[發(fā)明專利]電力機車受電弓碳板與銅導線摩擦性能測試系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101726458A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 趙乾;張煒;武俊杰;金國;孟永鋼;邵天敏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發(fā)明涉及電力機車受電弓碳板與接觸網(wǎng)銅導線之間在高電流下摩擦磨損性能研究，屬于電力機車實驗設備技術領域。?

背景技術

在電氣化鐵道中，電力機車通過受電弓從接觸網(wǎng)上獲取電能。受電弓碳板與接觸網(wǎng)銅導線構成的是一對機械與高電壓高電流耦合的特殊摩擦副，其載荷周期性隨機變化、伴有強電流通過、兩者高速滑動，并且工作環(huán)境復雜。受電弓碳板與接觸網(wǎng)銅導線之間的電摩擦磨損制約高速鐵路發(fā)展，其行為是高速鐵路發(fā)展必須研究的課題。?

對于受電弓碳板與接觸網(wǎng)銅導線之間摩擦磨損性質(zhì)的研究，大多采用通用摩擦磨損實驗機，如銷盤式摩擦實驗機；也有采用具有集電功能的專業(yè)實驗機來測定滑板比磨損量、接觸導線磨損率以及滑板的耐電弧性等性能以評價受電弓碳板與接觸網(wǎng)銅導線之間的摩擦性能。?

銷盤式摩擦實驗機通常采用杠桿加載或者直接正壓力加載方式，在實驗過程中受電弓碳板與銅盤之間滑動摩擦，兩者間抖動和沖擊處于不可控狀態(tài)，常伴有劇烈的剛性沖擊，這和受電弓與銅導線之間實際工況差別很大，不能夠很好地模擬實際工況。?

具有集電功能的專用實驗機通常將整個銅導線盤成一個尺寸很大的圓盤，同時將受電弓碳板壓緊在銅導線圓盤上，其實驗中沖擊狀態(tài)和銷盤式摩擦實驗機相似，導致整個實驗系統(tǒng)尺寸龐大并且也不能很好地模擬受電弓碳板與銅導線實際工況。?

在實際工作過程中，電力機車運動和接觸網(wǎng)銅導線的抖動等原因?qū)е率茈姽徒佑|網(wǎng)銅導線之間的壓力并不是恒定的，其壓力波動甚至于產(chǎn)生電弧，這在上述實驗機中均不能模擬。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的電力機車受電弓碳板與銅導線摩擦性能測試系統(tǒng)及方法，其目的在于：在高電流情況下，對受電弓碳板與銅盤之間進行點接觸、線接觸以及振動接觸等多種摩擦實驗。研究受電弓碳板和銅導線在高電流變壓力下的摩擦磨損性能。研究受電弓碳板和銅導線之間的摩擦系數(shù)變化與流過電流、加載正壓力以及相對滑動速度等因素的關系。模擬電力機車在運行過程中，受電弓碳板和接觸網(wǎng)銅導線之間的接觸狀態(tài)，即模擬電力機車運行過程中接觸正壓力忽大忽小，并不時產(chǎn)生電弧的狀態(tài)。?

本發(fā)明的技術方案如下：?

一種電力機車受電弓碳板與銅導線摩擦性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括升流器、受電弓碳板、銅盤、摩擦力加載及測量裝置、變頻調(diào)速裝置和控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述的控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分別控制升流器、摩擦力加載及測量裝置和變頻調(diào)速裝置；升流器產(chǎn)生低壓高電?流交流電通過相互接觸的受電弓碳板和銅盤后流入升流器，其特征在于：所述的摩擦力加載及測量裝置采用拉繩式摩擦力加載及測量裝置，所述拉繩式摩擦力加載及測量裝置含有加載弓、第一拉繩、第二拉繩以及限位板；所述的加載弓為軸對稱結構，加載弓位于第一限位板和第二限位板內(nèi)；所述的受電弓碳板安裝在加載弓的中部，受電弓碳板和銅盤接觸的摩擦點與兩拉繩的延長線的交點重合；所述的第一拉繩的一端與加載弓的右端連接，另一端固定，在該拉繩的中部安裝有第一拉壓傳感器；所述第二拉繩的一端與加載弓的左端連接，另一端跨過滑輪與砝碼連接，在該拉繩的中部安裝有第二拉壓傳感器。?

本發(fā)明的技術特征還在于：所述的銅盤外形采用正外緣、偏外緣、螺旋外緣或螺旋偏外緣。?

本發(fā)明所述的變頻調(diào)速裝置由變頻器、調(diào)速電機、聯(lián)軸節(jié)、中心轉軸、軸承以及法蘭盤組成，在所述的中心轉軸與軸承之間設有內(nèi)絕緣套，在軸承與法蘭盤之間設有外絕緣套，所述的聯(lián)軸節(jié)采用工程塑料。?

本發(fā)明還提供了一種電力機車受電弓碳板與銅導線摩擦性能測試方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：?

1)調(diào)整第一拉繩和第二拉繩，使兩拉繩延長線的交點與受電弓碳板和銅盤的接觸點重合，測算兩根拉繩與中軸線夾角α；?

2)在夾角α已知條件下，從0.5Kg-10Kg逐漸增加砝碼的重量F；?

3)在夾角α和砝碼總重一定情況下，分別或同時調(diào)整變頻調(diào)速裝置使銅盤獲得所需要的轉速W，轉速W大小從0rpm至6000rpm變化；?

4)通過升流器獲得電流I，電流大小從0-500A；?

5)利用數(shù)據(jù)采集卡采集第一拉壓傳感器和第二拉壓傳感器的輸出電壓V₁和V₂，采用下列公式：?