CN114216806A - 一种载流摩擦磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摩擦试验技术领域，公开了一种载流摩擦磨损试验装置。载流摩擦磨损试验装置包括机台、摩擦盘、夹具组件、加载组件和电源。摩擦盘可转动地设置于机台上，摩擦盘的转速可调。夹具组件包括用于夹紧待测试样的夹具，夹具与试样相对于机台沿竖直方向往复移动。加载组件设置于机台上，加载组件使试样抵压于摩擦盘的外缘。试样与摩擦盘两者中的一个与电源的正极电连接，另一个与电源的负极电连接。载流摩擦磨损试验装置能够真实模拟试样与摩擦盘在载流条件下的摩擦情况，通过调节摩擦盘的转速和电源的电流大小准确测量不同速度与不同电流耦合时试样的磨损量，实现了载流摩擦磨损试验装置的灵活调节，提高了测量效率和试验结果的准确度。

Description

一种载流摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及摩擦试验技术领域，尤其涉及一种载流摩擦磨损试验装置。

背景技术

受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，一般安装在机车或动车顶部。在列车高速行驶中，受电弓的碳滑板与接触网持续摩擦，而接触网为列车提供电能。

在常规的摩擦磨损试验中，通过机械冲击或机械摩擦来测定试样的磨损量。而受电弓的碳滑板与接触网之间为机械与电气耦合的摩擦副。当列车高速运行时，在电流和摩擦磨损等因素的影响下会产生机械磨损和电流磨损的耦合效应，摩擦磨损的情况较为复杂，难以进行有效、准确地测定。

因此，需要一种载流摩擦磨损试验装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载流摩擦磨损试验装置，操作方便并能够准确测量载流条件下试样的磨损量。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种载流摩擦磨损试验装置，包括：

机台；

摩擦盘，可转动地设置于所述机台上，且所述摩擦盘的转速可调；

夹具组件，包括用于夹紧待测试样的夹具，所述夹具与所述试样能够相对于所述机台沿竖直方向往复移动；

加载组件，设置于所述机台上，所述加载组件被配置为能够使所述试样抵压于所述摩擦盘的外缘；以及

电源，所述试样与所述摩擦盘两者中的一个与所述电源的正极电连接，另一个与所述电源的负极电连接。

进一步地，所述夹具组件还包括：

夹具支架，所述夹具可拆卸地设置于所述夹具支架上；以及

第一驱动件，所述第一驱动件与所述夹具支架传动连接，以使所述夹具支架与所述夹具沿所述竖直方向往复移动。

进一步地，所述夹具组件还包括：

承载板，所述夹具支架设置于所述承载板上；以及

滑轨，沿第一方向延伸并设置于所述承载板上，所述夹具支架能够在所述滑轨上滑动。

进一步地，所述夹具组件还包括：

顶升支架，沿所述竖直方向设置于所述机台上；以及

滑块，所述第一驱动件的输出端通过所述滑块与所述承载板相连。

进一步地，所述载流摩擦磨损试验装置还包括：

加强板，竖直设置于所述机台上，所述顶升支架的侧面与所述加强板的侧面相连。

进一步地，所述夹具支架呈U型，包括两个侧臂和横臂，所述横臂的两端分别与两个所述侧臂相连并围成容纳槽；所述夹具可拆卸地设置于所述横臂上，至少部分所述摩擦盘位于所述容纳槽内。

进一步地，所述横臂朝向远离所述摩擦盘的方向内凹形成卡接头，所述夹具对应开设有卡槽，所述卡接头卡接于所述卡槽内。

进一步地，所述加载组件包括：

定滑轮，固定设置于所述机台的外缘；以及

吊带和重力块，所述吊带绕设于所述定滑轮上，所述重力块能够通过所述吊带与所述夹具相连，所述重力块被配置为能够拉动所述试样抵压于所述摩擦盘的外缘。

进一步地，所述定滑轮设置有两个，两个所述定滑轮沿所述夹具支架的宽度方向间隔设置于所述机台的外缘，所述吊带的两端分别能够与所述夹具支架相连，所述重力块吊装于所述吊带的中点。

进一步地，所述夹具上开设有注水孔，所述注水孔被配置为能够与供水管路连通，以向所述试样与所述摩擦盘之间供水。

本发明的有益效果为：

本发明提出的载流摩擦磨损试验装置，试样沿竖直方向往复移动，并在加载组件的作用下始终与转动的摩擦盘的外缘线接触。同时电源能够向试样与摩擦盘的摩擦副通入电流，以真实模拟受电弓碳滑板与接触网之间的摩擦情况，从而准确测量载流条件下试样的磨损量。此外，还可以通过调节摩擦盘的转速和电源的电流大小测量不同速度与不同电流耦合时试样的磨损量，实现了载流摩擦磨损试验装置的灵活调节，操作简便，有利于提高测量效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的载流摩擦磨损试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的夹具支架的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的夹具的结构示意图。

图中部件名称和标号如下：

1、机台；2、摩擦盘；3、夹具组件；31、夹具；311、卡槽；312、第一贯通孔；32、夹具支架；321、侧臂；3211、第一安装孔；3212、第二安装孔；322、横臂；3221、卡接头；3222、第二贯通孔；323、容纳槽；33、承载板；34、滑轨；35、顶升支架；36、滑块；4、加载组件；41、定滑轮；42、吊带；43、重力块；44、基板；441、安装槽；45、滑轮架；5、加强板；51、定位孔；6、联轴器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

当列车高速运行时，受电弓碳滑板与接触网之间为机械与电气耦合的摩擦副。在电流和摩擦磨损等因素的影响下会产生机械磨损和电流磨损的耦合效应，摩擦磨损的情况较为复杂，难以进行有效、准确地测定。

为解决上述问题，本实施例公开了一种载流摩擦磨损试验装置，主要用于测量受电弓碳滑板与接触网之间为机械与电气耦合的摩擦副的磨损情况，以验证碳滑板在不同的电流和不同的运行速度下的磨损量。当然，载流摩擦磨损试验装置还可以用于其他不同材质的试样的磨损量的测量，在此不作具体限定。

如图1所示，载流摩擦磨损试验装置包括机台1、摩擦盘2、夹具组件3、加载组件4和电源。摩擦盘2可转动地设置于机台1上，且摩擦盘2的转速可调。夹具组件3包括用于夹紧待测试样的夹具31，夹具31与试样能够相对于机台1沿竖直方向往复移动。加载组件4设置于机台1上，加载组件4能够使试样抵压于摩擦盘2的外缘，从而使试样与摩擦盘2线接触。试样与摩擦盘2两者中的一个与电源的正极电连接，另一个与电源的负极电连接。

在本实施例中，试样沿竖直方向往复移动并在加载组件4的作用下始终与转动的摩擦盘2线接触。同时电源能够向试样与摩擦盘2的摩擦副通入电流，以真实模拟受电弓碳滑板与接触网之间的摩擦情况，从而准确测量载流条件下试样的磨损量。此外，还可以通过调节摩擦盘2的转速和电源的电流大小测量不同速度与不同电流耦合时试样的磨损量，实现了载流摩擦磨损试验装置的灵活调节，操作简便，有利于提高测量效率和试验结果的准确度。

需要说明的是，机台1为大理石台面，具有刚性高、硬度好等特点，能够为载流摩擦磨损试验提供稳定的试验平台。

如图1所示，载流摩擦磨损试验装置还包括第二驱动件、变频器和联轴器6，第二驱动件的输出端通过联轴器6与摩擦盘2相连，以驱动摩擦盘2转动。同时，通过变频器调节摩擦盘2的转速，从而模拟列车的运行速度。

需要注意的是，由于实验过程需要在载流条件下进行，需要对第二驱动件进行绝缘处理。因此，联轴器6可以选用绝缘的电木材料制成，以使摩擦盘2与第二驱动件之间实现良好的绝缘。本实施例的第二驱动件为伺服电机，具有较高的控制精度，体积较小，便于安装与使用。

如图1所示，夹具组件3还包括夹具支架32和第一驱动件，夹具31可拆卸地设置于夹具支架32上。第一驱动件与夹具支架32传动连接，以使夹具支架32与夹具31沿竖直方向往复移动，从而不断改变试样与摩擦盘2的接触位置，以真实模拟受电弓的碳滑板与接触网的接触情况。

当夹具31与夹具支架32固定到一起后，加载组件4通过拉动夹具支架32使试样抵压于摩擦盘2的外缘，从而保持试样与摩擦盘2的稳定接触。当不同尺寸的试样进行试验时，需要调整夹具31与夹具支架32相对于摩擦盘2的距离，以使不同尺寸的试样能够始终与摩擦盘2的外缘保持线接触。

如图1所示，夹具组件3还包括承载板33和滑轨34，夹具支架32设置于承载板33上。滑轨34沿第一方向(图1中的左右方向)延伸并设置于承载板33上，夹具支架32能够在滑轨34上滑动，以改变夹具支架32相对于摩擦盘2的间距，以适应不同尺寸的试样，提高了载流摩擦磨损试验装置的通用性和适用范围。

具体地，承载板33上沿前后方向间隔铺设有两条滑轨34，以提高夹具支架32在滑动过程中的稳定性。本实施例的承载板33包括主板和立板，主板和立板相连并形成L型，滑轨34设置于立板上。主板和立板之间设置有筋板，以提高主板和立板之间的连接强度，从而提高承载板33的结构强度。

如图1所示，夹具组件3还包括顶升支架35和滑块36，顶升支架35沿竖直方向设置于机台1上。第一驱动件的输出端通过滑块36与承载板33相连。本实施例的第一驱动件为步进电机，步进电机通过丝杠螺母的方式带动承载板33及承载板33上的夹具31和试样沿竖直方向往复移动。步进电机安装于顶升支架35上，步进电机的输出轴与丝杆相连，丝杠可转动地安装于顶升支架35上，并与滑块36螺纹连接。滑块36与承载板33上的立板通过螺栓连接。

当步进电机正转时，滑块36沿丝杆向上运动，从而使承载板33、夹具支架32、夹具31及试样沿竖直方向上升。当滑块36上升到位后，步进电机反转，滑块36沿丝杆向下运动，从而使承载板33、夹具支架32、夹具31及试样沿竖直方向下降，实现了试样沿竖直方向的往复移动，且试样始终与摩擦盘2的外缘保持线接触。

为了提高顶升支架35的安装强度，载流摩擦磨损试验装置还包括加强板5，加强板5竖直设置于机台1上，顶升支架35的侧面与加强板5的侧面相连。加强板5能够增加顶升支架35的安装强度，避免顶升支架35发生晃动，提高了载流摩擦磨损试验装置的结构强度和稳定性。

具体地，本实施例的加强板5上开设有多个定位孔51，多个定位孔51呈阵列分布于加强板5上，且贯穿加强板5沿左右方向的两端。紧固螺栓穿设于定位孔51内并与顶升支架35螺纹连接，螺栓连接方式提高了顶升支架35与加强板5的连接强度高，且方便顶升支架35的拆装操作。此外，还可以根据试验需求灵活调整顶升支架35在加强板5上的位置，实现了顶升支架35的灵活安装。

本实施例的加载组件4通过砝码加载的方式模拟受电弓与接触网之间的接触压力，从而使试样始终抵压于摩擦盘2的外缘。砝码加载的方式能够向试样与摩擦盘2之间摩擦副提供稳定的压力值，避免摩擦副之间出现压力波动，保证了试样与摩擦盘2的可靠接触。

如图1所示，加载组件4包括定滑轮41、吊带42和重力块43。定滑轮41固定设置于机台1的外缘。吊带42绕设于定滑轮41上，重力块43能够通过吊带42与夹具31相连，重力块43能够拉动试样抵压于摩擦盘2的外缘。

具体地，吊带42为钢丝绳，不会发生弹性变形。重力块43为砝码，操作人员能够根据砝码的标重和个数快速得到施压的压力值。吊带42绑定于夹具支架32上，砝码吊装于机台1的一侧，并通过吊带42向夹具支架32施加稳定的压力，从而拉动夹具支架32沿滑轨34朝向摩擦盘2移动。

为保证夹具支架32受力平衡，定滑轮41设置有两个，两个定滑轮41沿夹具支架32的宽度方向(图1中前后方向)间隔设置于机台1的外缘，吊带42的两端分别能够与夹具支架32相连，重力块43吊装于吊带42的中点，使得加载组件4形成对称结构，绕设于两个定滑轮41上的吊带42的拉力相同，无需对夹具支架32的受力进行分析即可得到试样与摩擦盘2之间摩擦副的压力值，简化了计算过程。

如图1所示，加载组件4还包括基板44和滑轮架45，基板44安装于机台1的外缘并伸出机台1。基板44上沿前后方向开设有安装槽441。定滑轮41通过滑轮架45安装于基板44上。定滑轮41可转动地安装于对应的滑轮架45上，滑轮架45通过安装槽441固定安装于基板44上。

如图2所示，夹具支架32呈U型，包括两个侧臂321和横臂322，横臂322的两端分别与两个侧臂321相连并围成容纳槽323。夹具31可拆卸地设置于横臂322上，至少部分摩擦盘2位于容纳槽323内，使得机台1上的结构分布更加紧凑，有利于减少载流摩擦磨损试验装置的占用空间。

具体地，两个侧臂321分别通过过渡块与对应的滑轨34滑动配合。每个侧臂321上均开设有第一安装孔3211，紧固螺栓穿设于第一安装孔3211内并与过渡块螺纹连接。

此外，两个定滑轮41分别与侧臂321一一正对设置，以使吊带42两端分别绑定于两个侧臂321上。本实施例的侧臂321的端部形成有避让槽，每个侧臂321上均开设有同轴设置的两个第二安装孔3212，两个第二安装孔3212分别贯穿避让槽的侧壁。销轴能够依次穿设于两个同轴设置的第二安装孔3212内。吊带42的端部绑定于销轴上。

需要说明的是，夹具31的尺寸和结构可以根据试样的夹持需求进行灵活调整，提高了载流摩擦磨损试验装置的通用性。夹具31通过卡接或粘接等方式将试样夹紧，在此不作具体限定。

本实施例的夹具支架32和夹具31通过螺栓可拆卸地连接，使得夹具支架32和夹具31的连接强度高，稳定性好。同时方便夹具31的拆装操作。具体地，如图2和图3所示，夹具支架32的横臂322上开设有第二贯通孔3222，夹具31上开设有第一贯通孔312，螺栓能够穿设于第二贯通孔3222后与第一贯通孔312螺纹连接。

进一步地，如图2和图3所示，横臂322朝向远离摩擦盘2的方向内凹形成卡接头3221，夹具31对应开设有卡槽311，卡接头3221卡接于卡槽311内。本实施例的夹具31大致呈圆弧形，夹具31上的开设有圆弧形的卡槽311，卡接头3221对应为圆弧段，且卡接头3221与卡槽311的弧度相同。当夹具31与夹具支架32安装时，首先将夹具31卡接于横臂322的卡接头3221上，实现夹具31的粗定位，然后调整夹具31在卡接头3221上的相对位置，使第一贯通孔312与第二贯通孔3222同轴，最后通过螺栓将夹具31与夹具支架32安装到一起。

为了模拟降雨天气下高铁的受电弓的碳滑板与接触网的摩擦副的磨损情况，夹具31上开设有注水孔，注水孔能够与供水管路连通，以向试样与摩擦盘2之间供水。

具体地，供水管与外部的水源连通，以将水通过注水孔滴落或喷射至试样与摩擦盘2之间，从而模拟湿润环境下碳滑板的磨损情况，提高了载流条件下摩擦磨损试验的准确度。可以理解的是，供水管上加装有阀体，以调节供水管内的流量，从而调节试样的润滑程度。

本实施例的电源为升流器，升流器的正负极接线端分别与试样和摩擦盘2电连接，以向摩擦副之间通入指定的电流。

为了便于理解，本实施例的载流摩擦磨损试验过程为：

第一步，依据试样的外形和尺寸，选用配套的夹具31，夹具31夹紧试样后再将夹具31与夹具支架32安装到一起。

第二步，一条钢丝绳的两端分别固定在夹具支架32的两侧臂321的销轴上，将钢丝绳穿过两个定滑轮41，在固定钢丝绳的过程中需要保证两定滑轮41间的钢丝绳有一定余量，如图1所示。

第三步，将砝码钩挂在两个定滑轮41之间的钢丝绳上，或者将砝码放置于托盘上，将托盘钩挂在两个定滑轮41之间的钢丝绳上，砝码在自身重力作用下将钢丝绳拉紧，从而带动夹具支架32沿滑轨34朝向摩擦盘2移动，直至试样抵压于摩擦盘2的外缘，实现线接触。通过改变砝码重量，可以改变摩擦副所受压力的大小。

第四步，测量摩擦盘2的直径d，通过调节第二驱动件的旋转频率调整摩擦盘2的外缘(摩擦副)的线速度。

第五步，将滑块36调整到初始位置，开启第一驱动件，并通过滑块36带动承载板33、夹具支架32、夹具31及试样沿竖直方向往复移动。

第六步，打开升流器，在0～500A范围内调节加载电流，模拟摩擦副处电弧对试样磨损的影响。

第七步，若要模拟测试湿润(雨天)状态下试样的磨损情况，可在试验过程中打开夹具31上的供水管，使水滴落到摩擦副上，通过调节供水管路上的阀体，可调节单位时间内摩擦副的水的供应量。

第八步，试验进行指定时间后结束试验，关闭第一驱动件和第二驱动件，取下试样，利用深度计测量试样的磨损深度，用天平量取试样磨损质量，获得试样的磨损情况。

本实施例的载流摩擦磨损试验装置能够灵活改变摩擦副处的压力值、线速度以及电弧大小，真实模拟受电弓的碳滑板与接触网之间的摩擦情况，极大地提高了实验结果的准确性。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括：

机台(1)；

摩擦盘(2)，可转动地设置于所述机台(1)上，且所述摩擦盘(2)的转速可调；

夹具组件(3)，包括用于夹紧待测试样的夹具(31)，所述夹具(31)与所述试样能够相对于所述机台(1)沿竖直方向往复移动；

加载组件(4)，设置于所述机台(1)上，所述加载组件(4)被配置为能够使所述试样抵压于所述摩擦盘(2)的外缘；以及

电源，所述试样与所述摩擦盘(2)两者中的一个与所述电源的正极电连接，另一个与所述电源的负极电连接。

2.根据权利要求1所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具组件(3)还包括：

夹具支架(32)，所述夹具(31)可拆卸地设置于所述夹具支架(32)上；以及

第一驱动件，所述第一驱动件与所述夹具支架(32)传动连接，以使所述夹具支架(32)与所述夹具(31)沿所述竖直方向往复移动。

3.根据权利要求2所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具组件(3)还包括：

承载板(33)，所述夹具支架(32)设置于所述承载板(33)上；以及

滑轨(34)，沿第一方向延伸并设置于所述承载板(33)上，所述夹具支架(32)能够在所述滑轨(34)上滑动。

4.根据权利要求3所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具组件(3)还包括：

顶升支架(35)，沿所述竖直方向设置于所述机台(1)上；以及

滑块(36)，所述第一驱动件的输出端通过所述滑块(36)与所述承载板(33)相连。

5.根据权利要求4所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述载流摩擦磨损试验装置还包括：

加强板(5)，竖直设置于所述机台(1)上，所述顶升支架(35)的侧面与所述加强板(5)的侧面相连。

6.根据权利要求2所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具支架(32)呈U型，包括两个侧臂(321)和横臂(322)，所述横臂(322)的两端分别与两个所述侧臂(321)相连并围成容纳槽(323)；所述夹具(31)可拆卸地设置于所述横臂(322)上，至少部分所述摩擦盘(2)位于所述容纳槽(323)内。

7.根据权利要求6所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述横臂(322)朝向远离所述摩擦盘(2)的方向内凹形成卡接头(3221)，所述夹具(31)对应开设有卡槽(311)，所述卡接头(3221)卡接于所述卡槽(311)内。

8.根据权利要求2所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述加载组件(4)包括：

定滑轮(41)，固定设置于所述机台(1)的外缘；以及

吊带(42)和重力块(43)，所述吊带(42)绕设于所述定滑轮(41)上，所述重力块(43)能够通过所述吊带(42)与所述夹具(31)相连，所述重力块(43)被配置为能够拉动所述试样抵压于所述摩擦盘(2)的外缘。

9.根据权利要求8所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述定滑轮(41)设置有两个，两个所述定滑轮(41)沿所述夹具支架(32)的宽度方向间隔设置于所述机台(1)的外缘，所述吊带(42)的两端分别能够与所述夹具支架(32)相连，所述重力块(43)吊装于所述吊带(42)的中点。

10.根据权利要求1所述的载流摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具(31)上开设有注水孔，所述注水孔被配置为能够与供水管路连通，以向所述试样与所述摩擦盘(2)之间供水。

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