CN105738237B - 一种卧式载流摩擦电弧试验机 - Google Patents
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Abstract
一种卧式载流摩擦电弧试验机，涉及一种电弧试验机，包括一个试样装夹驱动装置，用于带动一圆柱状试样绕其自身中轴线做旋转运动，一个能够实现在沿圆柱状试样的轴向和垂直于圆柱状试样的轴向上同时有运动的两向移动载台，用于带动其上面垂直于圆柱状试样轴向装夹的探针运动，以使探针的触头离开或接触圆柱状试样的圆周面，以及一个能够使呈接触状态的探针和圆柱状试样之间形成封闭电回路的电流加载装置，电流加载装置通过一个与圆柱状试样同轴设置的顶针将电流传输至圆柱状试样，顶针的圆锥状针头与圆柱状试样一端开设的圆锥形针槽紧密接触配合。本发明能保证试样高速旋转时电流稳定传导，可实现载流摩擦副脱离时单纯由电弧引起的烧蚀和导电品质的研究。
Description
技术领域
本发明涉及载流摩擦电弧试验机技术领域，具体地说是涉及一种研究电弧燃弧过程、载流品质和烧蚀的试验机。
背景技术
电动机碳刷和高速铁路弓网等载流摩擦副在接触时传递电流，但在脱离或接触瞬间会出现载流电弧，电弧高温会烧蚀材料，电弧导电性能会保持电能传递的连续，电弧的烧蚀程度和导电品质与电弧的燃弧过程和燃弧特性有关，所以有必要对其研究。
目前的研究主要是在销盘式或线块式试验机上保持载流摩擦副接触状态下的载流摩擦磨损性能研究，载流摩擦副损伤是在摩擦热，电阻热和电弧热综合作用下造成的，导电品质是接触导电和电弧导电共同作用的结果，试验结果中也反映出电弧的影响占主导作用。但是，目前的载流试验机不能实现对单纯由电弧引起的损伤和导电性能的研究，并且其只能对销试样的烧蚀面进行研究，盘试样质量较大不便截取，不利于其烧蚀机理研究；另外，目前的销盘式试验机为实现电流的传导通常采取一个盘两个销进行配合或销盘间通过水银来导电，由于销盘式试验机的盘高速旋转，销和盘之间的电流传导不稳定，影响电弧性能的研究。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有电弧试验机的上述不足，提供了一种试样拆卸方便并便于截取，且能够保证试样高速旋转时电流稳定传导的卧式载流摩擦电弧试验机，其可以用于滑动接触状态下的载流摩擦磨损性能研究，也可以实现载流摩擦副脱离时单纯由电弧引起的烧蚀和导电品质的研究。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种卧式载流摩擦电弧试验机，包括一个试样装夹驱动装置，用于带动一圆柱状试样绕其自身中轴线做旋转运动，一个能够实现在沿圆柱状试样的轴向和垂直于圆柱状试样的轴向上同时有运动的两向移动载台，用于带动其上面垂直于圆柱状试样轴向装夹的探针运动，以使探针的触头离开或接触圆柱状试样的圆周面，以及一个能够使呈接触状态的探针和圆柱状试样之间形成封闭电回路的电流加载装置，电流加载装置通过一个与圆柱状试样同轴设置的顶针将电流传输至圆柱状试样，顶针的圆锥状针头与圆柱状试样一端开设的圆锥形针槽紧密接触配合。
进一步地，所述探针装夹在两向移动载台上设置的螺柱Ⅰ内，螺柱Ⅰ由圆柱状本体部分和端部的锥台状夹头部分组成，锥台状夹头部分被沿其轴向开设的十字槽分割为四瓣，十字槽的中心开设有延伸至圆柱状本体部分的探针孔，锥台状夹头部分的外部套设一个夹紧套，夹紧套将锥台状夹头部分被十字槽分割成的四瓣紧固在一起，以使锥台状夹头部分将装夹在探针孔内的探针夹紧。
所述夹紧套的内孔由直孔段和锥孔段相接而成，夹紧套的直孔段螺纹连接在螺柱Ⅰ的圆柱状本体部分上，锥孔段将螺柱Ⅰ的锥台状夹头部分夹紧。
所述顶针装夹在螺柱Ⅱ上设置的安装孔内，螺柱Ⅱ螺纹连接在支座上，通过旋转螺柱Ⅱ以带动顶针在圆柱状试样中轴线方向上前进或后退。
所述螺柱Ⅰ和顶针上分别设有电夹头Ⅰ和电夹头Ⅱ，圆柱状试样依次通过顶针和电夹头Ⅱ与电源的一个电极电连接，探针依次通过螺柱Ⅰ和电夹头Ⅰ与电源的另一个电极电连接。
有益效果：
圆柱状试样与顶针同轴设置且两者在圆柱状试样线速度较低的中轴线位置处紧密接触配合，实现了试样在高速旋转时电流的稳定传输。
探针的装夹结构使得探针的装夹和拆卸均比较方便，保证了探针的烧损面不被破坏，且能够使探针牢固地夹紧在螺柱Ⅰ内，保证了试验的顺利进行。
圆柱状试样绕其自身中轴线旋转运动，探针能够在两向移动载台带动下沿圆柱状试样的轴向和垂直于圆柱状试样的轴向上同时运动，使得圆柱状试样上电弧引起的烧损痕迹不重叠，有利于电弧烧蚀机理的研究。
试样为圆柱状结构，试验完毕后便于截取和进行烧蚀面观察，改善了传统盘形试样不便截取的弊端。
本发明为电弧性能的研究提供了一个试验平台，为电弧的燃弧过程和燃弧特性研究提供了硬件支持。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为螺柱Ⅰ的锥台状夹头部分的端面视图；
图中标记为：1、试样驱动电机，2、主轴，3、法兰盘，4、三爪卡盘，5、圆柱状试样，6、顶针，7、紧固螺母，8、电夹头Ⅱ，9、绝缘支撑套，10、绝缘套Ⅱ，11、支座，12、螺柱Ⅱ，13、手柄，14、螺套，15、夹紧套，16、螺柱Ⅰ，17、探针，18、X向滑台，19、绝缘套Ⅰ，20、电夹头Ⅰ，21、螺母，22、Y向滑台，23、固定座，24、Y向电机，25、X向电机，26、十字槽，27、探针孔。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种卧式载流摩擦电弧试验机，包括一个试样装夹驱动装置、两向移动载台和电流加载装置，试样装夹驱动装置用于带动一圆柱状试样5绕其自身中轴线做旋转运动，试样装夹驱动装置内设有一个试样驱动电机1，试样驱动电机1的输出轴与主轴2固接，主轴2上设有用于固定三爪卡盘4的法兰盘3，圆柱状试样5的一端夹紧在三爪卡盘4内并随其一起旋转，三爪卡盘4的卡爪与圆柱状试样5之间用绝缘套进行电隔绝。
两向移动载台能够实现在沿圆柱状试样5的轴向和垂直于圆柱状试样5的轴向上同时有运动，用于带动其上面垂直于圆柱状试样5轴向装夹的探针17运动，以使探针17的触头离开或接触圆柱状试样5的圆周面。两向移动载台包括X向滑台18和Y向滑台22，X向滑台18在X向电机25驱动下能够沿X向（即圆柱状试样5轴向的平行方向）往复直线运动，Y向滑台22在Y向电机24驱动下能够在X向滑台18上沿Y向（即垂直于圆柱状试样5轴向的方向）往复直线运动，Y向滑台22上设置有用于固定螺柱Ⅰ16的固定座23，螺柱Ⅰ16上装夹有垂直于圆柱状试样5轴向设置的探针17，其中，螺柱Ⅰ16通过绝缘套Ⅰ19固定在固定座23上设置的安装孔内。如此，通过控制X向电机25和Y向电机24各自的转速和转向来控制探针17沿X向和Y向的运动。
所述电流加载装置在探针17的触头与圆柱状试样5的圆周面接触时，将两者之间形成封闭电回路。电流加载装置通过顶针6将电流传输至圆柱状试样5，为实现顶针6与高速旋转的圆柱状试样5之间电流的稳定传导，在圆柱状试样5的一端同轴设置顶针6，顶针6的圆锥状针头与圆柱状试样5一端开设的圆锥形针槽紧密接触配合，即顶针6的圆锥状针头与圆柱状试样5的圆锥形针槽相接触配合的位置是处于圆柱状试样5的中轴线上，此处圆柱状试样5的线速度最低，再加上两者的配合方式，因此能够保证在圆柱状试样5高速旋转的过程中，顶针6和圆柱状试样5之间电流的稳定传导，此外，顶针6还起到辅助夹紧圆柱状试样5的作用。为调节顶针6与圆柱状试样5之间的距离，顶针6装夹在螺柱Ⅱ12上设置的安装孔内，螺柱Ⅱ12螺纹连接在支座11上，旋转螺柱Ⅱ12一端的手柄13，螺柱Ⅱ12在支座11的螺套14内前后运动，进而通过旋转螺柱Ⅱ12以带动顶针6在圆柱状试样5中轴线方向上前进或后退。螺柱Ⅱ12的安装孔内设有绝缘套Ⅱ10，安装孔所在的螺柱Ⅱ12一端的外部设有绝缘支撑套9，以对顶针6伸出安装孔的部分进行固定支撑，绝缘套Ⅱ10和绝缘支撑套9均用于对顶针6和螺柱Ⅱ12之间进行绝缘保护。
所述电流加载装置在探针17的触头与圆柱状试样5的圆周面接触时，将两者之间形成封闭电回路，封闭电回路的设置方式如下：所述螺柱Ⅰ16和顶针6上分别设有电夹头Ⅰ20和电夹头Ⅱ8，圆柱状试样5依次通过顶针6和电夹头Ⅱ8与电源的一个电极电连接，探针17依次通过螺柱Ⅰ16和电夹头Ⅰ20与电源的另一个电极电连接。即电源，电夹头Ⅱ8，顶针6，圆柱状试样5，探针17，螺柱Ⅰ16和电夹头Ⅰ20形成封闭电回路，当圆柱状试样5和探针17脱离时会产生电弧。通过控制试样驱动电机1，Y向电机24和X向电机25的转速和转向来控制圆柱状试样5和探针17之间的相对运动，配合相应传感器，可实现电弧燃弧过程和载流品质和烧蚀研究。其中，电夹头Ⅰ20套设在螺柱Ⅰ16上并用螺母21进行定位，电夹头Ⅱ8套设在顶针6上并用紧固螺母7进行固定。整个电回路中绝缘部件的设计是为了保证试验机工作时操作者的安全。
试验中所用的探针17的直径为2.5~5mm，非常小，探针17的装夹不仅要考虑其装夹、拆卸方便，还要考虑其在试验过程中的牢固固定。本发明中采用的装夹方式如下：将探针17装夹在两向移动载台上设置的螺柱Ⅰ16内，螺柱Ⅰ16采用弹簧钢材料制成，螺柱Ⅰ16由圆柱状本体部分和端部的锥台状夹头部分组成，锥台状夹头部分被沿其轴向开设的十字槽26分割为四瓣，十字槽26的中心开设有延伸至圆柱状本体部分的探针孔27，锥台状夹头部分的外部套设一个夹紧套15，夹紧套15将锥台状夹头部分被十字槽26分割成的四瓣紧固在一起，以使锥台状夹头部分将装夹在探针孔27内的探针17夹紧。夹紧套15的内孔由直孔段和锥孔段相接而成，夹紧套15的直孔段螺纹连接在螺柱Ⅰ16的圆柱状本体部分上，锥孔段将螺柱Ⅰ16的锥台状夹头部分夹紧。
Claims (3)
1.一种卧式载流摩擦电弧试验机，包括一个试样装夹驱动装置，用于带动一圆柱状试样（5）绕其自身中轴线做旋转运动，一个能够实现在沿圆柱状试样（5）的轴向和垂直于圆柱状试样（5）的轴向上同时有运动的两向移动载台，用于带动其上面垂直于圆柱状试样（5）轴向装夹的探针（17）运动，以使探针（17）的触头离开或接触圆柱状试样（5）的圆周面，以及一个能够使呈接触状态的探针（17）和圆柱状试样（5）之间形成封闭电回路的电流加载装置，电流加载装置通过一个与圆柱状试样（5）同轴设置的顶针（6）将电流传输至圆柱状试样（5），顶针（6）的圆锥状针头与圆柱状试样（5）一端开设的圆锥形针槽紧密接触配合，其特征在于：所述探针（17）装夹在两向移动载台上设置的螺柱Ⅰ（16）内，螺柱Ⅰ（16）由圆柱状本体部分和端部的锥台状夹头部分组成，锥台状夹头部分被沿其轴向开设的十字槽（26）分割为四瓣，十字槽（26）的中心开设有延伸至圆柱状本体部分的探针孔（27），锥台状夹头部分的外部套设一个夹紧套（15），夹紧套（15）将锥台状夹头部分被十字槽（26）分割成的四瓣紧固在一起，以使锥台状夹头部分将装夹在探针孔（27）内的探针（17）夹紧；
所述顶针（6）装夹在螺柱Ⅱ（12）上设置的安装孔内，螺柱Ⅱ（12）螺纹连接在支座（11）上，通过旋转螺柱Ⅱ（12）以带动顶针（6）在圆柱状试样（5）中轴线方向上前进或后退。
2.如权利要求1所述的一种卧式载流摩擦电弧试验机，其特征在于：所述夹紧套（15）的内孔由直孔段和锥孔段相接而成，夹紧套（15）的直孔段螺纹连接在螺柱Ⅰ（16）的圆柱状本体部分上，锥孔段将螺柱Ⅰ（16）的锥台状夹头部分夹紧。
3.如权利要求1所述的一种卧式载流摩擦电弧试验机，其特征在于：所述螺柱Ⅰ（16）和顶针（6）上分别设有电夹头Ⅰ（20）和电夹头Ⅱ（8），圆柱状试样（5）依次通过顶针（6）和电夹头Ⅱ（8）与电源的一个电极电连接，探针（17）依次通过螺柱Ⅰ（16）和电夹头Ⅰ（20）与电源的另一个电极电连接。
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