CN104897423A - 一种机车受电弓特性的检验方法及系统装置 - Google Patents

Abstract

一种机车受电弓特性的检验方法及系统装置，在受电弓气囊充气，受电弓升弓状态下，在受电弓上悬挂一个位移与拉力测试装置，并通过位移与拉力测试装置带动受电弓做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由位移与拉力测试装置读取受电弓高度位移和拉力值，再将所测得的高度位移和拉力值传送到无线人机交互微机，由无线人机交互微机通过接收的高度位移和压力值计算出压力差，形成高度位移和压力曲线，再与正常值进行对比，判断受电弓特性状况，实现受电弓特性的检验。本发明采取无线遥控的方式，解决了现有产品测试精度不高，体积大，操作不便；没有集成测试受电弓从最低位置到最大高度升降弓所需时间的功能；缺少无线数据传输功能的不足。

Description

一种机车受电弓特性的检验方法及系统装置

技术领域

本发明涉及到一种铁路机车部件检验作业方法的改进，具体涉及一种机车受电弓特性的检验方法及系统装置，该方法及系统装置能对各类机车上受电弓的性能状态合格与否进行检测，包括受电弓升降弓速度、受电弓受力情况与高度位移的关系等等。能对各种不良情况预警，自动记录后可传输至终端数据库做进一步分析。

背景技术：

受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的重要电气设备，安装在机车或动车车顶上。受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由滑板、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。菱形受电弓，也称钻石受电弓，以前非常普遍，后由于维护成本较高以及容易在故障时拉断接触网而逐渐被淘汰，近年来多采用单臂弓（见图）。负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，它与滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用。

为了保证作业安全，受电弓在应用一段时间后必须要进行校检；目前受电弓特性大多采用受电弓特性试验台和一种涡轮蜗杆结构的受电弓测试仪来进行，国内现有的受电弓特性试验台属于人工型和半自动型。这些检测设备都存在检测系统过于复杂，体积庞大，操作不方便的不足，因此现有的受电弓的检测及有待加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、中国实用新型专利说明书CN2316662Y公开了一种便携式受电弓测试仪，它由机架、挂钩、钢丝绳、传感器、传动装置、仪表箱等组成，测试时由人工摇动摇把，控制受电弓升降，输出参数通过数显表显示，采用人工记录。这种测试仪的缺点是:人工摇把不能保证受电弓升降时匀速运动，直接影响测试结果的准确性，输出以间断的数显表显示，不能真实反映受电弓接触压力与升、降弓高度的连续变化关系，仪器的通用性不强，不能满足各种类型受电弓性能检测的需要。

2、中国实用新型专利说明书CN2405835Y公开了一种受电弓测试仪，这种受电弓测试仪存在以下缺点：采用了普通电机、减速机、槽轮依次排列的结构顺序，体积普遍较大，重量较大，造成工人携带不方便；测力传感器外置使得传感器容易收到外界环境干扰，导致测试数据准确性降低，产品档次感和整体性不佳；只配置了磁力吸铁固定装置，因为新型机车车顶有采用铝合金的材质，导致磁力吸铁固定装置失效，不能适用所有机车车型；没有测试受电弓自由升弓最大高度所需的时间的功能；没有受电弓升降弓控制阀DC110V输出，测试受电弓特性时需要一个人在机车下控制受电弓的充气和排气，操作不便。

上述这些专利，所以上述这些专利虽然都涉及到了机车受电弓的检测作业，其中还有的涉及到了对检测的一些改进，但都没有提出如何改进现有检测仪器复杂，体积庞大，不便于操作的问题，仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有机车受电弓的检测作业所存在的问题，提出一种检测仪器体积更小，检测更加方便的机车受电弓特性的检验方法及系统装置，该种检验方法及系统装置能对各类机车上受电弓的性能状态合格与否进行检测，包括受电弓升降弓速度、受电弓受力情况与高度位移的关系等等。能对各种不良情况预警，自动记录后可传输至终端数据库做进一步分析。

为了达到这一目的，本发明提供了一种机车受电弓特性的检验方法，在受电弓气囊充气，受电弓升弓状态下，在受电弓上悬挂一个位移与拉力测试装置，并通过位移与拉力测试装置带动受电弓做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由位移与拉力测试装置读取受电弓高度位移和拉力值，再将所测得的高度位移和拉力值传送到无线人机交互微机，由无线人机交互微机通过接收的高度位移和压力值计算出压力差，形成高度位移和压力曲线，再与正常值进行对比，判断受电弓特性状况，实现受电弓特性的检验。

进一步地，所述的通过位移与拉力测试装置带动受电弓做匀速上升和下降动作是在位移与拉力测试装置上设置一检测绳，将检测绳一端挂在受电弓上，另一端穿过一个拉力传感器，缠绕在一个驱动电机上，通过驱动电机转动带动检测绳拉住受电弓做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由拉力传感器读取高度位移和压力值，并由无线人机交互微机计算出压力差，形成高度位移和压力曲线，实现受电弓特性的检验。

进一步地，所述的检测绳另一端穿过一个拉力传感器是在拉力传感器上设置一个导轮支座组件，检测绳从导轮支座组件上通过，导轮支座组件是一个定滑轮机构，导轮支座组件与拉力传感器连接，利用定滑轮只改变力的方向不改变力的大小原理，拉力传感器测出受电弓升降的压力。

进一步地，所述的缠绕在一个驱动电机上是指将检测绳缠绕在与驱动电机连接在一起的槽轮转动组件上，槽轮转动组件由驱动电机带动旋转，从而实现检测绳的收线和放线。

进一步地，所述的检测绳的收线和放线是驱动电机转动，驱动电机输出轴带动槽轮转动组件的槽轮运转，检测绳一端固定在槽轮一侧布线槽上，驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮和导线轮，槽轮带螺旋卷线槽，压线轮压紧螺旋卷线槽内的检测绳，槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动，通过压线和导线装置可以实现多种工况的收放线作业；同时通过卷线槽轮同轴心的一端接旋转编码器读取槽轮收放线长度。

进一步地，所述的通过驱动电机转动带动检测绳拉住受电弓做匀速上升和下降动作是计算机通过电机驱动器控制减速步进电机的转速和分步，设备调试阶段将转速调速至试验要求速度范围，电机驱动槽轮转动卷起钢丝绳，钢丝绳控制受电弓做匀速升弓和匀速降弓运动，同时由拉力传感器和光栅编码器通过数据采集装置向计算机输入采集数据。

进一步地，所述受电弓特性的检验步骤是：打开检测仪器开关，DC110V输出，受电弓气囊充气，受电弓升弓，初始位置感应开关感应到开始计时，弓升到最大升弓高度，最大高度等长检测绳牵动最大高度位置感应开关，计时结束，平板电脑接收数据，计算出最大升弓高度用时T。

一种实现上述机车受电弓特性的检验方法的检测系统，包含便携式受电弓测试仪和人机交互微机部分两部分；所述便携式受电弓测试仪包括便携式受电弓测试仪本体和检测绳，检测绳由便携式受电弓测试仪本体内的收放线机构带动伸缩，在收放线机构一端接有读取高度位移数据的光栅编码器，同时在仪器内设有悬臂梁拉力传感器与导轮支架组成的拉力测试机构和最大高度升降弓时间测试组件；所述人机交互微机部分为集成式带无线数据传输的控制系统。

进一步地，所述的收放线机构包括大扭矩减速步进驱动电机、电机安装固定组件、槽轮转动组件、传感器组件和检测绳；驱动电机安装固定在电机安装固定组件上，驱动电机输出轴通过传动法兰盘连接带动槽轮转动组件的槽轮运转，检测绳一端固定在槽轮一侧布线槽上，检测绳另一端穿过一个拉力传感器连接到一挂钩，挂钩悬挂在受电弓的顶部。

进一步地，所述的槽轮转动组件安装有滚动轴承，利用滚动轴承外圈与槽轮过盈配合固定，滚动轴承内圈与电机安装块间隙配合，滚动轴承侧面有挡圈限位，这样驱动电机驱动后就实现了滚动轴承内圈与外圈的相对转动，根据轴承的特性可以实现槽轮平稳和快速转动。

进一步地，所述的拉力传感器上安装有导轮支座组件，检测绳从导轮支座组件上通过，导轮支座组件是一个定滑轮机构，导轮支座组件与拉力传感器连接。

进一步地，所述的槽轮转动组件包括传动法兰盘、槽轮、压线轮和导线轮，在槽轮上有螺旋卷线槽；驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮和导线轮，压线轮压紧螺旋卷线槽内的钢丝绳，使得槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动；在卷线槽轮同轴心的一端连接有旋转编码器，读取槽轮收放线长度。

进一步地，所述的电机安装固定组件包括固定支架、固定拉杆和电机安装块，驱动电机通过固定拉杆和电机安装块固定在固定支架上。

进一步地，所述的控制系统是由计算机通过电机驱动器控制减速步进电机的转速和分步，设备调试阶段将转速调速至试验要求速度范围，电机驱动槽轮转动卷起钢丝绳，钢丝绳控制受电弓做匀速升弓和匀速降弓运动，同时由拉力传感器和光栅编码器通过数据采集装置向计算机输入采集数据。

本发明的优点在于：

本发明采取无线遥控的方式，通过电机带动检测绳拉住受电弓上下移动，并通过拉力传感器进行检测控制，解决了现有产品测试精度不高；体积大；不能操控受电弓升降弓电磁阀，操作不便；没有集成测试受电弓从最低位置到最大高度升降弓所需时间的功能；缺少无线数据传输功能的不足。

附图说明

图1是本发明结构原理示意图；

图2是本发明便携式检测仪系统结构示意图；

图3是本发明便携受电弓测试仪本体内的卷线槽轮机构结构示意图；

图4是本发明便携式受电弓测试仪测试原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种机车受电弓特性的检验系统，包含便携式受电弓测试仪1和人机交互微机部分2两部分；所述便携式受电弓测试仪1包括便携式受电弓测试仪本体3和检测绳4，检测绳4由便携式受电弓测试仪本体内的收放线机构5带动伸缩；在收放线机构上设有读取高度位移数据的光栅编码器6，同时在仪器内设有悬臂梁拉力传感器7与导轮支架组成的拉力测试机构8和最大高度升降弓时间测试组件9；所述人机交互微机部分2为集成式带无线数据传输的控制系统。便携式受电弓测试仪本体3测试时安放在机车车顶17上。

所述的收放线机构包括大扭矩减速步进驱动电机18、电机安装固定组件19、槽轮转动组件20、拉力传感器7和检测绳4；驱动电机18安装固定在电机安装固定组件19上，驱动电机18输出轴22通过传动法兰盘23连接带动槽轮转动组件20的槽轮21运转，检测绳4一端固定在槽轮21一侧布线槽24上，检测绳4另一端穿过一个拉力传感器7连接到一挂钩11，挂钩11悬挂在受电弓的顶部的上转轴10上。

所述的槽轮转动组件20安装有滚动轴承25，利用滚动轴承25外圈与槽轮21过盈配合固定，滚动轴承25内圈与电机安装块间隙配合，滚动轴承侧面有挡圈限位26，这样驱动电机驱动后就实现了滚动轴承内圈与外圈的相对转动，根据轴承的特性可以实现槽轮平稳和快速转动。

所述的拉力传感器7上安装有导轮支座组件，检测绳4从导轮支座组件26上通过，导轮支座组件27是一个定滑轮机构，导轮支座组件27与拉力传感器7连接。拉力传感器7通过磁铁14固定在便携式受电弓测试仪本体3的壳体上。

所述的槽轮转动组件包括传动法兰盘23、槽轮21、压线轮12和导线轮13，在槽轮21上有螺旋卷线槽；驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮12和导线轮13，压线轮12压紧螺旋卷线槽内的检测绳，使得槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动；在卷线槽轮同轴心的一端连接有旋转编码器6，读取槽轮收放线长度。

所述的电机安装固定组件包括固定支架、固定拉杆和电机安装块，驱动电机通过固定拉杆和电机安装块固定在固定支架上。

所述的控制系统是由计算机通过电机驱动器控制减速步进电机的转速和分步，设备调试阶段将转速调速至试验要求速度范围，电机驱动槽轮转动卷起钢丝绳，检测绳控制受电弓做匀速升弓和匀速降弓运动，同时由拉力传感器和光栅编码器通过数据采集装置向计算机输入采集数据。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种机车受电弓特性的检验方法，在受电弓升弓气囊16充气，受电弓15升弓状态下，在受电弓15的顶端挂有一根检测绳4，检测绳4另一端穿过一个拉力传感器7，缠绕在一个驱动电机16上，通过驱动电机16转动带动检测绳4拉住受电弓15做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由拉力传感器7读取高度位移和压力曲线，并计算压力差，实现受电弓特性的检验。

进一步地，所述的检测绳另一端穿过一个拉力传感器是在拉力传感器上设置一个导轮支座组件，检测绳从导轮支座组件上通过，导轮支座组件是一个定滑轮机构，导轮支座组件与拉力传感器连接，利用定滑轮只改变力的方向不改变力的大小原理，拉力传感器测出受电弓升降的压力。

进一步地，所述的缠绕在一个驱动电机上是指将检测绳缠绕在与驱动电机连接在一起的槽轮转动组件上，槽轮转动组件由驱动电机带动旋转，从而实现检测绳的收线和放线。

进一步地，所述的检测绳的收线和放线是驱动电机转动，驱动电机输出轴带动槽轮转动组件的槽轮运转，绳子一端固定在槽轮一侧布线槽上，驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮和导线轮，槽轮带螺旋卷线槽，压线轮压紧螺旋卷线槽内的检测绳，槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动，通过压线和导线装置可以实现多种工况的收放线作业；同时通过卷线槽轮同轴心的一端接旋转编码器读取槽轮收放线长度。

进一步地，所述的通过驱动电机转动带动检测绳拉住受电弓做匀速上升和下降动作是计算机通过电机驱动器控制减速步进电机的转速和分步，设备调试阶段将转速调速至试验要求速度范围，电机驱动槽轮转动卷起钢丝绳，钢丝绳控制受电弓做匀速升弓和匀速降弓运动，同时由拉力传感器和光栅编码器通过数据采集装置向计算机输入采集数据。

进一步地，所述受电弓特性的检验步骤是：打开检测仪器开关，DC110V输出，受电弓气囊充气，受电弓升弓，初始位置感应开关感应到开始计时，弓升到最大升弓高度，最大高度等长麻绳牵动最大高度位置感应开关，计时结束，平板电脑接收数据，计算出最大升弓高度用时T。

本发明的优点在于：

本发明采取无线遥控的方式，通过电机带动检测绳拉住受电弓上下移动，并通过拉力传感器进行检测控制，解决了现有产品测试精度不高；体积大；不能操控受电弓升降弓电磁阀，操作不便；没有集成测试受电弓从最低位置到最大高度升降弓所需时间的功能；缺少无线数据传输功能的不足。

Claims (10)

1.一种机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：在受电弓气囊充气，受电弓升弓状态下，在受电弓上悬挂一个位移与拉力测试装置，并通过位移与拉力测试装置带动受电弓做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由位移与拉力测试装置读取受电弓高度位移和拉力值，再将所测得的高度位移和拉力值传送到无线人机交互微机，由无线人机交互微机通过接收的高度位移和压力值计算出压力差，形成高度位移和压力曲线，再与正常值进行对比，判断受电弓特性状况，实现受电弓特性的检验。

2.如权利要求1所述的机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：所述的通过位移与拉力测试装置带动受电弓做匀速上升和下降动作是在位移与拉力测试装置上设置一检测绳，将检测绳一端挂在受电弓上，另一端穿过一个拉力传感器，缠绕在一个驱动电机上，通过驱动电机转动带动检测绳拉住受电弓做匀速上升和下降动作，并在移动过程中由拉力传感器读取高度位移和压力值，并由无线人机交互微机计算出压力差，形成高度位移和压力曲线，实现受电弓特性的检验。

3.如权利要求2所述的机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：所述的缠绕在一个驱动电机上是指将检测绳缠绕在与驱动电机连接在一起的槽轮转动组件上，槽轮转动组件由驱动电机带动旋转，从而实现检测绳的收线和放线。

4.如权利要求2所述的机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：所述的检测绳的收线和放线是驱动电机转动，驱动电机输出轴带动槽轮转动组件的槽轮运转，绳子一端固定在槽轮一侧布线槽上，驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮和导线轮，槽轮带螺旋卷线槽，压线轮压紧螺旋卷线槽内的检测绳，槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动，通过压线和导线装置可以实现多种工况的收放线作业；同时通过卷线槽轮同轴心的一端接旋转编码器读取槽轮收放线长度。

5.如权利要求2所述的机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：所述的通过驱动电机转动带动检测绳拉住受电弓做匀速上升和下降动作是计算机通过电机驱动器控制减速步进电机的转速和分步，设备调试阶段将转速调速至试验要求速度范围，电机驱动槽轮转动卷起钢丝绳，钢丝绳控制受电弓做匀速升弓和匀速降弓运动，同时由拉力传感器和光栅编码器通过数据采集装置向计算机输入采集数据。

6.如权利要求1所述的机车受电弓特性的检验方法，其特征在于：所述受电弓特性的检验步骤是：打开检测仪器开关，DC110V输出，受电弓气囊充气，受电弓升弓，初始位置感应开关感应到开始计时，弓升到最大升弓高度，最大高度等长麻绳牵动最大高度位置感应开关，计时结束，平板电脑接收数据，计算出最大升弓高度用时T。

7.一种实现权利要求1所述机车受电弓特性检验方法的检测系统，其特征在于：包含便携式受电弓测试仪和人机交互微机部分两部分；所述便携式受电弓测试仪包括便携式受电弓测试仪本体和检测绳，检测绳由便携式受电弓测试仪本体内的收放线机构带动伸缩，在收放线机构一端接有读取高度位移数据的光栅编码器，同时在仪器内设有悬臂梁拉力传感器与导轮支架组成的拉力测试机构和最大高度升降弓时间测试组件；所述人机交互微机部分为集成式带无线数据传输的控制系统。

8.如权利要求7所述的机车受电弓特性的检测系统，其特征在于：所述的收放线机构包括大扭矩减速步进驱动电机、电机安装固定组件、槽轮转动组件、传感器组件和检测绳；驱动电机安装固定在电机安装固定组件上，驱动电机输出轴通过传动法兰盘连接带动槽轮转动组件的槽轮运转，检测绳一端固定在槽轮一侧布线槽上，检测绳另一端穿过一个拉力传感器连接到一挂钩，挂钩悬挂在受电弓的顶部。

9.如权利要求8所述的机车受电弓特性的检测系统，其特征在于：所述的槽轮转动组件安装有滚动轴承，利用滚动轴承外圈与槽轮过盈配合固定，滚动轴承内圈与电机安装块间隙配合，滚动轴承侧面有挡圈限位，这样驱动电机驱动后就实现了滚动轴承内圈与外圈的相对转动，根据轴承的特性可以实现槽轮平稳和快速转动。

10.如权利要求9所述的机车受电弓特性的检测系统，其特征在于：所述的拉力传感器上安装有导轮支座组件，检测绳从导轮支座组件上通过，导轮支座组件是一个定滑轮机构，导轮支座组件与拉力传感器连接；所述的槽轮转动组件包括传动法兰盘、槽轮、压线轮和导线轮，在槽轮上有螺旋卷线槽；驱动电机带动槽轮卷线，检测绳经过压线轮和导线轮，压线轮压紧螺旋卷线槽内的钢丝绳，使得槽轮转动时收放线同时驱动压线轮沿导轨做往复运动；在卷线槽轮同轴心的一端连接有旋转编码器，读取槽轮收放线长度。