一种模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及试验测试技术领域，具体涉及一种模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置及其试验方法。

背景技术

本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

近年来，随着人们生活水平的日益提高，轨道交通在生活中的角色地位也越来越重要，弓网系统则是列车运行的唯一取流路径。由于高速、长期的雨雪风沙以及高低温骤变等极端气候都使得弓网电接触面处于极其恶劣的状态，这些极端因素所引起的异常磨损都将对接触线、受电弓滑板造成不可逆的损伤，加剧了维护工作量、运行成本，严重时甚至造成人员财产损失。因此对不同电流、速度、接触压力等工况下电接触的摩擦学特性以及电特性变化规律的研究具有重大实际工程意义。

随着川藏铁路建设的推进，弓网系统即将面临着高寒、低压等恶劣环境的考验。受电弓滑板频繁经受高低温骤变以及接触网振动冲击的作用，载流摩擦副在不同的因素作用下会给摩擦副载流摩擦磨损带来不同程度的影响。因此，为保证川藏线路列车的安全稳定运行，亟需一种可以模拟冷热交替载流摩擦磨损试验装置已解决现有技术中载流摩擦磨损试验装置不便对变温环境进行真实模拟的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置及其试验方法，以解决现有载流摩擦磨损试验装置不便对变温环境进行真实模拟的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置，包括：试验箱、与试验箱连接的温控机构、位于试验箱内腔底部的运动机构以及位于试验箱内腔顶部的悬吊机构；

温控机构包括：控制器以及分别与控制器通信连接的测温计、加热器和降温器，测温计、加热器以及降温器分别延伸至试验箱的内腔；

运动机构与悬吊机构接触配合。

本发明通过温控机构在试验箱的内腔形成冷热交替的环境，运动机构可在试验箱的内腔进行移动，悬吊机构固定在试验箱的内腔顶部，通过运动机构和悬吊机构的相对运动，从而进行冷热交替的变温载流摩擦磨损试验。

进一步地，上述运动机构包括：移动车、位于移动车顶部的升降器以及设置在升降器顶面的受电弓滑块，受电弓滑块与悬吊机构接触配合。

本发明的移动车用于带动升降器和受电弓滑块紧定移动，升降器用于调节受电弓滑块的实时高度，同时还能对受电弓滑块与悬吊机构的接触压力进行调节。

进一步地，上述升降器包括：位于移动车顶面的升降滑座、底端与升降滑座顶面滑动配合的升降杆组、位于升降杆组顶端的升降滑台以及位于升降滑座和升降滑台之间的升降泵，升降杆组呈X型，并且中点处铰接，升降滑台的顶面与受电弓滑块接触。

本发明通过升降泵作为动力源，带动升降杆组进行变形，从而调整升降滑台和升降滑座之间的间隙，对受电弓滑块进行高度调整；当升降器的高度不再升高时，可持续对升降泵加压，从而增加受电弓滑块与悬吊机构的接触压力。

进一步地，上述升降滑台的顶面设有夹持件，夹持件与受电弓滑块两侧接触。

本发明通过设置夹持件对受电弓滑块的位置进行限位保护。

进一步地，上述悬吊机构包括：与试验箱内腔顶壁连接固定顶架、位于固定顶架底端的汇流排以及设置在汇流排的底端的接触线，汇流排的两端通过固定侧架与试验箱的侧壁连接，接触线与受电弓滑块接触配合。

本发明通过固定顶架和固定侧架对汇流排进行固定，避免汇流排和接触线在与运动机构的接触过程中发生位置变化。

进一步地，上述固定顶架包括：与试验箱连接的顶座、位于顶座底端的绝缘子以及位于绝缘子和汇流排之间的支架。

本发明在支架和顶座之间设置绝缘子，用于保证带电体与接地之间的电气绝缘，

进一步地，上述试验箱的内腔底壁设有与移动车接触配合的环形轨道，环形轨道包括：相连接的直线段和曲线段。

本发明通过设置环境轨道便于真实地对列车的匀速状态进行模拟，还可以对列车的加减速、过弯等运行全过程进行充分模拟。

进一步地，上述移动车的内部设有离心力适配器，离心力适配器用于对移动车移动过程中受到的离心力进行平衡。

本发明通过设置离心力适配器用于抵消移动车在弯道上行驶所产生的离心力，避免离心力对摩擦磨损试验结构产生影响。

进一步地，上述降温器包括：分别与控制器通信连接的压缩机和冷凝器，冷凝器连接有冷凝管，冷凝管位于试验箱的内腔。

本发明通过压缩机和冷凝器提供冷气，并通过冷凝管输送至试验箱的内腔，从而实现对试验箱的内腔进行降温。

一种上述的模拟变温环境的载流载流摩擦磨损实验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1：通过控制器设定加热器以及降温器的交替工作时间；

S2：设定运动机构与悬吊机构的相关参数，并使二者达到预设接触条件；

S3：通过温度计检测试验箱的内部温度，外接电源使悬吊机构带电，同时运动机构开始运动；

S4：通过改变接触条件、运动形式以及加热器跟降温器的交替工作时间，重复步骤S1至S3。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过温控机构在试验箱的内腔形成冷热交替的环境，运动机构可在试验箱的内腔进行移动，悬吊机构固定在试验箱的内腔顶部，通过运动机构和悬吊机构的相对运动，从而进行冷热交替的变温载流摩擦磨损试验。

(2)本发明通过设置环境轨道便于真实地对列车的匀速状态进行模拟，还可以对列车的加减速、过弯等运行全过程进行充分模拟。并设置离心力适配器用于抵消移动车在弯道上行驶所产生的离心力，避免离心力对摩擦磨损试验结构产生影响，还可以根据离心力适配器所产生的离心力平衡力的大小，反向对运动机构以及悬吊机构之间的摩擦磨损情况进行分析。

(3)本发明通过特定的工作步骤有序进行冷热交替的变温载流摩擦磨损试验，并且可分别对变温条件、运动形式以及接触调条件进行调整，从而实现对列车形式的全过程进行充分模拟。

附图说明

图1为本发明模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置的内部结构示意图；

图2为本发明环形轨道以及接触线的俯视位置示意图；

图3为本发明冷凝管的位置示意图；

图4为本发明运动机构的结构示意图；

图5为本发明悬吊机构的侧视结构示意图。

图中：10-试验箱；11-环形轨道；111-直线段；112-曲线段；

20-温控机构；21-控制器；22-测温计；23-加热器；24-降温器；241-压缩机；242-冷凝机；243-冷凝管；

30-运动机构；31-移动车；311-离心力适配器；32-升降器；321-升降滑座；322-升降杆组；323-升降滑台；324-升降泵；33-受电弓滑块；34-夹持件；

40-悬吊机构；41-固定顶架；411-顶座；412-绝缘子；413-支架；42-汇流排；43-接触线；44-固定侧架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

参考图1，一种模拟变温环境的载流摩擦磨损试验装置，包括：试验箱10、与试验箱10连接的温控机构20、位于试验箱10内腔底部的运动机构30以及位于试验箱内腔顶部的悬吊机构40。

试验箱10为具备一定尺寸的封闭式箱体，其内壁面上设有保温隔层，用于对其内腔进行保温隔热，避免外部环境温度对其内腔温度造成影响。

参照图1和图3，温控机构20包括：位于试验箱10外侧的控制器21以及分别与控制器21通信连接的测温计22、加热器23和降温器24。控制器21为STM32系列的单片机，提前写入联动控制程序，从而与各个部件实现智能联动。测温计22伸入到试验箱10的内腔，用于对试验箱10的内腔温度进行实时检测。加热器23也位于试验箱10的内腔，包括供电电源以及加热丝。控制器21可以智能控制加热器23的供电电源的启停，从而带动加热丝进行升温放热或者停止加热。降温器24包括：分别与控制器21通信连接的压缩机241和冷凝器242，领凝器242还连接有伸入到试验箱10内腔的冷凝管243，压缩机241和冷凝器242配合工作提供冷气，通过冷凝管243输送至试验箱10内腔，从而对试验箱10的内腔进行实时降温。本发明通过温控机构20的智能工作，可对试验箱10的内腔提供冷热交替的变温环境，从而对列车驶出隧道瞬间的气候温度变化进行充分模拟。

参照图1和图4，运动机构30包括：移动车31、位于移动车31顶部的升降器32以及设置在升降器32顶面的受电弓滑块33，受电弓滑块33与悬吊机构40接触配合。移动车31可在试验箱10的内腔底面进行移动，从而带动受电弓滑块33与悬吊机构40发生相对运动，从而产生摩擦。升降器32包括：位于移动车31顶面的升降滑座321、底端与升降滑座321顶面滑动配合的升降杆组322、位于升降杆组322顶端的升降滑台323以及位于升降滑座321和升降滑台323之间的升降泵324。升降杆组322呈X型，并且中点处铰接，其顶端和底端可通过滑动调整各个杆件之间的相对角度，从而进行高度调节。升降泵324作为动力源，带动升降杆组322进行变形，从而调整升降滑台323和升降滑座321之间的间隙，对受电弓滑块33进行高度调整；当升降器32的高度不再升高时，可持续对升降泵324加压，从而增加受电弓滑块33与悬吊机构40的接触压力。在升降滑台323的顶面设有夹持件34，夹持件34与受电弓滑块33两侧接触，从而对受电弓滑块33的位置进行限位保护，避免其在与悬吊机构40的相对过程中发生侧倾。升降泵324以及移动车31的运动可由远端处理中心进行控制，也可以将二者与控制器21通信连接，由控制器21进行统一调度。

参照图1和图5，悬吊机构40包括：与试验箱10内腔顶壁连接固定顶架41、位于固定顶架41底端的汇流排42以及设置在汇流排42的底端的接触线43，并且接触线43与受电弓滑块33接触配合。汇流排42的两端通过固定侧架44与试验箱10的侧壁连接，通过固定顶架41和固定侧架44对汇流排42进行固定，避免汇流排42和接触线43在与受电弓滑块33的接触过程中发生位置变化。

固定顶架41包括：与试验箱10连接的顶座411、位于顶座411底端的绝缘子412以及位于绝缘子412和汇流排42之间的支架413。本发明在支架411和顶座413之间设置绝缘子412，用于保证带电体与接地之间的电气绝缘，并且增加爬电距离。在支架413的底端设有排线夹，用于将汇流排42进行夹死，并且汇流排42的底端也设有将接触线43夹紧的接触线夹，从而确保汇流排42跟接触线43的位置稳定性，避免与受电弓滑块33之间发生摩擦的轻易发生位置变化。固定侧架44的结构与固定顶架41的结构类似，从而确保绝缘安全性。

参照图1和图2，试验箱10的内腔底壁设有与移动车31接触配合的环形轨道10，环形轨道10包括：相连接的直线段111和曲线段112，便于真实地对列车的匀速状态进行模拟，还可以对列车的加减速、过弯等运行全过程进行充分模拟。移动车31的内部设有离心力适配器311，离心力适配器311包括感应部和施力部，感应部用于感应移动车31受到的离心力大小，施力部用于向移动车31施加所受到的离心力的平衡力，从而对对移动车31移动过程中受到的离心力进行平衡，抵消移动车31在弯道上行驶所产生的离心力，避免离心力对摩擦磨损试验结构产生影响。

一种上述的模拟变温环境的载流载流摩擦磨损实验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1：通过控制器21设定加热器23以及降温器24的交替工作时间；

S2：设定运动机构30与悬吊机构40的相关参数，并使二者达到预设接触条件；主要包括升降泵324的升降压力和加压行程，以及在受电弓滑块33与接触线43的接触力以及接触力变化曲线。

S3：通过测温计22检测试验箱10的内部温度，外接电源使悬吊机构40带电，同时运动机构30开始运动；移动车31沿环形轨道11进行连续运动，使受电弓滑块33与接触线43保持持续接触，同时离心力适配器311开始工作。

S4：通过改变接触条件、运动形式以及加热器23跟降温器24的交替工作时间，重复步骤S1至S3。最终可对各个部件的数值变化进行分析，并且检测受电弓滑块33和接触线43的磨损程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。