一种接地摩擦盘表面磨耗量激光检测装置的制作方法

本发明涉及一种接地摩擦盘表面磨耗量激光检测装置，应用于轨道客车接地装置摩擦盘可靠性测试领域。

背景技术：

随着我国经济和科技的飞速发展，我国轨道交通事业也进入了快速发展腾飞的新时期。轨道客车领域是多学科综合交叉，多系统集成的重大工程。轨道客车的接地装置是一般安装于列车转向架轴端部位的重要零部件，起到转移车辆电流，对车辆进行接地保护的作用，保护了列车上人员和设备免受高压电的伤害，保护电子信息设备免受高频脉冲的干扰，接地装置的正常工作与否是关乎行车安全的大事。摩擦盘和电刷为轨道车辆接地装置重要零部件，接地装置工作时，需要保持电刷在摩擦盘表面绕摩擦盘自身轴线长时间快速旋转，因此摩擦盘长时间工作在具有高温、通电、摩擦等因素的环境下，摩擦盘表面磨耗量是评价接地装置可靠性的重要指标。

摩擦盘磨耗呈直径、深度、宽度不一的同心圆环形分布在摩擦盘表面，对摩擦盘磨耗量进行检测一般是在摩擦盘表面选取过圆心的若干轴线，分别测量每条轴线上的磨耗量并记录数据。目前在实际的试验过程中，还是通过人工移动摩擦盘实现对其磨耗量数据采集，不仅存在人为因素带来的误差，而且试验效率低，周期长。针对目前接地装置研究工作任务量大，要求精度高的现状，亟待开发一种可机械自动化实现接地装置摩擦盘表面磨耗量激光检测装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于轨道客车接地装置可靠性检测中的接地摩擦盘表面磨耗量激光检测装置，该装置可实现接地装置摩擦盘表面磨耗量的机械自动化测量，具备结构紧凑、操作方便、控制精准、重复精度高、易于维护等优势，该装置可大大提高磨耗量的测量精度的试验效率。

为实现上述发明目的，本发明提供一种接地摩擦盘表面磨耗量激光检测装置，其特征在于：包括底座、滑动机构、回转机构、测量机构，滑动机构安装在底座上面，用于实现被试件摩擦盘水平方向的平移运动，回转机构安装在滑动机构上面，用于实现被试件摩擦盘绕自身轴线方向的回转运动，测量机构固定在底座上且置于回转机构上安装的被试件摩擦盘上方，用于测量被试件摩擦盘表面磨耗量，获取试验数据。

所述的滑动机构包括伺服电机、滑动基座、激光位移传感器、直线导轨、滚珠丝杠、直线导轨滑块、传动部分，两条平行的直线导轨安装于底座上面，底座前端固连有电机座，电机座上固连伺服电机和滚珠丝杠，伺服电机和滚珠丝杠的前端分别安装有带轮，伺服电机与带轮固定连接，直线导轨后端固连有限位块，用来限制直线导轨滑块的行程，直线导轨滑块上表面固连有滑动基座，激光位移传感器用于测量平动自由度的位移量。

所述的滑动基座为中间凹两边凸的结构，中间凹的部位的上方设一缺口，缺口处放置与底座固连的伺服电机，两边凸的部位下方加工有沉孔，通过沉孔连接回转机构，两边凸的部位下方还加工有直螺纹孔，通过直螺纹孔连接直线导轨滑块。

所述的滑动机构的传动部分包括丝母、丝杠滑块、同步带、带轮、滚珠丝杠、滚动轴承，伺服电机输出轴端通过轴套定位安装有带轮，带轮通过驱动同步带从而带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠结合丝杠支撑座安装在电机座上，丝杠支撑座通过轴套定位并通过内六角沉头螺栓固连与电机座，滚珠丝杠末端带轮通过锁紧螺母固定，丝母随着丝杠转动而实现滑动，丝杠滑块通过内六角沉头螺栓与丝母固连，滚珠丝杠的末端安装有丝杠轴承座，轴承座内部嵌有滚动轴承。

所述的回转机构包括摩擦盘座、角度编码器、箱体端盖、箱体、蜗轮蜗杆机构、伺服电机，箱体和安装伺服电机的电机座分别通过螺栓与滑动基座固连，在箱体端盖上方安装有角度编码器，用来获取回转机构回转角度的反馈信息，角度编码器上方安装有摩擦盘座用于被试件摩擦盘的定位安装，伺服电机通过带轮机构与蜗轮蜗杆机构传动连接，摩擦盘座安装在蜗轮轴上。

所述的箱体包含圆柱体部分和矩形部分，为一个“马蹄”形结构，箱体底部加工有直螺纹孔以便箱体通过螺栓与滑动基座固连，箱体圆柱体部分顶部加工有直螺纹孔以便箱体与端盖通过螺栓固连，箱体矩形部分两侧均加工有可以安装滚动轴承和端盖的孔座，且孔座的四周均布有直螺纹孔以便端盖和箱体固连。

所述的测量机构是将测量被试件摩擦盘磨耗量的位移传感器固连与固定板上，并通过夹紧块与导向光杠上下可调式连接，导向光杠竖直安装在底座上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、该机构可机械化驱动摩擦盘，实现摩擦盘沿直线方向的平移运动和绕自身轴线的回转运动，运行速度平稳，位移转角均可精确控制，相较于传统试验方法中，通过人工移动摩擦盘或者通过手摇式工装驱动摩擦盘沿直线平动的方式，本发明大大降低人为因素带来的误差，显著提高试验精度；

二、该机构可以实现摩擦盘绕自身轴线的回转自由度，并且具备对回转自由度转角精确控制的能力，可以保证在试验中准确选择摩擦盘表面被试轴线和更换不同测试轴线，控制精准，而且大大提升试验效率和精度；

三、本发明设计有与底座固连的激光位移传感器用于测量平动自由度的位移量、安装于回转空心轴上的角度编码器用于测量回转自由度的转角、安装于被试件摩擦盘上方的机关为位移传感器用于测量摩擦盘表面磨耗量(获取试验数据)，上述测量系统数据信息可以通过数采系统实时反馈，而且测量精度高，位移传感器精度可达0.01mm级，角度传感器精度高于±5″，角度测量可精确达数角秒以内；

四、本发明中，用于测量摩擦盘表面磨耗量的位移传感器位于摩擦盘表面上方，试验前，传感器相对于摩擦盘表面的高度可以通过夹紧块沿导向光杠上下滑动调节，然后通过高度调节旋钮固定位置，该装置可根据不同被试件尺寸，调节传感器至最佳检测距离，提高测试精度。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明的滑动机构示意图；

图3是本发明的滑动机构另一侧面的结构示意图；

图4a是本发明滑动机构的滑动基座三维示意图；

图4b是图4a背面图；

图5是本发明滑动机构的传动关系爆炸图；

图6是本发明的回转机构剖视图；

图7是本发明的回转机构示意图；

图8是本发明的回转机构另一侧面示意图；

图9是被试件摩擦盘安装位置爆炸视图；

图10是本发明的回转机构中蜗杆轴系示意图；

图11a是回转机构中箱体的三维示意图；

图11b是图11a的俯视图；

图12a、图12b是本发明测试磨耗量的位移传感器安装示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明具体实施构成是：包括底座1、滑动机构2、回转机构 3、测量机构4，滑动机构安装在底座上面，用于实现被试件摩擦盘水平方向的平移运动，回转机构安装在滑动机构上面，用于实现被试件摩擦盘绕自身轴线方向的回转运动，测量机构固定在底座上且置于回转机构上安装的被试件摩擦盘上方，用于测量被试件摩擦盘表面磨耗量，获取试验数据。

如图2、图3所示，本发明滑动机构包括伺服电机201、滑动基座202、激光位移传感器203、直线导轨204、滚珠丝杠214、直线导轨滑块210底座1上表面通过螺栓固连有直线导轨204，直线导轨滑块210可沿着直线导轨前后移动，底座前端通过螺栓固连有I型电机座207。I型电机座207上加工圆孔以便分别通过螺栓固连伺服电机201和滚珠丝杠213，伺服电机和滚珠丝杠的前端分别安装有带轮209，伺服电机与带轮通过顶丝固定，伺服电机通过驱动同步带208从而驱动滚珠丝杠转动。滚珠丝杠上安装有可随着滚珠丝杠转动而前后移动的丝母205，丝杠滑块206通过沉头螺栓与丝母固连，丝杠滑块另一端与滑动基座固连，滚珠丝杠的末端安装有丝杠轴承座212，丝杠轴承座与底座后端固连。直线导轨后端通过螺栓固连有限位块211用来限制直线导轨滑块210的行程，直线导轨滑块上表面通过螺栓固连有滑动基座，底座上通过螺栓固定有位移传感器 203，滑动基座后端通过螺栓固定有挡板214以便位移传感器获取滑动基座相对于底座的位移数据。

如图4a和图4b所示，所述的滑动基座为中间凹两边凸的结构，中间凹的部位的上方设一缺口，缺口处放置与底座固连的伺服电机，两边凸的部位下方加工有沉孔2021，通过沉孔连接回转机构，两边凸的部位下方还加工有直螺纹孔2022，通过直螺纹孔连接直线导轨滑块。

如图5所示，所述的滑动机构的传动部分包括丝母205、丝杠滑块206、I 型电机座207、同步带208、带轮209、丝杠轴承座212、滚珠丝杠213、滚动轴承217、丝杠支撑座220，伺服电机201通过内六角沉头螺栓215与I型电机座 207固连，伺服电机输出轴端通过轴套216定位安装有带轮209，带轮209通过驱动同步带208从而带动滚珠丝杠213转动，滚珠丝杠结合丝杠支撑座220安装在I型电机座上，丝杠支撑座通过轴套221定位并通过内六角沉头螺栓219 固连与I型电机座，滚珠丝杠末端带轮通过锁紧螺母222固定，丝母205随着丝杠转动而实现滑动，丝杠滑块206通过内六角沉头螺栓218与丝母固连，滚珠丝杠的末端安装有丝杠轴承座212，轴承座内部嵌有滚动轴承217。

如图6、图7、图8、图9所示，本发明的回转机构包括摩擦盘座302、角度编码器303、箱体端盖304、箱体305、蜗杆轴306、蜗轮319、伺服电机307，箱体305和L型电机座313固连在滑动基座202上，箱体端盖通过十字槽沉头螺钉317固定于箱体上表面，L型电机座上加工有孔以便安装固定伺服电机307，伺服电机和蜗杆轴306前端都安装有带轮311，箱体顶端通过螺栓固定有箱体端盖304，用来测试本发明回转角度的角度编码器303通过螺栓安装在箱体端盖上，角度编码器上方安装有摩擦盘座302用来承接被试件摩擦盘301，伺服电机通过驱动同步带312驱动带轮311转动，从而驱动蜗杆轴转动，蜗杆轴转动从而带来蜗轮319转动，蜗轮通过键323与空心轴315同步转动，进而带动安装在摩擦盘座上的被试件摩擦盘转动。空心轴从上到下依次安装有摩擦盘座302、编码器轴套316、滚动轴承和轴套318、蜗轮319、下轴套320、滚动轴承308、套筒 321，空心轴下端使用圆螺母322锁紧，编码器轴套上端外侧加工有螺纹以便与角度编码器转子部分固连，蜗杆轴的两端位于箱体305外侧设有端盖309和闷盖310，用来将蜗杆轴上的轴承压紧在箱体305内，被试件摩擦盘通过安装在摩擦盘座上的摩擦盘定位销314定位。

如图10所示，蜗杆轴系中，蜗杆轴306左右两端分别安装有滚动轴承325 和将轴承压紧在箱体内的端盖309和闷盖310，端盖和闷盖通过十字槽沉头螺钉 324固连在箱体左右两侧，带轮311。

如图11a和图11b所示，所述回转机构的箱体包含圆柱体部分3051和矩形部分3052，为一个“马蹄”形结构，可通过铸造成型，需加工铣削、钻孔、攻丝、打磨工序，箱体底部加工有直螺纹孔3053以便箱体通过螺栓与滑动基座固连，箱体圆柱体部分顶部加工有直螺纹孔3054以便箱体与端盖通过螺栓固连，箱体矩形部分两侧均加工有可以安装滚动轴承和端盖的孔座3055，且孔座的四周均布有直螺纹孔3056以便端盖和箱体固连。

如图12a和图12b所示，所述的测量机构是将测量被试件摩擦盘磨耗量的激光位移传感器401固连与固定板402上并通过夹紧块404与导向光杠406连接，导向光杠406竖直安装在底座上，激光位移传感器相对于导向光杠的高度、俯仰角度、旋转角度均通过上下移动夹紧块404，并由调节旋钮403、405和锁紧螺母407调节固定。

本发明的工作过程和原理是：

试验前，安装被试摩擦盘到摩擦盘座上，并通过安装定位销固定位置，调整激光位移传感器的夹紧块，确定激光位移传感器合适的高度和测量位置后锁紧固定。

上位机通过总线控制两伺服电机，使其按照设定位移量精确旋转相应角度，与底座固连的电机的输出轴带动同步带运动，底座电机驱动滚珠丝杠转动，从而实现沿直线导轨方向移动；滑动基座上电机驱动蜗杆轴转动，带动蜗轮转动，从而实现摩擦盘座沿自身轴线的转动。试验过程中，输入需要摩擦盘旋转的角度和前进后退的位移指令，摩擦盘即可按照设定方式运动，可以耦合运动也可以独立控制。

机构进行转动时，角度编码器定子部分通过螺纹连接固定于箱体端盖上，角度编码器转子部分通过螺纹连接与空心轴上套筒固连，转子部分进行与空心轴同步的转动。随着空心轴的转动，角度编码器记录下小达角秒级的小角度测量；机构进行移动时，激光位移传感器通过测量固连在滑动基座上的挡板可以获得滑动基座相对于底座的位移量；位于摩擦盘上方的激光位移传感器在摩擦盘按照设定匀速运动时，获取摩擦盘表面磨耗量数据。