一种单探头受电弓碳滑板表面低凹缝隙测量用变换器的制作方法

本发明涉及高速铁路受电弓碳滑板磨损精密自动检测技术,特别是利用位移-电荷转换功能对碳滑板表面低凹深度变化进行测量的一种变换器，具体地说是一种单探头受电弓碳滑板表面低凹缝隙测量用变换器。

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，安装在机车或动车车顶上。使用时，电网的电流由装在机车上的受电弓碳滑板和电网的反馈电路铜导线紧密接触高速滑动而传输至电力牵引机车，由于长期的紧密接触和高速滑动，受电弓上的碳滑板十分容易磨损。而碳滑板在磨损超过一定程度后，就会造成接触不良，因此就必须更换，不然会存在较大的安全隐患。

但是怎样更高效准确的判断碳滑板的磨损程度，保证对碳滑板缝隙的精密测量，仍是本行业最关心的课题之一。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供能大幅提高碳滑板检测智能化程度以及检测的可靠性和检测效率的一种单探头受电弓碳滑板表面低凹缝隙测量用变换器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种单探头受电弓碳滑板表面低凹缝隙测量用变换器，包括能沿碳滑板导向移动的变换器机架，变换器机架由四根呈矩形四角位置处设置的立柱以及电绝缘连接在四根立柱的顶端能作为正负电极中的一极的静极板和连接在四根立柱下部的支撑基座组成；每根立柱的下端均安装有用于与碳滑板的侧面滑动导向配合的导向滑靴；支撑基座上设有动极板组件，动极板组件包括水平位于支撑基座的上方能作为正负电极中的另一极的动极板和采用非导电材料制作的上端与动极板的底面相连的动极板导柱；动极板导柱垂直向下滑动地穿过支撑基座，该动极板导柱的下端面安装有一个用于对碳滑板的表面损伤程度进行探测的探头；支撑基座的底面安装有为探头上下垂直运动时提供导向和限位作用的探头限位座；动极板的底面与支撑基座的顶面间以及探头限位座与动极板导柱的底面间均至少安装有一组用于产生一定的拉力和压力使探头能以55克/cm²至65克/cm²的压力与碳滑板的表面紧密滑动相接触的探头张力调节器组；探头在随变换器机架滑行移动的过程中，将因碳滑板表面低凹缝隙深浅不同产生的上下位移量通过动极板导柱转化为动极板的上下运动；动极板与静极板相配合构成了一种以空气为介质的电容器，动极板的上下运动改变了动极板与静极板两极板间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化形成测量碳滑板表面低凹缝隙深浅所需的电信号。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的探头包括与碳滑板的表面紧密滑动接触的探针和用于安装探针的探头杆；探头杆的上端与动极板导柱的底面中心钢性相连接，探针安装在探头杆的底端面。

上述的探头限位座为具有上开口且底板的中心加工有探杆滑孔的桶柱形结构，探头限位座的上开口端加工有利用螺栓与支撑基座的底面固定相连的法兰盘，探头限位座的底面安装有探针限位器，探杆依次滑动地穿过探杆滑孔和探针限位器；

上述的动极板的底面与支撑基座的顶面间以及探头限位座与动极板导柱的底面间共安装有两组探头张力调节器组，每组探头张力调节器组均由两个探头张力调节器组成；安装于动极板底面与支撑基座顶面间的两个探头张力调节器以动极板导柱为对称轴对称设置，并且该两个探头张力调节器的上端与动极板的底面电绝缘钢性相连接，该两个探头张力调节器的下端与支撑基座的顶面钢性相连接；安装在探头限位座与动极板导柱底面间的两个探头张力调节器以探杆为对称轴对称设置；该两个探头张力调节器的上端与动极板导柱的底面钢性相连接，该两个探头张力调节器的下端与探头限位座的底板上端面钢性相连接。

上述的支撑基座上通透加工的纵向导孔，纵向导孔中安装有与动极板导柱滑动配合用于为动极板组件的上下运动提供导向的动极板导向器，动极板导向器为内孔镀有耐磨层的钢套或内孔镀有耐磨层的铜套。

上述的变换器机架中位于立柱上设置有用于连接处部接线的电极端子，电极端子包括与静极板线路相连的静极板电极端子和与动极板线路相连的动极板电极端子。

与现有技术相比，本发明在变换器机架的支撑基座上安装有动极板组件，变换器机架中包括有能作为正负电极中一极的静极板，动极板组件包括能作为正负电极中的另一极的动极板和动极板导柱；动极板导柱的下端安装有与碳滑板的表面紧密滑动接触探头。受电弓碳滑板在使用过程中，其表面会因与电网长期摩擦受损而造成凸凹不平，探头在滑动的过程中，会因碳滑板表面的凸凹不平即低凹缝隙的深浅不同，而产生上下位移。由于探头安装在动极板组件的动极板导柱上，因此探头能将其上下的位移量转化为动极板的上下移动。本发明的静极板和动极板构成了一个以空气为介质的电容器，动极板的上下运动改变了两极板间的间距使极板间的电容发生变化，而电容的改变又使得极板上的电荷发生相应的变化，从而实现了将受电弓碳滑板表面的不平状态转化为电荷的变化变现出来，起到电荷变换器的作用，形成精密测量表面深度所需的电信号。

本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以大幅提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。

附图说明

图1是本发明放置在碳滑板上时的剖视状态结构示意图；

图2是图1中ⅱ处的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

其中的附图标记为：变换器机架1、立柱11、静极板12、支撑基座13、导向滑靴14、动极板组件2、动极板21、动极板导柱22、探头3、探针31、探头杆32、探头限位座4、底板41、法兰盘42、探针限位器5、探头张力调节器6、动极板导向器7、静极板电极端子81、动极板电极端子82、碳滑板9。

图1至图2为本发明的结构示意图。如图所示，本发明的一种单探头受电弓碳滑板表面低凹缝隙测量用变换器，该变换器为高速铁路受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置中的一个子装置，它能在自动检测装置中的一个移动装置的带动下移动行走。该变换器包括能在移动装置的带动下沿碳滑板9的导向移动行走的变换器机架1，变换器机架1为矩形框架结构，它由四根设置在矩形四角位置处的立柱11以及静极板12、支撑基座13和四个导向滑靴14组成。静极板12为一金属电板，它能作为正负电极中的一极。静极板12电绝缘连接在四根立柱11的顶端。支撑基座13为一水平设置的长方形板块，它主要起稳定和支撑作用，支撑基座13连接在四根立柱11的下部相对靠近碳滑板9。四个导向滑靴14对应安装在相应的立柱11的底端，导向滑靴14通过与与碳滑板9的侧面滑动接触配合，保证变换器机架1能沿碳滑板9的导向移动。支撑基座13上设有动极板组件2，动极板组件2包括动极板21和与动极板21固定相连的动极板导柱22组成。动极板21也是一块金属电板，它能作为正负电极中的另一极。当静极板12连接电源的正极时，动极板21则连接电源的负极，当静极板12连接电源的负极时，动极板21则连接电源的正极。动极板导柱22为一非导电材料制作的圆柱体，动极板导柱22的上端面与动极板21的底面固定相连接，动极板导柱22能自由滑动地垂直向下穿过支撑基座13制有的纵向导孔，纵向导孔为贯通支撑基座13上下表面的通孔。为了保证动极板组件2上下运动的稳定性和顺畅性，纵向导孔中安装有与动极板导柱22滑动配合用于为动极板组件2的上下运动提供导向的动极板导向器7，动极板导向器7为内孔镀有耐磨层的钢套或内孔镀有耐磨层的铜套。动极板21与支撑基座13非直接接触，动极板21水平位于支撑基座13的上方。动极板导柱22的下端面中心安装有一个用于对碳滑板9的表面损伤程度进行探测的探头3。支撑基座13的底面安装有为探头3)上下垂直运动时提供导向和限位作用的探头限位座4。为了能使探头3与碳滑板9始终能保持一定的接触压力，本发明在动极板21的底面与支撑基座13的顶面间以及探头限位座4与动极板导柱22的底面间均至少安装有一组探头张力调节器组；探头张力调节器组用于产生一定的拉力和压力使探头3能以55克/cm²至65克/cm²的压力与碳滑板9的表面紧密滑动相接触。高速铁路受电弓碳滑板在长期使用的过程中，会因与电网的摩擦而表面受损，从而造成表面的低凹不平，碳滑板9在磨损超过一定程度后，就会造成电接触不良，因此就必须更换，不然会存在较大的安全隐患。当需要对高速铁路受电弓碳滑板进行检测时，探头3在随变换器机架1滑行移动的过程中，由于探头3与碳滑板9为紧密接触，因此碳滑板9表面的高低不平会作用在探头3上，使探头3上下移动，探头3将因碳滑板9表面低凹缝隙深浅不同产生的上下位移量通过动极板导柱22转化为动极板21的上下运动；本发明的动极板21与静极板12相配合构成了一种以空气为介质的电容器，动极板21的上下运动改变了动极板21与静极板12两极板间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化形成测量碳滑板9表面低凹缝隙深浅所需的电信号，从而达到对高速铁路受电弓碳滑板磨损程度精密测量的目的。

实施例中，由图2可以看出，本发明的探头3包括与碳滑板9的表面紧密滑动接触的探针31和用于安装探针31的探头杆32；探头杆32的上端与动极板导柱22的底面中心钢性相连接，探针31安装在探头杆32的底端面。探针31为可更换地安装在探头杆32上。

实施例中，本发明的探头限位座4为具有上开口且底板41的中心加工有探杆滑孔的桶柱形结构，探头限位座4的上开口端加工有利用螺栓与支撑基座13的底面固定相连的法兰盘42，探头限位座4的底面也就是底板41的底面安装有探针限位器5，探杆32依次滑动地穿过探杆滑孔和探针限位器5。

实施例中，本发明的动极板21的底面与支撑基座13的顶面间以及探头限位座4与动极板导柱22的底面间共安装有两组探头张力调节器组，每组探头张力调节器组均由两个探头张力调节器6组成；安装于动极板21底面与支撑基座13顶面间的两个探头张力调节器6以动极板导柱22为对称轴对称设置，并且该两个探头张力调节器6的上端与动极板21的底面电绝缘钢性相连接，该两个探头张力调节器6的下端与支撑基座13的顶面钢性相连接；安装在探头限位座4与动极板导柱22底面间的两个探头张力调节器6以探杆32为对称轴对称设置；该两个探头张力调节器6的上端与动极板导柱22的底面钢性相连接，该两个探头张力调节器6的下端与探头限位座4的底板41上端面钢性相连接。

实施例中，本发明的变换器机架1中位于立柱11上设置有用于连接处部接线的电极端子，电极端子包括与静极板12线路相连的静极板电极端子81和与动极板21线路相连的动极板电极端子82。本发明的静极板12和动极板21均通过电极端子与外界的电源相连接。

本发明将高速铁路列车用受电弓碳滑板裂缝及损伤所引起的其表面低凹深度的变化转化为电容器的两个极板间间距的变化,从而使得电容器的电荷发生相应变化,形成精密测量表面深度所需的电信号。本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以大幅提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。

本发明的工作原理为：

高速铁路列车的受电弓碳滑板长时间使用或受到损伤后，它的表面会产生缝隙或一定程度的凹凸。本发明中的静极板12和动极板21构成了一个以空气为介质的电容器。电容器电压、极板间电容和极板上的电荷三者之间存在着确定的关系。当电容器的极板间被施加恒定电压时，极板上的电荷随极板间电容的变化而变化。当静极板12和动极板21间被施加恒定电压时，如果探针31在碳滑板9表面滑动，本发明将碳滑板9表面高低不平的距离变化通过动极板21的运动变现出来。本发明通过动极板21的运动改变了静极板12和动极板21两极板间的间距使极板间电容发生变化，而电容的改变又使得极板上的电荷发生相应的变化，从而实现了将受电弓表面的不平状态转化为电荷的变化变现出来，起到电荷变换器的作用。

如图2所示，当探针31放在碳滑板9表面时，随着碳滑板9表面的低凹变化,动极板21或被推向上方或在探头张力调节器6的力作用下向下运动。动极板21的运动，改变了动极板21和静极板12间的间隙，从而改变了电容器两端的电容，最后使极板电荷发生相应变化。

本发明的应用：

将本发明水平置于被检测的碳滑板上，保持探针与碳滑板间具有55克/cm²至65克/cm²的接触压力。第一次使用时应先将本发明装置置于理想状态的碳滑板上，目的是采集对应良好状态碳滑板的电荷信息作为比较基准。如果在动静极板上施加恒定的电压，将检测到的极板上的电荷和与基准电荷进行比较，即测得碳滑板表面的低凹或缝隙的深浅。本发明需要其他电子装置和器件配合使用才能完成碳滑板缝隙深度的测量。

本发明将探头位置设计到动极板导柱22的底面中心，探头杆与动极板导柱22直接固定在一起，使其结构变得更加简单，进一步提高了可靠性。本发明适用于在碳滑板表面的低凹或缝隙彼此间距相对较小和相对密集的情况。本发明能够显著提高工作效率可用于高速铁路列车的自动化检测维护作业。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。