CN107942923B - 一种高铁接地装置碳刷性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁接地装置碳刷性能试验台，车轴箱设置在主试验台上，车轴箱两相对应的侧面上均设置有轴承，车轴箱侧面上与轴承相对应的位置上设置有试验箱，车轴穿过轴承设置在车轴箱和试验箱内，车轴两端设置有轴端接地装置，车轴上位于轴承和轴端接地装置之间的位置处设置有齿轮箱接地装置；振动试验台、电机和电流发生器均通过PLC控制柜与电脑控制台连接。本发明能够分别对轴端接地装置和/或齿轮箱接地装置碳刷性能进行试验，可对碳刷和摩擦盘/集电环在振动或恒定、振荡电流等特定工况下的磨耗进行测试，并能有效监控碳刷、刷架、集电环、摩擦盘等关键位置温度变化情况，试验数据准确可靠。

Description

一种高铁接地装置碳刷性能试验台

技术领域

本发明属于测试装置技术领域，具体涉及一种高铁接地装置碳刷性能试验台。

背景技术

高速铁路由于具有速度快、环境污染小、舒适方便、安全性高等优势在世界各国得到了大力发展。随着我国高速铁路的迅速发展，电气化动车组的普及程度越来越高，其运行速度高、开行密度大的特点对列车的安全可靠性提出了更高的要求，动车组合理优良的接地系统设计，是保证列车安全可靠运行的重要组成部分，一方面为旅客及司乘人员提供一个低压等电位的安全环境，另一方面最大限度的保证用电设备的正常稳定运行。

接地装置是动车组接地系统的重要组成部分之一，也是动车电力回路的重要组成部分，担负着动车电流通过车轴及车轮导回轨道的功能。它能够防止工作电流或系统故障电流以及雷电电流通过轴承流向地面而使轴承被电蚀，用于改善车辆导电性能、提高车辆的可靠性，它的技术状态直接关系到列车用电系统的接地可靠性和安全性。

碳刷是接地装置的关键零部件，在高铁运行过程中，碳刷性能的好坏直接影响到接地装置性能的优劣。如果碳刷磨损过快，不仅会影响碳刷的导电性能，同时产生的碳粉可能会进入动车组轴箱轴承处造成轴承割裂，进而影响轴承性能。如果碳刷在工作时的温度过高，也会加快碳刷的磨损速度，并且温度会传递到碳刷架、摩擦盘或集电环，影响其工作性能。所以只有在对碳刷磨耗情况进行观测的同时也对接地装置内部温度变化情况进行监控，所得的结果才具有参考价值。然而，现有用于高铁接地装置碳刷性能试验的试验台，很多并不能模拟列车实际运行的环境状况，有的也只是单一测量碳刷磨耗数值，因此急需研发一种对碳刷综合性能进行测试的试验台。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种高铁接地装置碳刷性能试验台，对碳刷和摩擦盘在振动与恒定电流、振动电流等多种工况下的磨耗进行测试，同时对接地装置内部温度进行监控。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种高铁接地装置碳刷性能试验台，包括主试验台，车轴箱设置在主试验台上，车轴箱两相对应的侧面上均设置有轴承，车轴箱侧面上与轴承相对应的位置上设置有试验箱，车轴穿过轴承设置在车轴箱和试验箱内，轴承上设置有用于密封的轴承盖，车轴两端设置有轴端接地装置，车轴上位于轴承和轴端接地装置之间的位置处设置有齿轮箱接地装置；

还包括振动试验台、电机、电脑控制台、PLC控制柜和电流发生器，主试验台设置在振动试验台上，振动试验台可实现垂向、纵向和横向三个方向振动，电机通过传动皮带与车轴连接，电流发生器与接地装置电缆连接，接地装置电缆分别与轴端接地装置和齿轮箱接地装置连接，振动试验台、电机和电流发生器均通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

所述轴端接地装置包括轴端接地装置端盖、刷架、轴端接地装置碳刷、轴端接地装置恒力簧、摩擦盘和适配器，轴端接地装置端盖固定在试验箱端部，刷架固定在轴端接地装置端盖内侧面上，轴端接地装置碳刷装配在刷架上，轴端接地装置恒力簧（25）装配在刷架（7）上，轴端接地装置恒力簧（25）的簧卷顶紧轴端接地装置碳刷（6）；摩擦盘通过适配器固定在车轴端部，摩擦盘与轴端接地装置碳刷相对应设置，接地装置电缆与刷架连接；车轴转动时，摩擦盘与轴端接地装置碳刷之间存在滑动摩擦。

所述齿轮箱接地装置包括齿轮箱盖、碳刷支撑板、齿轮箱接地装置碳刷、齿轮箱接地装置恒力簧、碳刷压板和集电环，集电环固定在车轴上，碳刷支撑板固定在试验箱上，齿轮箱接地装置碳刷装配在碳刷支撑板上，齿轮箱接地装置恒力簧装配在齿轮箱盖上，齿轮箱接地装置恒力簧（26）的簧卷卷在碳刷压板上，碳刷压板远离齿轮箱接地装置恒力簧的一端顶紧齿轮箱接地装置碳刷，接地装置电缆与碳刷支撑板连接；车轴转动时，集电环与齿轮箱接地装置碳刷之间存在滑动摩擦。

还包括温度传感器和速度传感器，温度传感器和速度传感器均通过PLC控制柜与电脑控制台连接，温度传感器的探测端设置在轴端接地装置和/或齿轮箱接地装置内以及主试验台外侧，速度传感器的探测端设置在车轴处。

所述PLC控制柜内的PLC与报警装置连接。

还包括给风装置，给风装置正对试验台吹风，给风装置通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

还包括润滑装置，润滑装置的导管与车轴箱上的接口连接，润滑装置通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

所述接地装置电缆与刷架之间通过接线端子连接。

所述接地装置电缆与碳刷支撑板之间通过接线端子连接。

所述电脑控制台包括主机和显示屏，主机和显示屏电连接，振动试验台、电机和电流发生器均通过PLC控制柜与主机连接。

相对于现有技术，本发明能够分别对轴端接地装置和/或齿轮箱接地装置碳刷性能进行试验，可对碳刷和摩擦盘/集电环在振动或恒定、振荡电流等特定工况下的磨耗进行测试，并能有效监控碳刷、刷架、集电环、摩擦盘等关键位置温度变化情况，试验数据准确可靠，对接地装置的研究、测试及优化设计具有一定的促进作用。

附图说明

图1是本发明的部分剖面的主视图。

图2是图1中A部分的放大图。

图3是本发明的主视图。

图4是图3中齿轮箱接地装置部分A-A方向的剖面图。

图5是轴端接地装置的内部结构示意图。

图6是带有接地装置电缆时、轴端接地装置的内部结构示意图。

图7是齿轮箱接地装置的内部结构示意图。

图8是不带刷架支撑板时、齿轮箱接地装置的内部结构示意图。

图9是本发明的试验台组成示意图。

其中，1-振动试验台；2-主试验台；3-电机；4-齿轮箱接地装置；5-轴端接地装置；6-轴端接地装置碳刷；7-刷架；8-摩擦盘；9-适配器；10-传动皮带；11-轴承盖；12-轴承；13-试验箱；14-车轴；15-接口；16-接地装置电缆；17-电流发生器；18-润滑装置；19-导管；20-集电环；21-刷架支撑板；22-轴端接地装置端盖；23-齿轮箱接地装置碳刷；24-车轴箱；25-轴端接地装置恒力簧；26-齿轮箱接地装置恒力簧；27-碳刷压板。

具体实施方式

如附图1-4和图9所示，一种高铁接地装置碳刷性能试验台，包括主试验台2，车轴箱24设置在主试验台2上，车轴箱24两相对应的侧面上均设置有轴承12，车轴箱24侧面上与轴承12相对应的位置上设置有试验箱13，车轴14穿过轴承12设置在车轴箱24和试验箱13内，轴承12上设置有用于密封的轴承盖11，车轴14两端设置有轴端接地装置5，车轴14上位于轴承12和轴端接地装置5之间的位置处设置有齿轮箱接地装置4；

还包括振动试验台1、电机3、电脑控制台、PLC控制柜和电流发生器17，主试验台2设置在振动试验台1上，振动试验台1可实现垂向、纵向和横向三个方向振动，电机3通过传动皮带10与车轴14连接，电流发生器17与接地装置电缆16连接，接地装置电缆16分别与轴端接地装置5和齿轮箱接地装置4连接，振动试验台1、电机3和电流发生器17均通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

振动试验台1可使主试验台2在垂向、纵向和横向三个方向发生振动，能够根据不同路况对主试验台2施加三个方向的振动，对碳刷和摩擦盘或集电环在振动工况下的磨耗进行测试。

电流发生器17为电流输出装置，试验时电流发生器与接地装置电缆16相连，为接地装置提供电流，用于模拟接地装置实际运行情况。电流发生器17可为接地装置输出恒定电流、振荡电流等多种不同类型的电流，且电流大小可根据需要进行调整，不仅能够对碳刷和摩擦盘或集电环在恒定电流下的磨耗进行测试，也能够对其在振荡电流等其他电流下的磨耗进行测试。轴端接地装置5进行试验时，电流发生器17产生电流→接地装置电缆16→刷架7→轴端接地装置碳刷6→摩擦盘8→适配器9→车轴14→另一端轴端接地装置5→适配器9→摩擦盘8→轴端接地装置碳刷6→刷架7→接地装置电缆16→电流发生器17，形成一个电流的循环回路。齿轮箱接地装置4进行试验时，电流发生器17产生电流→接地装置电缆16→刷架支撑板21→齿轮箱接地装置碳刷23→集电环20→车轴14→另一端齿轮箱接地装置4→集电环20→齿轮箱接地装置碳刷23→刷架支撑板21→接地装置电缆16→电流发生器17，形成一个电流的循环回路。

如图5-6所示，轴端接地装置5包括轴端接地装置端盖22、刷架7、轴端接地装置碳刷6、轴端接地装置恒力簧25、摩擦盘8和适配器9，轴端接地装置端盖22固定在试验箱13端部，刷架7固定在轴端接地装置端盖22内侧面上，轴端接地装置碳刷6装配在刷架7上，轴端接地装置恒力簧25装配在刷架7上，轴端接地装置恒力簧25的簧卷顶紧轴端接地装置碳刷6；摩擦盘8通过适配器9固定在车轴14端部，摩擦盘8与轴端接地装置碳刷6相对应设置，接地装置电缆16与刷架7连接；车轴14转动时，摩擦盘8与轴端接地装置碳刷6之间存在滑动摩擦。

车轴14转动时，摩擦盘8与轴端接地装置碳刷6互相摩擦损耗，轴端接地装置恒力簧25始终顶紧轴端接地装置碳刷6，使摩擦盘8与轴端接地装置碳刷6始终紧密接触，当摩擦盘8与轴端接地装置碳刷6因摩擦发生损耗时，轴端接地装置恒力簧25将轴端接地装置碳刷6向摩擦盘8的方向推动。

如图7-8所示，齿轮箱接地装置4包括齿轮箱盖、碳刷支撑板21、齿轮箱接地装置碳刷23、齿轮箱接地装置恒力簧26、碳刷压板27和集电环20，集电环20固定在车轴14上，碳刷支撑板21固定在试验箱13上，齿轮箱接地装置碳刷23装配在碳刷支撑板21上，齿轮箱接地装置恒力簧26装配在齿轮箱盖上，齿轮箱接地装置恒力簧26的簧卷卷在碳刷压板27上，碳刷压板27远离齿轮箱接地装置恒力簧26的一端顶紧齿轮箱接地装置碳刷23，接地装置电缆16与碳刷支撑板21连接；车轴14转动时，集电环20与齿轮箱接地装置碳刷23之间存在滑动摩擦。

车轴14转动时，集电环20与齿轮箱接地装置碳刷23互相摩擦损耗，碳刷压板27始终顶紧齿轮箱接地装置碳刷23，使集电环20与齿轮箱接地装置碳刷23始终紧密接触，当集电环20与齿轮箱接地装置碳刷23因摩擦发生损耗时，齿轮箱接地装置恒力簧26驱动碳刷压板27将齿轮箱接地装置碳刷23向集电环20的方向推动。

还包括温度传感器和速度传感器，温度传感器和速度传感器均通过PLC控制柜与电脑控制台连接，温度传感器的探测端设置在轴端接地装置5和/或齿轮箱接地装置4内以及主试验台2外侧，速度传感器的探测端设置在车轴14处。

主试验台2外侧的温度传感器用于测量试验台的环境温度，轴端接地装置5和/或齿轮箱接地装置4内的温度传感器设置在刷架7、轴端接地装置碳刷6、碳刷支撑板21、齿轮箱接地装置碳刷23和/或集电环20上，用于实时监测实验过程中各零部件的温度；速度传感器用于测量车轴14的转速，行驶的里程数=车轴14的转速（角速度）×车轮半径×时间。

PLC控制柜内的PLC与报警装置连接，给温度设定一个最高值，当轴端接地装置5和/或齿轮箱接地装置4内的温度超过这个设定值时，报警装置就会报警，提醒实验人员注意。

还包括给风装置，给风装置正对试验台吹风，给风装置通过PLC控制柜与电脑控制台连接，给风装置可以根据需要对试验台吹风，风量大小根据需要来控制。

还包括润滑装置18，润滑装置18的导管19与车轴箱24上的接口15连接，润滑装置18通过PLC控制柜与电脑控制台连接。润滑装置18内的润滑油通过导管19进入车轴箱24内，车轴箱24内充满润滑油，车轴箱24和试验箱13之间通过轴承盖11密封，以防车轴箱24内的润滑油流到试验箱13内，润滑油对车轴14和轴承12起到润滑和降温的作用。

接地装置电缆16与刷架7之间通过接线端子连接，接线端子为市售的一端为带有通孔的金属片，另一端为带有凹槽的圆柱形的结构，将接地装置电缆16端部的外皮剥掉，金属丝插入凹槽内，再将凹槽压扁，完成接地装置电缆16与接线端子的连接，接线端子与刷架7通过导电螺栓连接。

接地装置电缆16与碳刷支撑板21之间通过接线端子连接，接线端子为市售的一端为带有通孔的金属片，另一端为带有凹槽的圆柱形的结构，将接地装置电缆16端部的外皮剥掉，金属丝插入凹槽内，再将凹槽压扁，完成接地装置电缆16与接线端子的连接，接线端子与碳刷支撑板21通过导电螺栓连接。

电脑控制台包括主机和显示屏，主机和显示屏电连接，振动试验台1、电机3和电流发生器17、润滑装置18和给风装置均通过PLC控制柜与主机连接，主机可控制振动试验台1对主试验台2施加的振动力的方向和大小，控制电机3的开关和转速大小，控制电流发生器17输出的电流大小和电流类型，控制润滑装置18和车轴箱24内的润滑油的循环，控制给风装置的给风的大小和方向，实时记录车轴14的转速、电流发生器17输出的电流大小和电流类型、温度传感器所测得的温度值、振动试验台1对主试验台2施加的振动力的方向和大小、控制电机3的转速、风的大小和方向，这些数值可通过显示屏显示出来。

本发明的工作过程如下：试验前，根据试验需求测量齿轮箱接地装置碳刷23和轴端接地装置碳刷6的初始长度，摩擦盘8和集电环20的初始厚度，将温度传感器接于测量零部件对应位置，然后将轴端接地装置5和齿轮箱接地装置4安装于车轴14上，打开电机3、电流发生器17、振动试验台2、润滑装置18、PLC控制柜，开始高铁接地装置碳刷性能试验，主机实时记录车轴14的转速、电流发生器17输出的电流大小和电流类型、温度传感器所测得的温度值、振动试验台1对主试验台2施加的振动力的方向和大小、控制电机3的转速、风的大小和方向，并通过显示屏将这些数值显示出来；行驶的里程数=车轴14的转速（角速度）×车轮半径×时间，待车轴14的运行里程数达到目标数值后停止试验，再次测量齿轮箱接地装置碳刷23和轴端接地装置碳刷6的初始长度，摩擦盘8和集电环20的初始厚度，计算得到齿轮箱接地装置碳刷23、轴端接地装置碳刷6、摩擦盘8和集电环20的磨耗。

当使用相同的齿轮箱接地装置碳刷23、轴端接地装置碳刷6、摩擦盘8和集电环20时，试验台测得的齿轮箱接地装置碳刷23、轴端接地装置碳刷6、摩擦盘8和集电环20的磨耗和实际高铁接地装置上齿轮箱接地装置碳刷23、轴端接地装置碳刷6、摩擦盘8和集电环20的磨耗如表1所示。

经对比，采用该试验台进行的接地装置试验，测试碳刷、摩擦盘/集电环磨耗结果与现车相差在10%以内，试验中接地装置内部各零部件温度与现车也十分接近，试验结果具有相当大的参考价值。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：包括主试验台（2），车轴箱（24）设置在主试验台（2）上，车轴箱（24）两相对应的侧面上均设置有轴承（12），车轴箱（24）侧面上与轴承（12）相对应的位置上设置有试验箱（13），车轴（14）穿过轴承（12）设置在车轴箱（24）和试验箱（13）内，轴承（12）上设置有用于密封的轴承盖（11），车轴（14）两端设置有轴端接地装置（5），车轴（14）上位于轴承（12）和轴端接地装置（5）之间的位置处设置有齿轮箱接地装置（4）；

还包括振动试验台（1）、电机（3）、电脑控制台、PLC控制柜和电流发生器（17），主试验台（2）设置在振动试验台（1）上，振动试验台（1）可实现垂向、纵向和横向三个方向振动，电机（3）通过传动皮带（10）与车轴（14）连接，电流发生器（17）与接地装置电缆（16）连接，接地装置电缆（16）分别与轴端接地装置（5）和齿轮箱接地装置（4）连接，振动试验台（1）、电机（3）和电流发生器（17）均通过PLC控制柜与电脑控制台连接；

所述轴端接地装置（5）包括轴端接地装置端盖（22）、刷架（7）、轴端接地装置碳刷（6）、轴端接地装置恒力簧（25）、摩擦盘（8）和适配器（9），轴端接地装置端盖（22）固定在试验箱（13）端部，刷架（7）固定在轴端接地装置端盖（22）内侧面上，轴端接地装置碳刷（6）装配在刷架（7）上，轴端接地装置恒力簧（25）装配在刷架（7）上，轴端接地装置恒力簧（25）的簧卷顶紧轴端接地装置碳刷（6）；摩擦盘（8）通过适配器（9）固定在车轴（14）端部，摩擦盘（8）与轴端接地装置碳刷（6）相对应设置，接地装置电缆（16）与刷架（7）连接；车轴（14）转动时，摩擦盘（8）与轴端接地装置碳刷（6）之间存在滑动摩擦；

所述齿轮箱接地装置（4）包括齿轮箱盖、碳刷支撑板（21）、齿轮箱接地装置碳刷（23）、齿轮箱接地装置恒力簧（26）、碳刷压板（27）和集电环（20），集电环（20）固定在车轴（14）上，碳刷支撑板（21）固定在试验箱（13）上，齿轮箱接地装置碳刷（23）装配在碳刷支撑板（21）上，齿轮箱接地装置恒力簧（26）装配在齿轮箱盖上，齿轮箱接地装置恒力簧（26）的簧卷卷在碳刷压板（27）上，碳刷压板（27）远离齿轮箱接地装置恒力簧（26）的一端顶紧齿轮箱接地装置碳刷（23），接地装置电缆（16）与碳刷支撑板（21）连接；车轴（14）转动时，集电环（20）与齿轮箱接地装置碳刷（23）之间存在滑动摩擦。

2.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：还包括温度传感器和速度传感器，温度传感器和速度传感器均通过PLC控制柜与电脑控制台连接，温度传感器的探测端设置在轴端接地装置（5）和/或齿轮箱接地装置（4）内以及主试验台（2）外侧，速度传感器的探测端设置在车轴（14）处。

3.根据权利要求2所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：所述PLC控制柜内的PLC与报警装置连接。

4.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：还包括给风装置，给风装置正对试验台吹风，给风装置通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

5.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：还包括润滑装置（18），润滑装置（18）的导管（19）与车轴箱（24）上的接口（15）连接，润滑装置（18）通过PLC控制柜与电脑控制台连接。

6.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：所述接地装置电缆（16）与刷架（7）之间通过接线端子连接。

7.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：所述接地装置电缆（16）与碳刷支撑板（21）之间通过接线端子连接。

8.根据权利要求1所述的高铁接地装置碳刷性能试验台，其特征在于：所述电脑控制台包括主机和显示屏，主机和显示屏电连接，振动试验台（1）、电机（3）和电流发生器（17）均通过PLC控制柜与主机连接。