CN113916772A - 碳刷试验方法、装置、碳刷试验系统和电子设备 - Google Patents

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CN113916772A CN202111150806.5A CN202111150806A CN113916772A CN 113916772 A CN113916772 A CN 113916772A CN 202111150806 A CN202111150806 A CN 202111150806A CN 113916772 A CN113916772 A CN 113916772A
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孙轶山
赵慧
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Abstract

本申请实施例提供一种碳刷试验方法、装置、碳刷试验系统和电子设备，其中，该碳刷试验方法应用于碳刷试验系统，该碳刷试验系统包括集电环，该碳刷试验系统用于安装待测碳刷，该待测碳刷与该集电环接触，该碳刷试验方法包括：获取该待测碳刷与该集电环的当前电压；获取该碳刷试验系统输出的输出电流；根据该当前电压与该输出电流，确定出该待测碳刷与该集电环的第一电阻；根据该第一电阻与该待测碳刷与该集电环的原始电阻，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻。

Description

碳刷试验方法、装置、碳刷试验系统和电子设备
技术领域
本申请涉及碳刷测试技术领域，具体而言，涉及一种碳刷试验方法、装置、碳刷试验系统和电子设备。
背景技术
接地装置的作用是将车上的漏电电流传到车轴继而形成接地，防止电流对轴承造成电蚀，起到保护轴承的作用。同时，接地装置安装时与高速旋转的集电环相接触，工作时不仅承受很大的电流，同时还承受着较大的振动和冲击。
目前对于不同材料的碳刷在运行工况下的各种性能变化研究的能力还比较弱。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳刷试验方法、装置、碳刷试验系统和电子设备，能够实现对碳刷的性能研究。
第一方面，本申请实施例提供一种碳刷试验方法，应用于碳刷试验系统，所述碳刷试验系统包括集电环，所述碳刷试验系统用于安装待测碳刷，所述待测碳刷与所述集电环接触，所述碳刷试验方法包括：
获取所述待测碳刷与所述集电环的当前电压；
获取所述碳刷试验系统输出的输出电流；
根据所述当前电压与所述输出电流，确定出所述待测碳刷与所述集电环的第一电阻；
根据所述第一电阻、所述待测碳刷的原始电阻和所述集电环的原始电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻；
根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据；
根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
在一可选的实施方式中，所述方法还包括：
根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据。
在上述实施方式中，在获得单一时间节点的摩擦电阻的基础上，还可以进一步地获得多个时间节点下的摩擦电阻的变化趋势，以获取更全面地碳刷的性能。
在一可选的实施方式中，所述碳刷试验系统还包括：驱动电机，所述驱动电机与所述集电环连接；所述方法还包括：
获取所述驱动电机空载状态下的第一输出扭矩；
获取所述驱动电机在与所述集电环连接状态下的第二输出扭矩；
根据所述第一输出扭矩与所述第二输出扭矩，确定出所述集电环与所述待测碳刷的摩擦阻力矩；
根据所述摩擦阻力矩、所述待测碳刷对所述集电环的压力、以及所述集电环的尺寸，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦系数。
在上述实现方式中，摩擦系数也能够呈现碳刷的性能，因此，在摩擦电阻的基础上，还可以测试出在碳刷的摩擦系数，以从多个角度呈现出碳刷的性能，也能够提高碳刷试验的效果。
在一可选的实施方式中，所述方法还包括：
获取所述待测碳刷在测试过程中的温度数据。
在一可选的实施方式中，所述碳刷试验系统还包括：红外采集设备；所述获取所述待测碳刷在测试过程中的温度数据，包括：
通过所述红外采集设备采集所述待测碳刷在测试过程中的红外图像数据；
根据所述红外图像数据，确定出在测试过程中所述待测碳刷的各个位置的温度数据。
在一可选的实施方式中，所述方法还包括：
根据多个时间节点的所述待测碳刷的温度数据，确定出所述待测碳刷的温度变化趋势数据。
在上述实施方式中，由于好的碳刷可在通过大电流的同时，将碳刷与集电环的温度控制的很低。因此，接地装置在载流磨损工况下摩擦面的最高温度评价接地装置载流稳定性的一种指标，基于碳刷和集电环在各个时间点的温度和温度随时间的变化可以呈现出碳刷性能的好坏。
在一可选的实施方式中，所述方法还包括：
根据所述待测碳刷的状态参数，确定出所述待测碳刷的性能参考数据，所述状态参数包括：所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻、所述待测碳刷与所述集电环的摩擦系数、所述待测碳刷的温度数据、或者所述待测碳刷的温度变化趋势数据中的一项或多项参数。
第二方面，本申请实施例提供一种碳刷试验装置，应用于碳刷试验系统，所述碳刷试验系统包括集电环，所述碳刷试验系统用于安装待测碳刷，所述待测碳刷与所述集电环接触，所述碳刷试验装置包括：
第一获取模块，用于获取所述待测碳刷与所述集电环的当前电压；
第二获取模块，用于获取所述碳刷试验系统输出的输出电流；
第一确定模块，用于根据所述当前电压与所述输出电流，确定出所述待测碳刷与所述集电环的第一电阻；
第二确定模块，用于根据所述第一电阻、所述待测碳刷的原始电阻和所述集电环的原始电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻；
第三确定模块，用于根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据；
第四确定模块，用于根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
第三方面，本申请实施例提供一种碳刷试验系统，包括：
试验台，用于安装待测碳刷；
安装在所述试验台上的集电环，所述集电环与所述待测碳刷接触；
与所述试验台电连接的控制装置，用于输出控制电流；
安装在所述试验台上的电压传感器，用于测试所述待测碳刷与所述集电环的电压；
安装在所述控制装置上的电流传感器，用于采集所述控制装置输出的控制电流；
所述碳刷试验系统，用于执行上述的碳刷试验方法中的步骤。
在一可选的实施方式中，还包括：
安装在所述试验台上的驱动电机，且所述驱动电机的输出轴与所述集电环连接，用于驱动所述集电环连接。
在一可选的实施方式中，还包括：
安装在所述试验台上的温度采集设备，用于采集所述集电环和所述待测碳刷的温度数据。
第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述的方法的步骤。
本申请实施例的有益效果是：通过对碳刷与集电环所在电路的电阻值，可了解到集电环与碳刷的两层摩擦氧化膜的接触摩擦情况，以得到碳刷的性能好坏，进一步地，本申请发明人研究电阻变化的本质，可能是材质的性能发生了变化，因此提供了还可以基于摩擦电阻和摩擦电阻的变化趋势，确定出碳刷的性能的变化，从而可以使碳刷的研究不仅仅停留在碳刷的表象上的特征，可以深入碳刷的本质的改变，提高碳刷性能研究的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的碳刷试验系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的碳刷试验系统的局部结构示意图；
图3为本申请实施例提供的碳刷试验系统的集电环的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的碳刷试验系统的另一局部结构示意图；
图5为本申请实施例提供的碳刷试验系统的再一局部结构示意图；
图6为本申请实施例提供的碳刷试验方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的碳刷试验方法的部分的流程图；
图8为本申请实施例提供的碳刷试验装置的流程图。
图标：100-试验台；110-位移传感器；120-接地装置安装座；130-隔离底座；140-驱动电机；150-集电环；151-第一绝缘衬板；152-第二绝缘衬板；153-胀紧套；160-导流电缆接头；170-待测接地装置；171-碳刷；172-顶架；173-外壳；180-温度采集设备；200-控制装置；210-大电流发生器；211-恒流源；212-端子板；213-控制设备；220-电气控制柜。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是所述申请产品使用时惯常拜访的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能解释为本申请的限制。
本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在高铁领域中，就电力机车部分而言，电流从接触网经受电弓引入电力机车内使用，而后统一通过接地装置将电流传到车轴上，电流经过车轴>车轮>钢轨后回流到变电所，形成电流回路。因此，接地装置在整个供电系统内占据非常重要的一环。
接地装置内部的恒力弹簧通过弹簧顶架传递弹力至碳刷末端，将碳刷的圆弧形前端面与集电环面压在一起形成接触面。而集电环可以通过热套的方式安装在车轴上，当电力机车运动时车轴旋转使得集电环与接地装置的碳刷的前端圆弧面发生相对滑动。接地装置碳刷与集电环在相对滑动的同时，碳刷还可能会将最高500A的电流通过接触面传递到集电环上。
本申请发明人研究了解到，接地装置在实际使用中，影响最大的故障是间歇性断开。其中，离线率是可以用于评价间歇性断开的一个重要参数，离线率是某段测量时间内所有离线时间占该测量时间段的比例。离线时碳刷和集电环失去接触的状态，碳刷和集电环之间脱离时会形成电弧，电弧可以维持电流的连续性使得电力机车的供电不中断，但也会造成碳刷和集电环之间磨损加大。碳刷的磨损量和离线电能量成正比。当离线过大或者电流过小，碳刷和集电环之间的电弧不能维持时，还会造成供电中断，使电力机车丧失牵引力等。
在一定的电流作用下，载流摩擦副在接触状态时存在一个较小的电压降，当处于虚接或者分离状态时，这个电压降的数值就会增大，这样导致计算得到的等效接触电阻会增大。或者，还可以通过接触载荷来判断，当接触载荷为零时，摩擦副处于分离状态。
在一些实例中，碳刷在载流过程中脱离集电环的时间，一次脱离的持续时间0.1s以上成为大离线，0.01～0.1s的成为中离线，0.01s以下的称为小离线。示例性地，离线率不超过指定数值时，可以确定碳刷的工作性能相对较好，例如，该指定数值可以是5％、6％、4％等值。
因此，本申请实施例提供的碳刷试验方法，可以通过碳刷的摩擦电阻的变化趋势，以确定碳刷和集电环是否存在接触，以进一步的评估碳刷的性能。下面通过一些实施例描述本申请实施例提供的碳刷试验方法。
为便于对本实施例进行理解，首先对执行本申请实施例所公开的一种碳刷试验方法的碳刷试验系统进行介绍。
如图1所示，是本申请实施例提供的碳刷试验系统包括：试验台100和控制装置200。
本实施例中，该碳刷试验系统还可以包括：接地装置安装座120、隔离底座130、驱动电机140、集电环150、导流电缆接头160、电压传感器、电流传感器。
本实施例中，该试验台100用于放置需要测试的接地装置。如图2所示，该试验台100上安装有：接地装置安装座120、隔离底座130、驱动电机140、集电环150、导流电缆接头160、电压传感器(图未示)。
其中，该电压传感器安装在试验台100上，该内置的电压传感器可以引出导线至接地装置的接线柱端，用于测量接地装置与集电环形成的这段线路的电压。
示例性地，该电压传感器可以是交流电压传感器。
其中，隔离底座130安装在该试验台100上。该接地装置安装座120、驱动电机140、集电环150安装在该隔离底座130上。
可选地，该试验台100上可以设置一个或多个接地装置安装座120，在图2所示的实例中，该试验台100上设置有两个接地装置安装座120。
示例性地，集电环150安装在驱动电机140的输出轴上，接地装置安装座120位于该集电环150的两侧，待测接地装置170被安装在位于集电环150两侧的接地装置安装座120上，接地装置的碳刷171从安装座中间的矩形孔伸出，压到集电环150上。测试时，可以通过控制驱动电机140带动集电环150相对接地装置转动摩擦，以模拟实际情况下齿轮箱内车轴上的集电环150和接地装置之间的转动摩擦。
在对待测接地装置170载流磨损试验时，由于碳刷171与集电环150之间发生打电弧，因此会导致损坏集电环150的表面的情况，当集电环150的表面损坏到一定程度时必须进行更换才不会影响后续试验。以往的集电环150都是通道热套的方式安装在试验台100的轴上，更换的时候需要拆除试验台100的轴承、取出轴后用加热或者压机的方式将集电环150取下，更换新的集电环150后再依次恢复试验台。整个更换集电环150的过程操作相当繁琐。
在本实施例中，如图3所示，通过第一绝缘衬板151和第二绝缘衬板152将集电环150夹持住，使用固定件将集电环150与绝缘衬板固定，形成集电环工装。
可选地，第一绝缘衬板151的中心可以带圆柱孔，通过胀紧套153的紧固形式将该集电环150工装安装到驱动电机140的输出轴上。当集电环150需要更换时，可以松开胀紧套153的固定件，取下集电环工装，然后拆除集电环150两侧绝缘衬板的固定件，以拆除更换集电环。相比其他试验台的集电环更换操作，提高了集电环150的更换效率。
示例性地，导流电缆接头160的数量也可以与接地装置安装座120的数量相同。在图2所示的实例中，该试验台100上安装有两个导流电缆接头160。
可选地，该隔离底座130的材质可以是绝缘材质。
如图4所示，待测接地装置170包括：碳刷171、顶架172和外壳173。碳刷171和顶架172安装在该外壳173的内部，该外壳173远离集电环150的一端设置有通孔。
该控制装置200可以包括：大电流发生器210和电气控制柜220。
示例性地，如图5所示，该大电流发生器210包括恒流源211、端子板212和控制设备213。
上述的电流传感器安装在恒流源211的电流输出端上。如图5所示的端子板212处。
示例性地，该电流传感器可以是高精度的电流互感器。
可选地，端子板212可以是铜端子板，电缆也可以是铜电缆。
该控制设备可以包括存储器、处理器、输入输出单元、显示单元。控制设备还可包括比上述更多或者更少的组件，或者具有与上述不同的配置。
上述的存储器、处理器、输入输出单元及显示单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。上述的处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。
其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)等。
上述的处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
上述的输入输出单元用于提供给用户输入数据。该输入输出单元可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
上述的显示单元在电子设备与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。
该大电流发生器210连接两个电缆与试验台100上的导流电缆接头160连接。该大电流发生器210的恒流源211产生的大电流通过大电流发生器210的一对端子板212中的一极输出，经过电缆进入一侧接地装置，该接地装置的碳刷171再将电流导入集电环150，电流被安装在集电环150另一侧的接地装置碳刷171收集导出到另一根纯铜电缆上继而回到恒流源211上的一对端子板212的另一极，从而实现电流的回路，以实现对集电环150与待测接地装置170的碳刷171的摩擦副的通流。
可再次参阅图1所示，本申请实施例提供的碳刷试验系统还可以包括：安装在试验台上的位移传感器110。
位移传感器110发出的激光信号可以穿过待测接地装置170的外壳173上设置的通孔，以检测到与外壳173内部的碳刷171和顶架172的相位位置的变化情况。
该碳刷171的第一端与顶架172接触，该碳刷171的第二端与集电环150接触。集电环150相对接地装置转动时，该集电环150与该碳刷171的第二端产生摩擦。
该顶架172的一端接触该碳刷171的第一端，该顶架172的另一端可以设置在外壳173的通孔处，位移传感器110发出的激光信号遇到该顶架172的另一端，则可以反射会位移传感器110中。
可选地，该接地装置的顶架172可以是弹簧顶架。
示例性地，位移传感器110的数量可以与接地装置安装座120的数量相同。例如，在图2所示的实例中，可以设置两个位移传感器110，两个位移传感器110分别安装在接地装置安装座120的两侧，以用于采集安装在接地装置安装座120上的待测接地装置170的碳刷171的位移数据。
示例性地，该位移传感器110可以是红外线传感器。
可再次参阅图1所示，本实施例中的碳刷试验系统还可以包括：安装在试验台100上的温度采集设备180，用于采集集电环150和待测接地装置170的碳刷171的温度数据。
可选地，该温度采集设备可以是红外采集设备，该红外采集设备可以包括黑体校准，以使通过该红外采集设备测得的温度误差在2℃以内。
本实施例中的碳刷试验系统可以用于执行本申请实施例提供的各个方法中的各个步骤。下面通过实施例详细描述碳刷试验方法的实现过程。
本申请实施例还提供一种碳刷试验方法，如图6所示，图6为本申请实施例提供的碳刷试验方法的流程图。
步骤310，获取该待测碳刷与该集电环的当前电压。
示例性地，可以通过内置的交流电压传感器通过导线与待测接地装置的接线柱端连接，以测试接地装置所在线路的电压。
以图1或图2所示的实例中，则试验台上包括两个待测接地装置，电压传感器可以测量接地装置、集电环和接地装置形成的这段线路的电压。
步骤320，获取该待测碳刷试验系统输出的输出电流。
示例性地，可以通过安装在待测碳刷试验系统的恒流源的电流传感器测试输出的输出电流。
步骤330，根据该当前电压与该输出电流，确定出该待测碳刷与该集电环的第一电阻。
示例性地，根据欧姆定律，当前电压与该输出电流可计算得到待测碳刷与该集电环的第一电阻。
步骤340，根据该第一电阻、该待测碳刷的原始电阻和该集电环的原始电阻，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻。
示例性地，可以使用该第一电阻，减去待测碳刷的原始电阻和集电环的原始电阻，则可以得到待测碳刷与该集电环的摩擦电阻。
其中，该待测碳刷的原始电阻可以是预先存储的值。该集电环的原始电阻可以是预先存储的值。根据当前的待测碳刷的不同，可能导致的待测碳刷的原始电阻的值不同。
正常运行状态下，待测碳刷与集电环的摩擦氧化膜发生破坏时，摩擦氧化膜的电阻会上升。因此可以通过当前测得待测碳刷与该集电环的摩擦电阻，以确定出待测碳刷的磨损情况。
可选地，还可以基于试验的进行，确定出待测碳刷的磨损速。
步骤350，根据多个时间节点的该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻变化趋势数据。
可以根据具体需求选择相邻两个时间节点之间的时长，具体可以待测碳刷试验的整体时长确定相邻两个时间节点之间的时长。
示例性地，可以根据指定时长内测试得到的摩擦电阻，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻变化趋势数据。
例如，可以计算指定时长内的摩擦电阻的方差，以方差的大小作为摩擦电阻变化趋势数据。其中，摩擦电阻的方差越大表示摩擦电阻的波动越大，摩擦电阻的方差越小表示摩擦电阻的波动越小。其中，该摩擦电阻的波动越大也就表示当前的载流接触状态越不稳定。
由于碳刷试验系统的干扰因素，可能会存在测试得到的摩擦电阻不符合实际情况的坏值，为了降低坏值对确定出的摩擦电阻变化趋势数据的干扰，还可以先对用于确定摩擦电阻变化趋势数据的摩擦电阻进行有效性判断。
示例性地，可以采用拉依达准则对用于确定摩擦电阻变化趋势数据的摩擦电阻进行有效性判断。
示例性地，当用于确定摩擦电阻变化趋势数据的摩擦电阻数量小于指定数量，则可以采用格罗贝斯判据准则对用于确定摩擦电阻变化趋势数据的摩擦电阻进行有效性判断。例如，该指定数量可以为8、10、12等值。
本实施例中，还可以将得到的摩擦电阻变化趋势数据以指定数据呈现方式显示在控制装置的控制设备的显示单元上，以方便相关人员能够更直观地获得试验测得的待测碳刷的电阻相关数据。
可选地，该指定数据呈现方式可以是显示在坐标系上的二维曲线方式、数据表格等方式。
可选地，若该摩擦电阻变化趋势数据为摩擦电阻的方差，则可以在显示单元上显示该方差的具体数值。
步骤360，根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
集电环在旋转时，可能存在偏心量，以及其它外部输入的振动，因此，在集电环旋转过程中，用于挤压集电环和待测碳刷的压力，也可以表征集电环和待测碳刷的接触载荷的变化。当偏心量过大或者集电环和待测碳刷的振动剧烈时，待测碳刷就会被动和集电环分离，此时，就不存在作用在集电环上的摩擦阻力矩，那么电机的输出扭矩也就变小。因此，可以基于该集电环与该待测碳刷的摩擦阻力矩表征待测碳刷是否与集电环分离。进一步地，则可以表征待测碳刷的工作性能。而且随着对待测碳刷试验的进行，待测碳刷可能存在磨损，磨损的程度不同，可表示待测碳刷的性能。该待测碳刷试验系统还可以包括：驱动电机，驱动电机与该集电环连接。基于驱动电机的作用下，可以确定出不同状态摩擦系数。因此，如图7所示，本实施例中的碳刷试验方法还可以包括步骤370至步骤390。
在接地装置载流磨损试验进行时，接地装置的待测碳刷和集电环之间为滑动摩擦，根据滑动摩擦力的计算公式：
f＝μN
其中，μ表示摩擦系数，N表示正压力，f表示摩擦力。因此，摩擦系数可以根据摩擦力μ和正压力N计算得到。
在一个实例中，试验台上包括两个待测接地装置时，则该试验台上则包括四个待测碳刷，四个待测碳刷对集电环的输出扭矩可以表示为M，该四个待测碳刷对集电环的阻力矩M满足：
M＝(f1+f2+f3+f4)·R
其中，f1、f2、f3、f4分别表示各个待测碳刷与集电环之间的摩擦力，R为集电环的外圆半径。
在一个实例中，若两个待测接地装置为相同的材质和相同型号的接地装置，因此各个待测碳刷与集电环之间的摩擦系数和摩擦力为相同值。因此，各个待测碳刷与集电环的等效的摩擦系数可以表示为：
Figure BDA0003287024060000151
基于上述分析，可以通过待测碳刷与集电环的输出扭矩、待测碳刷对该集电环的压力以及集电环的直径，可以确定出集电环与待测碳刷的摩擦系数。下面通过几个步骤描述集电环与待测碳刷的摩擦系数确定过程。
步骤370，获取该驱动电机空载状态下的第一输出扭矩，以及获取该驱动电机在与该集电环连接状态下的第二输出扭矩。
可选地，该驱动电机可以内置有功能模块，用于获取驱动电机当前的输出扭矩。
示例性地，可以在驱动电机未与集电环连接状态下，通过驱动电机内置有功能模块获取驱动电机的第一输出扭矩。示例性地，可以在驱动电机的输出轴与集电环连接时，通过该驱动电机内置有功能模块获取驱动电机的第二输出扭矩。
步骤380，根据该第一输出扭矩与该第二输出扭矩，确定出该集电环与该待测碳刷的摩擦阻力矩。
示例性地，可以计算第一输出扭矩与该第二输出扭矩的差值，得到确定出该集电环与该待测碳刷的摩擦阻力矩。
步骤390，根据该摩擦阻力矩、该待测碳刷对该集电环的压力、以及该集电环的尺寸，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦系数。
可选地，可以当前的摩擦阻力矩可以表示为M1，则该待测碳刷与该集电环的摩擦系数可以表示为：
Figure BDA0003287024060000152
其中，μ1表示该待测碳刷与该集电环的摩擦系数；N1表示待测碳刷与集电环的压力；R表示集电环的尺寸；n表示当前的待测碳刷的数量。
为了更全面地了解待测碳刷在试验过程中的性能变化，可以在待测碳刷试验过程中，在多个时间点对待测碳刷与集电环的摩擦系数进行测量。示例性地，碳刷试验方法还可以包括：根据多个时间节点的待测碳刷与该集电环的摩擦系数，确定出该待测碳刷的摩擦系数变化趋势数据。
其中，用于确定摩擦系数变化趋势数据所需的多个时间节点可以基于需求设置，例如，待测碳刷试验时长越长，则可以选择更多的时间点，用以确定待测碳刷的摩擦系数变化趋势数据；再例如，待测碳刷试验时长越短，则可以选择相对更少的时间点，用以确定待测碳刷的摩擦系数变化趋势数据。
示例性地，可以根据指定时长内测试得到的摩擦系数，确定出该待测碳刷的摩擦系数变化趋势数据。
例如，可以计算指定时长内的摩擦系数的方差，以方差的大小作为摩擦系数变化趋势数据。其中，摩擦系数的方差越大表示摩擦系数的波动越大，摩擦系数的方差越小表示摩擦系数的波动越小。其中，该摩擦系数的波动越大也就表示当前的载流接触状态越不稳定。
由于碳刷试验系统的干扰因素，可能会存在测试得到的摩擦系数不符合实际情况的坏值，为了降低坏值对确定出的摩擦系数变化趋势数据的干扰，还可以先对用于确定摩擦系数变化趋势数据的摩擦系数进行有效性判断。
示例性地，可以采用拉依达准则对用于确定摩擦系数变化趋势数据的摩擦系数进行有效性判断。
示例性地，当用于确定摩擦系数变化趋势数据的摩擦系数数量小于指定数量，则可以采用格罗贝斯判据准则对用于确定摩擦系数变化趋势数据的摩擦系数进行有效性判断。例如，该指定数量可以为8、10、12、15等值。
示例性地，该摩擦系数变化趋势数据可以是以时间为自变量，以待测碳刷与该集电环的摩擦系数为因变量的变化关系。
本实施例中，在确定出摩擦系数变化趋势数据后，可以在控制装置的控制设备的显示单元中进行显示。示例性地，可以以二维曲线、数据表格等显示方式显示该摩擦系数变化趋势数据。
由于待测碳刷与集电环之间的电阻，也可能会导致待测碳刷和集电环的温度变化，因此，还可以对待测碳刷的温度进行检测。
正常运行状态下，待测碳刷与集电环会在一段时间的载流磨损后达到温升平衡状态，此时，接地装置的待测碳刷的温度场稳定。但是当集电环的摩擦氧化膜和待测碳刷的摩擦氧化膜发生破坏时，摩擦氧化膜的电阻会上升，导致电流的热效应加剧而出现待测碳刷的温度的变化。另外，摩擦氧化膜的破损致使待测碳刷和集电环之间出现微米级间隙，在通大电流情况下，间隙内出现微观电弧，这种微观电弧释放瞬间的温可达上千度高温，因此可能对待测碳刷和集电环照成一些烧蚀坑，这种打弧现象不断积累在宏观上将引起待测碳刷和集电环的温度上升并且加剧待测碳刷的磨损。本申请发明人通过一些的磨耗对比试验数据了解到，良好的待测碳刷的摩擦副摩擦面温度相对较低，而相对较差的待测碳刷的摩擦副摩擦面温度相对较高。
经试验，在不通电的磨耗试验中，摩擦面的温度通常在50℃左右。摩擦面的温度可能60-140℃，根据摩擦副选用材料的不同和通过电流大小不同，例如，有的可能在60℃至70℃，有的则可超过100℃，甚至超过140℃。当摩擦面温度超过140℃时，待测碳刷和集电环的磨损速率将急剧升高。因此，可以通过测量待测碳刷与集电环的温度，可以用于评价接地装置同流稳定性。
本实施例中的碳刷试验方法还可以包括：步骤3010，获取该待测碳刷在测试过程中的温度数据。
可选地，用于采集温度数据的设备可以是红外采集设备。
步骤3010可以包括：通过该红外采集设备采集该待测碳刷在测试过程中的红外图像数据；根据该红外图像数据，确定出在测试过程中该待测碳刷的各个位置的温度数据。
该红外图像数据中图像中的颜色可以表示温度，例如，图中的部件的颜色为黄色时，则表示该区域中的部件的温度在50-60℃；再例如，图中的部件的颜色为亮白色时，则表示该区域中的部件的温度在80-100℃。
示例性地，可以识别红外图像数据中的颜色，以确定出集电环、待测碳刷等部件的温度。
为了更直观的呈现集电环和待测碳刷的温度分布，还可以以温度矩阵的形式记录集电环和待测碳刷的温度分布。其中，该矩阵中元素的数量可以按照需求设置，例如，可以在集电环上选择十个位置点，在待测碳刷上选择十个位置点，以为形成4*5的矩阵。当然，也可以选择更多或更少的位置点，组成包含不同元素数量的温度矩阵。
本实施例中，还可以根据对红外图像数据的颜色识别，以确定出待测碳刷的最高温度，以及最高温度发生的位置点。示例性地，可以在红外图像数据中待测碳刷的最高温度发生的位置点进行标记。
可选地，在采集到红外图像数据后，可以在控制装置的控制设备的显示单元中显示标记后的待测碳刷和集电环的红外图像数据。
在本实施例中，还可以根据多个时间节点的该待测碳刷的温度数据，确定出该待测碳刷的温度变化趋势数据。
示例性地，可以根据指定时长内测试得到的温度，确定出该待测碳刷的温度变化趋势数据。
例如，可以计算指定时长内的温度的方差，以方差的大小作为温度变化趋势数据。其中，温度的方差越大表示温度的波动越大，温度的方差越小表示温度的波动越小。其中，该温度的波动越大也就表示当前的载流接触状态越不稳定。
由于碳刷试验系统的干扰因素，可能会存在测试得到的温度不符合实际情况的坏值，为了降低坏值对确定出的温度变化趋势数据的干扰，还可以先对用于确定温度变化趋势数据的温度进行有效性判断。
示例性地，可以采用拉依达准则对用于确定温度变化趋势数据的温度进行有效性判断。
示例性地，当用于确定温度变化趋势数据的温度数量小于指定数量，则可以采用格罗贝斯判据准则对用于确定温度变化趋势数据的温度进行有效性判断。例如，该指定数量可以为10、12、15等值。
上述多个时间节点可以根据具体需求设置。例如，可以跟对待测碳刷的试验时间确定。当然，确定温度变化趋势数据所选取的多个时间节点可以与确定摩擦系数变化趋势数据所选取的多个时间节点相同；确定温度变化趋势数据所选取的多个时间节点也可以与确定摩擦电阻变化趋势数据所选取的多个时间节点相同。
本实施例中的碳刷试验方法还包括：步骤3011，根据该待测碳刷的状态参数，确定出该待测碳刷的性能参考数据。
其中，状态参数包括：该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻、摩擦电阻变化趋势数据、该待测碳刷与该集电环的摩擦系数、该待测碳刷的温度数据、或者该待测碳刷的温度变化趋势数据中的一项或多项参数。
可选地，该状态参数还可以包括摩擦系数变化趋势数据。
示例性地，该性能参考数据可以为性能等级，例如，性能等级包括多个等级，不同等级表示待测碳刷的性能的好坏。在一个实例中，性能等级可以为三个等级：低级、中级和高级。
示例性地，可以按照摩擦电阻变化趋势数据、摩擦系数变化趋势数据或温度变化趋势数据中的任意一项，确定出待测碳刷的性能等级。例如，摩擦电阻变化趋势数据表征待测碳刷和集电环所在线路的电阻增加速度比标准速度快，则可以将待测碳刷的性能等级确定为低级，摩擦电阻变化趋势数据表征待测碳刷和集电环所在线路的电阻增加速度在标准速度限定的区间内，则可以将待测碳刷的性能等级确定为中级；摩擦电阻变化趋势数据表征待测碳刷和集电环所在线路的电阻增加速度比标准速度慢，则可以将待测碳刷的性能等级确定为高级。
以变化趋势数据为各项状态参数的方差为例，每一项状态参数对应有两个阈值，可以根据两个阈值确定出各项变化趋势数据所表征的性能等级。
示例性地，该摩擦电阻变化趋势数据对应第一电阻阈值和第二电阻阈值，当摩擦电阻变化趋势数据小于该第一电阻阈值，则对应的性能等级可以为高级；当摩擦电阻变化趋势数据在第一电阻阈值与第二电阻阈值之间，则对应的性能等级可以为中级；当摩擦电阻变化趋势数据大于第二电阻阈值，则对应的性能等级可以为低级。
示例性地，该摩擦系数变化趋势数据对应第一系数阈值和第二系数阈值，当摩擦系数变化趋势数据小于该第一系数阈值，则对应的性能等级可以为高级；当摩擦系数变化趋势数据在第一系数阈值与第二系数阈值之间，则对应的性能等级可以为中级；当摩擦系数变化趋势数据大于第二系数阈值，则对应的性能等级可以为低级。
示例性地，该温度变化趋势数据对应第一温度阈值和第二温度阈值，当温度变化趋势数据小于该第一温度阈值，则对应的性能等级可以为高级；当温度变化趋势数据在第一温度阈值与第二温度阈值之间，则对应的性能等级可以为中级；当温度变化趋势数据大于第二温度阈值，则对应的性能等级可以为低级。
其中，上述的第一电阻阈值、第二电阻阈值、第一系数阈值、第二系数阈值、第一温度阈值和第二温度阈值可以为预先设置的阈值，待测碳刷的不同，对应的阈值也可能不同。例如，各个阈值可以根据一定量的待测碳刷同类型的碳刷的历史试验数据确定出的阈值。
示例性地，可以按照摩擦电阻变化趋势数据、摩擦系数变化趋势数据和温度变化趋势数据三项数据，确定出待测碳刷的性能等级。
示例性地，可以按照摩擦电阻、摩擦系数和温度数据中的任意一项数据，确定出待测碳刷的性能等级。
示例性地，可以按照摩擦电阻、摩擦系数和温度数据等三项数据，确定出待测碳刷的性能等级。
本申请实施例的碳刷试验方法，通过对待测碳刷与集电环所在电路的电阻值，可了解到集电环与待测碳刷的两层摩擦氧化膜的接触摩擦情况，以得到待测碳刷的性能好坏。进一步地，在本申请提供的实施例中，通过观测待测碳刷的电阻、摩擦系数以及温度等多维度的参数，可以更全面地呈现待测碳刷的性能，以为接地装置的设计提供数据基础。
基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与碳刷试验方法对应的碳刷试验装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与前述的碳刷试验方法实施例相似，因此本实施例中的装置的实施可以参见上述方法的实施例中的描述，重复之处不再赘述。
请参阅图8，是本申请实施例提供的碳刷试验装置的功能模块示意图。本实施例中的碳刷试验装置中的各个模块用于执行上述方法实施例中的各个步骤。碳刷试验装置包括：第一获取模块410、第二获取模块420、第一确定模块430、第二确定模块440、第三确定模块450和第四确定模块460；其中各个模块内容如下。
第一获取模块410，用于获取该待测碳刷与该集电环的当前电压；
第二获取模块420，用于获取该碳刷试验系统输出的输出电流；
第一确定模块430，用于根据该当前电压与该输出电流，确定出该待测碳刷与该集电环的第一电阻；
第二确定模块440，用于根据该第一电阻、该待测碳刷的原始电阻和该集电环的原始电阻，确定出该待测碳刷与该集电环的摩擦电阻；
第三确定模块450，用于根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据；
第四确定模块460，用于根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
关于本实施例中的其它细节可以参考上述碳刷试验方法中的描述，在此不再赘述。
此外，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器，该存储器存储有该处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，该机器可读指令被该处理器执行时执行上述的碳刷试验方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中该的碳刷试验方法的步骤。
以上该仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上该，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种碳刷试验方法，其特征在于，应用于碳刷试验系统，所述碳刷试验系统包括集电环，所述碳刷试验系统用于安装待测碳刷，所述待测碳刷与所述集电环接触，所述碳刷试验方法包括：
获取所述待测碳刷与所述集电环的当前电压；
获取所述碳刷试验系统输出的输出电流；
根据所述当前电压与所述输出电流，确定出所述待测碳刷与所述集电环的第一电阻；
根据所述第一电阻、所述待测碳刷的原始电阻和所述集电环的原始电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻；
根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据；
根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳刷试验系统还包括：驱动电机，所述驱动电机与所述集电环连接；所述方法还包括：
获取所述驱动电机空载状态下的第一输出扭矩；
获取所述驱动电机在与所述集电环连接状态下的第二输出扭矩；
根据所述第一输出扭矩与所述第二输出扭矩，确定出所述集电环与所述待测碳刷的摩擦阻力矩；
根据所述摩擦阻力矩、所述待测碳刷对所述集电环的压力、以及所述集电环的尺寸，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述待测碳刷在测试过程中的温度数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳刷试验系统还包括：红外采集设备；所述获取所述待测碳刷在测试过程中的温度数据，包括：
通过所述红外采集设备采集所述待测碳刷在测试过程中的红外图像数据；
根据所述红外图像数据，确定出在测试过程中所述待测碳刷的各个位置的温度数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据多个时间节点的所述待测碳刷的温度数据，确定出所述待测碳刷的温度变化趋势数据。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述待测碳刷的状态参数，确定出所述待测碳刷的性能参考数据，所述状态参数包括：所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻、所述待测碳刷与所述集电环的摩擦系数、所述待测碳刷的温度数据、或者所述待测碳刷的温度变化趋势数据中的一项或多项参数。
7.一种碳刷试验装置，其特征在于，应用于碳刷试验系统，所述碳刷试验系统包括集电环，所述碳刷试验系统用于安装待测碳刷，所述待测碳刷与所述集电环接触，所述碳刷试验装置包括：
第一获取模块，用于获取所述待测碳刷与所述集电环的当前电压；
第二获取模块，用于获取所述碳刷试验系统输出的输出电流；
第一确定模块，用于根据所述当前电压与所述输出电流，确定出所述待测碳刷与所述集电环的第一电阻；
第二确定模块，用于根据所述第一电阻、所述待测碳刷的原始电阻和所述集电环的原始电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻；
第三确定模块，用于根据多个时间节点的所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻，确定出所述待测碳刷与所述集电环的摩擦电阻变化趋势数据；
第四确定模块，用于根据所述摩擦电阻和所述摩擦电阻变化趋势数据，确定出所述待测碳刷的性能参考数据。
8.一种碳刷试验系统，其特征在于，包括：
试验台，用于安装待测碳刷；
安装在所述试验台上的集电环，所述集电环与所述待测碳刷接触；
与所述试验台电连接的控制装置，用于输出控制电流；
安装在所述试验台上的电压传感器，用于测试所述待测碳刷与所述集电环的电压；
安装在所述控制装置上的电流传感器，用于采集所述控制装置输出的控制电流；
所述碳刷试验系统，用于执行权利要求1-6任意一项所述的碳刷试验方法中的步骤。
9.根据权利要求8所述的碳刷试验系统，其特征在于，还包括：
安装在所述试验台上的驱动电机，且所述驱动电机的输出轴与所述集电环连接，用于驱动所述集电环连接。
10.根据权利要求8所述的碳刷试验系统，其特征在于，还包括：
安装在所述试验台上的温度采集设备，用于采集所述集电环和所述待测碳刷的温度数据。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至6任一所述的方法的步骤。
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