用力分解为两个方向，通过数据处理可以得到垂直方向的弓网接触压力以及水平方向的摩擦力，定义一条滑板的4个压力传感器所测量力分别为F₁、F₂、F₃、F₄，滑板左右两端X向、Z向作用力分别为F_LX、F_LZ，F_RX、F_RZ，X向即受电弓运行水平方向，Z向即与受电弓运行垂直方向，以滑板左端为例，2个压力传感器测得量通过交扰补偿矩阵 $\left|\begin{array}{cc}{c}_{\mathrm{1,1}}& c_{2,1}\\ c_{\mathrm{2,1}}& c_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right|$ 得到X向和Z向分力，公式如下：

$\left|\begin{array}{cc}{F}_1& F_2\end{array}\right|\×\left|\begin{array}{cc}{c}_{\mathrm{1,1}}& c_{\mathrm{2,1}}\\ c_{\mathrm{2,1}}& c_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}{F}_{\mathrm{LX}}& F_{\mathrm{LZ}}\end{array}\right|$

同理，得到滑板右端Z向分力，在静止状态下，弓网间接触压力FN：

F_N=F_LZ+F_RZ；

在动态下，为了提高测量精度还需要对滑板振动产生的惯性力进行修正。滑板左右两端通过加速度传感器测得加速度分别为a_L、a_R，归算质量分别为m_L、m_R，则滑板左右两端Z向作用力F_L、F_R分别为：

F_L=F_LZ+m_La_L；

F_R=F_RZ+m_Ra_R；

此时，弓网间接触压力F_N：

F_N=F_RZ+F_LZ+m_La_L+m_Ra_s。

在美国MTS公司传感器装置标定实验室，通过标准值的校准确定交扰补偿矩阵和归算质量，通过实验对比确定设计的装置测量准确。接触压力及摩擦力动态检测装置作为一个整体适合在高速列车行驶中使用，结构简单，测量准确，产品完整性好。

附图说明

图1本发明检测装置结构的示意图

图2本发明支撑机构的结构图

图中：1、第一压力传感器；2、第二压力传感器；3、加速度传感器；4、滑板固定孔；5、左传感器固定槽；6、右传感器固定槽；7、受电弓固定孔；8、走线槽；9、压力传感器固定孔；10、加速度传感器固定孔。

具体实施方式

结合图1、图2对本发明做进一步说明：

如图1所示，接触压力及摩擦力动态检测装置，包括感应组件和支撑组件。该装置固定在受电弓滑板与弓体之间，在滑板左右两端各有一个支撑机构，两个支撑机构结构相同。感应组件包括压力传感器1、压力传感器2和加速度传感器3，压力传感器通过检测支撑结构的形变量，导致电压变化，通过数据采集系统得到压力值。加速度传感器跟随支撑组件上下振动得到加速度；支撑机构是三角形结构，通过滑板固定孔4与滑板相连，压力检测结构5是个凹槽结构，压力传感器1固定在其中，压力传感器2固定在压力检测结构6中，加速度传感器3通过固定孔10固定在支架上；通过受电弓固定孔7与受电弓相连，将支撑组件固定在受电弓上。三角结构将弓网之间作用力分解为两个方向，通过数据处理可以得到垂直方向和水平方向的分力，加速度传感器提供的加速度可以有效的修正接触压力的值，两个支撑机构垂直方向的力的和即为弓网接触压力，水平方向的合力为受电弓滑板与接触线的摩擦力。

支撑机构是三角形结构，采用铝合金材料。通过滑板固定孔4与滑板相连，通孔直径与滑板固定孔匹配，通孔方向与机车运动时滑板运动方向相同。支撑机构的三角结构是等腰三角形，安装压力传感器的两个边的延长线交点应是受电弓与滑板的接触点。左传感器固定槽5和右传感器固定槽6分别在支撑机构的两个边上，是凹槽结构。支撑机构通过受电弓固定孔7与受电弓相连，尺寸与受电弓连接孔尺寸相同。

感应组件包括两个压力传感器和一个加速度传感器，压力传感器分别安装在左传感器固定槽5和右传感器固定槽6，传感器的数据线通过走线槽8引出，另一端连接数据处理系统。加速度传感器安装在支撑结构底边上，通过加速度传感器固定孔10，另一端同样连接数据处理系统。

Claims (3)

1.接触压力及摩擦力动态检测装置，其特征在于：包括传感器组件和支撑机构；传感器组件包括第一压力传感器（1）、第二压力传感器（2）和加速度传感器（3）；支撑结构是底角50-70度的等腰三角形结构；第一压力传感器（1）、第二压力传感器（2）对称安装在等腰三角形两个边上，所述两个边的延长线交点应是受电弓与滑板的接触点；支撑机构通过滑板固定孔（4）与滑板相连，通孔方向与机车运动时滑板运动方向相同；加速度传感器（3）通过加速度传感器固定孔（10）安装在支撑结构的底边上；支撑机构通过受电弓固定孔（7）与受电弓相连，受电弓固定孔（7）的尺寸与受电弓连接孔尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的接触压力及摩擦力动态检测装置，其特征在于：左传感器固定槽（5）和右传感器固定槽（6）分别在支撑机构的两个边上，是凹槽结构；第一压力传感器（1）固定在左传感器固定槽（5）中，第二压力传感器（2）固定在右传感器固定槽（6）中。

3.应用权利要求1或2所述的接触压力及摩擦力动态检测装置的方法，其特征在于：所述装置将弓网之间作用力分解为两个方向，通过数据处理可以得到垂直方向的弓网接触压力以及水平方向的摩擦力，定义一条滑板的4个压力传感器所测量力分别为F₁、F₂、F₃、F₄，滑板左右两端X向、Z向作用力分别为F_LX、F_LZ，F_RX、F_RZ，X向即受电弓运行水平方向，Z向即与受电弓运行垂直方向，以滑板左端为例，2个压力传感器测得量通过交扰补偿矩阵 $\left|\begin{array}{cc}{c}_{\mathrm{1,1}}& c_{2,1}\\ c_{\mathrm{2,1}}& c_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right|$ 得到X向和Z向分力，公式如下：

$\left|\begin{array}{cc}{F}_1& F_2\end{array}\right|\×\left|\begin{array}{cc}{c}_{\mathrm{1,1}}& c_{\mathrm{2,1}}\\ c_{\mathrm{2,1}}& c_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}{F}_{\mathrm{LX}}& F_{\mathrm{LZ}}\end{array}\right|$

同理，得到滑板右端Z向分力，在静止状态下，弓网间接触压力FN：

F_N=F_LZ+F_RZ；

在动态下，还需要对滑板振动产生的惯性力进行修正。滑板左右两端通过加速度传感器测得加速度分别为a_L、a_R，归算质量分别为m_L、m_R，则滑板左右两端Z向作用力F_L、F_R分别为：

F_L=F_LZ+m_La_L；

F_R=F_RZ+m_Ra_R；

此时，弓网间接触压力F_N：

F_N=F_RZ+F_LZ+m_LaL+m_Ras。

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