CN112595618A - 一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，包含转盘电动机、支架、转盘、底座、四连杆电动机、夹具机构、导轨、伺服电动缸、滑块、长连杆、短连杆、碳滑块、接触线。本发明的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置在电动机驱动下滑块可沿导轨往复运动，用于模拟弓网实际接触时碳滑板相对于接触线的往复滑动。碳滑块底板与活动板之间可相对转动，配合凸台上的刻度盘可方便调整两者的角度。夹具机构中引入弹簧可模拟接触网系统的柔度，实现碳滑块与接触线之间的柔性接触，进而创建与弓网系统接近的服役环境。

Description

一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及机械装置技术领域，具体涉及一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置及试验方法。

背景技术

维持列车高速运行的电能通过受电弓与接触网之间的接触进行传递，由受电弓和接触网组成的系统即为弓网系统。弓网摩擦副是受电弓碳滑板和铜接触线组成的电接触滑动摩擦副。在弓网载流摩擦过程中，受电弓碳滑板在机械磨损、电气磨损等诸多因素作用下其摩擦表面形貌将发生改变，严重时会影响列车受流质量，甚至危及行车安全。

接触网是具有一定张力的大跨距柔性系统，受电弓滑过接触线时，接触线在受电弓静态抬升力和气动抬升力的作用下会产生一定位移。换言之接触网具有一定的柔度。在进行弓网载流摩擦磨损试验时，受限于线路试验存在组织、协调方面的困难，目前多采用载流摩擦磨损试验机进行相关试验研究。目前使用较多的有环-块式、销盘式摩擦磨损试验机两种。这两种试验机在模拟碳滑板与接触线接触时均未考虑接触网的柔度，这与弓网间的实际服役环境有较大偏差。此外，受电弓弓头出现点头运动时，受电弓碳滑板上表面会与接触线形成一定的夹角，导致受电弓碳滑板偏磨；目前，在进行弓网载流摩擦磨损研究时较少有试验装置可方便的调整碳滑板与接触线之间的夹角。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置及试验方法，可有效解决上述问题。

本发明采取下述技术方案：

一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，包含：旋转机构、往复运动机构、伺服电动缸、夹具机构。

所述旋转机构，其特征在于，包含：转盘电动机(1)、支架(2)、转盘(3)、底座(4)。转盘(3)圆周方向镶嵌有接触线(13)；转盘电动机(1)可带动转盘(3)转动。采用螺栓连接方式将支架(2)固定于底座(4)。

所述往复运动机构，其特征在于，包含：四连杆电动机(5)、导轨(7)、滑块(9)、长连杆(10)、短连杆(11)。其中，导轨(7)、滑块(9)、长连杆(10)、短连杆(11)组成四连杆机构。该四连杆机构由电动机(5)驱动进而使滑块(9)沿导轨(7)做往复运动，用于模拟弓网实际相对滑动时碳滑板相对于接触线的往复运动。导轨(7)固定于底座(4)。四连杆电动机(5)固定于底座(4)之上。

所述夹具机构，其特征在于，包含：紧固螺栓(6-1)、碳滑块底板(6-2)、销钉(6-3)、支座(6-4)、活动板(6-5)、锁紧螺栓(6-6)、导柱(6-7)、弹簧(6-8)。

所述碳滑块底板(6-2)由绝缘材料加工而成，其一侧有碳滑块卡槽，另一侧加工有两个凸台，其中一个凸台表面加工有三角标记

所述支座(6-4)由绝缘材料加工而成，其一侧开有矩形槽，另一侧开有螺母盲孔；支座(6-4)矩形槽内部有弹簧导引柱。

所述活动板(6-5)由绝缘材料加工而成，其一侧有弹簧导引柱，另一侧有凸台，其中一个凸台表面刻有刻度盘。

碳滑块底板(6-2)与活动板(6-5)之间可相对转动，调整碳滑块底板(6-2)与活动板(6-5)之间的夹角后，可通过锁紧螺栓(6-6)固定两者相对角度。

所述活动板(6-5)仅可以沿支座(6-4)矩形槽移动，两者构成移动副。

所述导柱(6-7)与支座(6-4)之间采用螺纹连接；所述导柱(6-7)与滑块(9)之间为移动副，导柱(6-7)仅可相对于滑块(9)沿导柱(6-7)轴线方向移动。

所述伺服电动缸(8)与滑块(9)之间采用螺栓连接；伺服电动缸(8)可推动支座(6-4)沿导柱(6-7)轴线方向移动。

弓网柔性接触的实现方式：

当碳滑块(12)未与接触线(13)接触时，在伺服电动缸(8)推力的作用下，夹具机构(6)向接触线(13)方向移动。

当碳滑块(12)与接触线(13)接触后，在伺服电动缸(8)推力的作用下，支座(6-4)沿导柱(6-7)轴线方向移动，弹簧(6-8)将逐渐压缩；当弹簧(6-8)的弹力与伺服电动缸(8)推力相等时弹簧将停止变形。此时，碳滑块(12)与接触线(13)之间的接触力即等于师傅电动缸(8)输出的推力。通过夹具机构(6)中引入弹簧(6-8)即可实现碳滑块(12)与接触线(13)之间的柔性接触。

调整碳滑板与接触线之间夹角的方式：

碳滑块底板(6-2)与活动板(6-5)之间通过销钉(6-3)连接，碳滑块底板(6-2)与活动板(6-5)之间可相对转动；碳滑板底板(6-2)和活动板(6-5)的凸台表面分别刻有三角形标记和刻度盘；转动碳滑板底板(6-2)即可使碳滑板底板(6-2)和活动板(6-5)之间形成夹角，进而使固定在碳滑板底板(6-2)之上的碳滑板(12)的摩擦面与接触线(13)之间形成夹角；通过紧固锁紧螺栓(6-6)即可锁定碳滑块(12)与接触线(13)之间的相对夹角。

本发明提供一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置的实验方法，包含以下步骤：

步骤1：调节碳滑块底板(6-2)与活动板(6-5)之间的夹角为x度；读数时目光需与活动板(6-5)凸台表面的刻度盘垂直。

步骤2：启动转盘电动机(1)，使其按设定的转速旋转。

步骤3：启动四连杆电动机(5)，进而驱动滑块(9)在竖直方向作往复运动；伺服电动缸(8)及夹具机构(6)将跟随滑块(9)在竖直方向做往复运动。

步骤4：启动伺服电动缸(8)，根据受电弓静态抬升力大小设定伺服电动缸(8)输出的推力。伺服电动缸(8)将推动夹具(6)沿导柱(6-7)轴线方向移动并使碳滑块(12)与接触线(13)接触。

步骤5：接通外接电源，设定输出的电压值、电流值，完成特定条件下的载流摩擦试验。

本发明提供的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置及试验方法具有以下优点：

本发明一方面可方便的调节碳滑块表面与接触线的夹角，另一方通过弹簧变形的方式等效接触网的柔度，实现了碳滑块与接触线之间的柔性接触，进而创建与弓网系统接近的服役环境。同时具有结构简单、便于操作等优点。

附图说明

图1为本发明结构轴测试图；

图2位本发明局部视图X。

图3为本发明结构主视图；

图4为本发明结构俯视图；

图5为本发明结构左视图；

图6为本发明夹具机构轴测图；

图7为本发明夹具机构主视图；

图8为本发明夹具机构俯视图；

图9为本发明夹具机构剖视图；

图10为本发明夹具机构局部视图V。

图11为本发明接线示意图

图中标记：1.转盘电动机，2.支架，3.转盘，4.底座，5.四连杆电动机，6.夹具机构，7.导轨，8.伺服电动缸，9.滑块，10.长连杆，11.短连杆，12.碳滑块，13.接触线

具体实施方式

为使本发明实施例的技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件(部件)。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件(部件)。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件(部件)的方式，而是以组件(部件)在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，包含：旋转机构、往复运动机构、伺服电动缸、夹具机构。

参考图1-图5，本发明一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，包含：转盘电动机1、支架2、转盘3、底座4、四连杆电动机5、夹具机构6、导轨7、伺服电动缸8、滑块9、长连杆10、短连杆11、碳滑块12、接触线13。

旋转机构用于驱动转盘3转动，包含：转盘电动机1、支架2、转盘3、底座4。转盘3圆周方向镶嵌有接触线13；支架2与底座4之间采用螺栓固定。

往复运动机构用于驱动滑块9作往复运动，包含：四连杆电动机5、导轨7、滑块9、长连杆10、短连杆11。其中，导轨7、滑块9、长连杆10、短连杆11组成四连杆机构。该四连杆机构由电动机5驱动。导轨7一端有外螺纹，采用螺纹连接方式固定于底座4。四连杆电动机5采用螺栓连接固定于底座4之上。

参考图6-图9，夹具机构6包含：紧固螺栓6-1、碳滑块底板6-2、销钉6-3、支座6-4、活动板6-5、锁紧螺栓6-6、导柱6-7、弹簧6-8。

参考图6-图9，碳滑块底板6-2由绝缘材料加工而成，其一侧有碳滑块卡槽，另一侧加工有两个2凸台，其中一个凸台表面加工有三角标记；通过拧紧锁紧螺栓6-6可将碳滑块12固定于碳滑块底板6-2的卡槽中。

参考图6-图9，支座6-4由绝缘材料加工而成，其一侧开有矩形槽，另一侧开有螺母盲孔；其矩形槽内部有3个弹簧导引柱。

参考图6-图10，活动板6-5由绝缘材料加工而成，其一侧有3个弹簧导引柱，另一侧有2个凸台；2个凸台上均有通孔，其中一个凸台表面刻有刻度盘。组装夹具机构6时，将弹簧6-8两端分别套于支座6-4与活动板6-5的弹簧导引柱之上，以防止弹簧窜动。

参考图6-图9，碳滑块底板6-2与活动板6-5之间通过销钉6-3连接；碳滑块底板6-2与活动板6-5之间可相对转动，调整碳滑块底板6-2与活动板6-5之间的夹角后，通过锁紧螺栓6-6固定两者相对角度。

参考图6-图9，活动板6-5仅可以沿支座6-4矩形槽移动，两者构成移动副。

参考图3-图9，导柱6-7固定于支座6-4之上，两者采用螺纹连接；所述导柱6-7与滑块9之间为移动副，导柱6-7仅可相对于滑块9沿导柱6-7轴线方向移动。

参考图1及图3-图5,伺服电动缸8固定于滑块9之上，两者采用螺栓连接；伺服电动缸8可推动支座6-4沿导柱6-7轴线方向移动。

参考图11，试验电源可选择输出不同的电压和电流供给本试验装置；试验电源分别与碳滑块12及转盘3的转轴相连。

本发明还提供了一种柔性接触的弓网载流摩擦试验的试验方法，包含以下步骤：

步骤1：调节碳滑块底板6-2与活动板6-5之间的夹角为x度；读数时目光需与活动板6-5凸台表面的刻度盘表面垂直。

步骤2：启动转盘电动机1，使其按设定的转速旋转。

步骤3：启动四连杆电动机5，驱动滑块9在竖直方向作往复运动；伺服电动缸8及夹具机构6将跟随滑块9在竖直方向做往复运动。

步骤4：参考标准EN 50367，弓网平均抬升力F＝70N+0.00097ν²(ν为弓网相对滑动速度，km/h)。启动伺服电动缸8，根据上述公式设定伺服电动缸8输出的推力。伺服电动缸8将推动夹具6沿导柱6-7轴线方向移动并使碳滑块12与接触线13接触。

步骤5：接通外接电源，设定输出的电压值、电流值，完成特定条件下的载流摩擦试验。

Claims (7)

1.一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，包括旋转机构、往复运动机构、伺服电动缸和夹具机构；

旋转机构包括转盘电动机、支架、转盘和底座，转盘圆周方向镶嵌有接触线，支架固定于底座之上；

往复运动机构包括四连杆电动机、导轨、滑块、长连杆和短连杆，导轨、滑块、长连杆、短连杆组成四连杆机构，导轨固定于底座之上，四连杆电动机固定于底座之上；

夹具机构包括紧固螺栓、碳滑块底板、销钉、支座、活动板、锁紧螺栓、导柱、弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，所述碳滑块底板由绝缘材料加工而成。

3.根据权利要求2所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，所述碳滑块底板的一侧有碳滑块卡槽，另一侧有两个凸台，其中一个凸台表面有三角标记。

4.根据权利要求1所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，所述支座由绝缘材料加工而成，支座的一侧开有矩形槽，另一侧开有螺母盲孔；支座的矩形槽内部有弹簧导引柱；

所述活动板由绝缘材料加工而成，活动板的一侧有弹簧导引柱，另一侧有凸台；其中一个凸台表面刻有刻度盘；

活动板科沿支座的矩形槽移动，两者构成移动副；

导柱固定于支座之上；导柱与滑块之间为移动副，导柱可相对于滑块沿导柱轴线方向移动。

5.根据权利要求1所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，所述碳滑块底板与所述活动板之间可相对转动；调整碳滑块底板与活动板之间的夹角后，可通过锁紧螺栓将两者夹角固定。

6.根据权利要求1所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置，其特征在于，所述伺服电动缸固定于滑块之上；伺服电动缸可推动支座沿导柱轴线方向移动。

7.权利要求1-6任一所述的一种柔性接触的弓网载流摩擦试验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：调节碳滑块底板与活动板之间的夹角为x度；读数时目光需与活动板凸台表面的刻度盘垂直；

步骤2：启动转盘电动机，使其按设定的转速旋转；

步骤3：启动四连杆电动机，进而驱动滑块在竖直方向作往复运动；伺服电动缸及夹具机构将跟随滑块在竖直方向做往复运动；

步骤4：启动伺服电动缸，根据下述公式设定伺服电动缸输出的推力

F＝70N+0.00097ν²

F是弓网平均抬升力，ν为弓网相对滑动速度，单位是km/h；

伺服电动缸将推动夹具沿导柱轴线方向移动并使碳滑块与接触线接触；

步骤5：接通外接电源，设定输出的电压值、电流值，完成特定条件下的载流摩擦试验。

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