载流摩擦磨损试验机及载流摩擦磨损试验系统的制作方法

本发明涉及实验测试设备领域，具体而言，涉及一种载流摩擦磨损试验机及载流摩擦磨损试验系统。

背景技术

“载流摩擦磨损”通常是指在高速、强电流作用下的摩擦磨损行为，是机械摩擦接触系统和电接触系统的相互作用、相互影响的结果。载流摩擦磨损试验机主要适用于高速电气化铁路系统的弓网受流、城市公共交通中电车的电力传输系统、工业中广泛应用的发电机电动机的炭刷－集电环的磨损以及运载火箭在升空过程中整流装置所产生的摩擦磨损行为等。现有的载流摩擦磨损试验机通过传统称重法即通过测量试样的质量变化确定试样的磨损量，操作繁琐，数据易失真。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种载流摩擦磨损试验机，其能够直接测取试样磨损量，操作更简单，数据更准确。

本发明的另一目的包括提供一种载流摩擦磨损试验系统，其能够实时显示磨损量，操作更加简单，数据更加准确。

本发明的实施例是这样实现的：

一种载流摩擦磨损试验机，其包括机座以及设置于机座上的摩擦装置、夹持装置、载流装置、加载装置和测量装置；

摩擦装置用于给试样提供摩擦力；夹持装置用于夹持试样且能够靠近或远离摩擦装置；载流装置用于使试样导电；加载装置用于使夹持装置产生靠近摩擦装置的趋势；测量装置用于测量试样被摩擦时的状态参数。

进一步地，上述机座上固定安装有支座，夹持装置可滑动地安装于支座，以靠近或远离摩擦装置。

进一步地，上述支座上设置有用于限制夹持装置滑动范围的限位槽，夹持装置包括用于夹持试样的夹持机构和固定于夹持机构的限位机构，限位机构的一部分伸入限位槽。

进一步地，上述测量装置包括位移传感器，位移传感器设置于支座且接触限位机构。

进一步地，上述测量装置包括压力传感器和力矩传感器，压力传感器设置于夹持装置与加载装置之间，两个力矩传感器均设置于机座且分别位于夹持装置相对的两侧。

进一步地，上述测量装置包括温度传感器，温度传感器与试样接触。

进一步地，上述摩擦装置包括摩擦盘，夹持装置对应摩擦盘的端面，以使试样与摩擦盘的端面接触。

进一步地，上述载流装置包括载流片和限流电阻，摩擦盘、试样、载流片、限流电阻、电源依次串联形成载流回路。

进一步地，上述加载装置包括弹性件和抵持架，抵持架可转动地安装于机座，弹性件设置于机座和抵持架之间，用于使抵持架产生抵持夹持装置的趋势。

一种载流摩擦磨损试验系统，其包括电控箱、计算机、上述任意一种载流摩擦磨损试验机，载流摩擦磨损试验机、电控箱及计算机依次电连接。

本发明实施例的有益效果包括：

本载流摩擦磨损试验机包括机座以及设置于机座上的摩擦装置、夹持装置、载流装置、加载装置和测量装置；上述摩擦装置用于给试样提供摩擦力；夹持装置用于夹持试样且能够靠近或远离摩擦装置；载流装置用于使试样导电；加载装置用于使夹持装置产生靠近摩擦装置的趋势；测量装置用于测量试样被摩擦时的状态参数。本载流摩擦磨损试验机能够借助位移传感器、压力传感器、力矩传感器和温度传感器直接测取试样磨损量，测量摩擦力矩，显示实时摩擦副温度，获得实时摩擦因数，操作更简单，数据更准确，有利于全面研究试样的摩擦磨损性能。

本载流摩擦磨损试验系统包括电控箱、计算机、上述载流摩擦磨损试验机，载流摩擦磨损试验机、电控箱及计算机依次电连接。本载流摩擦磨损试验系统能够实时显示磨损量、摩擦力矩、摩擦副温度等数据，同时获取实时摩擦因数，操作更加简单，数据更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中载流摩擦磨损试验机的第一视角结构示意图；

图2为本发明实施例中载流摩擦磨损试验机的第二视角结构示意图；

图3为本发明实施例中载流摩擦磨损试验机的第三视角结构示意图；

图4为本发明实施例中安全防护罩的第一视角结构示意图；

图5为本发明实施例中安全防护罩的二视角结构示意图；

图6为本发明实施例中安全防护罩的第三视角结构示意图；

图7为本发明实施例中载流摩擦磨损试验系统结构示意图。

图标：100－载流摩擦磨损试验机；110－机座；112－支座；114－限位槽；116－安全防护罩；120－摩擦装置；122－摩擦盘；124－第一转轴；126－机架；128－圆螺母；130－夹持装置；131－夹持机构；132－限位机构；133－试样卡座；134－加力架；135－加力轴；136－固定销；137－绝缘层；138－背紧螺母；139－行程调整螺钉；140－载流装置；142－载流片；150－加载装置；152－弹性件；154－抵持架；155－第二转轴；160－测量装置；162－位移传感器；164－压力传感器；166－力矩传感器；168－温度传感器；200－载流摩擦磨损试验系统；210－电控箱；220－计算机；230－电机；240－电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

第一实施例

请参照图1和图2，本实施例提供一种载流摩擦磨损试验机100，其包括机座110以及设置于机座110上的摩擦装置120、夹持装置130、载流装置140、加载装置150和测量装置160。

摩擦装置120用于给试样提供摩擦力；夹持装置130用于夹持试样且能够靠近或远离摩擦装置120；载流装置140用于使试样导电；加载装置150用于使夹持装置130产生靠近摩擦装置120的趋势；测量装置160用于测量试样被摩擦时的状态参数。

其中，机座110上固定安装有支座112，支座112上设置有限位槽114。

摩擦装置120包括摩擦盘122，摩擦盘122安装于第一转轴124，第一转轴124设置于与机座110固定连接的机架126，摩擦盘122一端安装压圈和圆螺母128以使摩擦盘122固定于第一转轴124，第一转轴124与动力装置传动连接，从而使动力装置能够带动摩擦盘122转动。

夹持装置130可滑动地安装于支座112，以靠近或远离摩擦装置120，并且夹持装置130被限位槽114限制滑动范围。夹持装置130对应摩擦盘122的端面，以使试样与摩擦盘122的端面接触，在一定程度上减小占用空间。

夹持装置130可根据需要采用不同的结构，本实施例中，夹持装置130包括用于夹持试样的夹持机构131和固定于夹持机构131的限位机构132，限位机构132的一部分伸入限位槽114。其中，夹持机构131包括依次固定连接的试样卡座133、加力架134和加力轴135。试样卡座133用于夹持试样，加力架134和加力轴135之间通过固定销136实现固定连接，以向试样传递加载装置150所施加的力。试样卡座133、加力架134之间设置绝缘层137，防止漏电致使整台试验机带电从而对操作人员造成危险。

另外，加力轴135上安装有背紧螺母138和行程调整螺钉139，两者配合使用以调节加力轴135的轴向行程。限位机构132为l型框架结构，限位机构132与加力轴135固定连接，限位机构132一端伸入限位槽114并与限位槽114间隙配合从而限制夹持装置130的滑动范围。由于夹持装置130夹持试样与摩擦盘122接触，夹持装置130会受摩擦盘122转动影响而发生小范围摆动，因此限位槽114在一定程度上也限制了夹持装置130的转动范围。

载流装置140可根据需要采用不同的结构，本实施例中，载流装置140包括载流片142和限流电阻，摩擦盘122、试样、载流片142、限流电阻、电源依次串联形成载流回路。

加载装置150可根据需要采用不同的结构，本实施例中，加载装置150包括弹性件152和抵持架154，抵持架154可转动地安装于机座110，弹性件152设置于机座110和抵持架154之间，用于使抵持架154抵持夹持装置130。具体地，抵持架154为拐臂杠杆结构，抵持架154一端与固定于机座110的第二转轴155转动连接，另一端用于抵持夹持装置130的加力轴135。弹性件152下方的机座110内设有包括伺服电机、蜗轮减速机在内的施力装置，可通过伺服电机运转使得弹性件152向上抵住抵持架154，从而使抵持架154对加力轴135进行轴向方向的施力。施力装置的具体结构和工作原理为现有技术，此处不再赘述。

请参照图3，测量装置160可根据需要采用不同的结构，本实施例中，测量装置160包括位移传感器162，位移传感器162设置于支座112且接触限位机构132。具体地，位移传感器162固定于支座112上方，位移传感器162一端与限位机构132接触，以测量夹持装置130的轴向位移，即可测算出试样的磨损量。

测量装置160还包括压力传感器164，压力传感器164设置于夹持装置130与加载装置150之间。具体地，压力传感器164安装于抵持架154，通过其上的触头抵持加力轴135实施加载，同时可测得加载力的大小。

测量装置160还包括力矩传感器166，两个力矩传感器166均设置于机座110且分别位于夹持装置130相对的两侧。具体地，力矩传感器166固定于机座110，并位于限位机构132相对的两侧，通过限位机构132的左右轻微摆动可测算出与限位机构132固定连接的加力轴135的扭矩。

请参照图4、图5和图6，测量装置160包括温度传感器168，温度传感器168与试样接触。具体地，摩擦盘122外部设置固定于机座110的安全防护罩116，温度传感器168安装于安全防护罩116并与试样接触。安全防护罩116可将高速旋转的摩擦盘122与操作人员隔离，降低操作风险。

其他实施例中，测量装置160也可以仅设置位移传感器162从而只测取试样的磨损量。

载流摩擦磨损试验机100的工作原理和工作过程具体如下：

首先，通过安装于加力轴135上的背紧螺母138和行程调整螺钉139，调节加力轴135行程，使加力轴135朝向摩擦盘122移动，直至试样与摩擦盘122距离小于1.5mm，完成加载前调试。

其次，启动与第一转轴124传动连接的动力装置后，固定于第一转轴124的摩擦盘122开始高速旋转。

最后，启动弹性件152下方机座110内的伺服电机，伺服电机带动蜗轮减速机运动，使得弹性件152向上抵持抵持架154，引起抵持架154绕第二转轴155转动，抵持架154对加力轴135进行轴向方向的施力，从而，与加力轴135固定连接的加力架134通过试样卡座133向试样施加轴向方向的力，使试样靠近摩擦盘122且与摩擦盘122接触，完成加载。另外，试样卡座133上的载流片142电连接于限流电阻和电源，当试样与摩擦盘122接触后，摩擦盘122、试样、载流片142、限流电阻、电源依次串联形成载流回路。由此形成载流摩擦磨损。

当载流摩擦磨损试验机100工作时，安装于支座112上的位移传感器162一端与限位机构132接触，以测量夹持装置130的轴向位移，从而测算出试样的磨损量。设置于抵持架154与加力轴135之间的压力传感器164可测得实时加载力的大小，进一步计算可获得实时摩擦因数。设置于限位机构132两侧的两个力矩传感器166可通过限位机构132的左右轻微摆动测算加力轴135的扭矩，即得到摩擦力矩。安装于安全防护罩116并与试样接触的温度传感器168可测得实时温度。

载流摩擦磨损试验机100采用试样与摩擦盘122端面接触的方式，在一定程度上节省了空间。载流摩擦磨损试验机100能够借助位移传感器162、压力传感器164、力矩传感器166和温度传感器168直接测取试样磨损量，测量摩擦力矩，显示实时摩擦副温度，获得实时摩擦因数，有利于全面研究试样的摩擦磨损性能。

第二实施例

请参照图7，本实施例提供一种载流摩擦磨损试验系统200，其包括电控箱210、计算机220以及第一实施例提供的载流摩擦磨损试验机100，载流摩擦磨损试验机100、电控箱210及计算机220依次电连接。

电控箱210是载流摩擦磨损试验机100的控制部分，两端分别与动力装置和电源电连接，并且同时与位移传感器162、压力传感器164、力矩传感器166、温度传感器168电连接。其内部设有开关设备、测量仪表、保护电器以及辅助设备，能够将信息呈现于控制面板上方的显示屏。通过控制面板可以调节转速、工作时间和施加载荷，并可以实时观测到摩擦力矩、磨损量、温度的大小。此外，正常运行时，可借助手动或自动开关开启或关闭载流摩擦磨损试验机100；发生故障或不正常运行时，可借助保护电器切断电路并报警。

计算机220与电控箱210电连接，可将传感器采集的信号数据以曲线形式展示给操作人员，并且可以通过连接于计算机220的打印机将数据曲线打印，方便进一步对试样材料的摩擦磨损特性进行研究。

本实施例中动力装置采用电机230，电机230一端连接于电控箱210，另一端与连接于摩擦盘122的第一转轴124采用带传动连接，从而带动摩擦盘122转动。其他实施例中，动力装置也可以采用液压马达等，传动方式也可以是链传动、齿轮传动等。

电源240可根据需要采用不同种类的电源，本实施例中，电源240为恒流交流电源，采用spwm高频调制的方式，模拟成线性电抗器，与变流器串联而成，控制电路为线性电路与数字电路的组合。利用进口高精度有效值转换器将输出电流转换成直流电压信号，与精密基准电压相比较，高精度运放组成p－i调节器，控制主回路的阻抗，达到恒流的目的，大功率开关采用进口igbt模块，具有效率高、无噪声的优点。

载流摩擦磨损试验系统200包括电控箱210、计算机220、第一实施例中提供的载流摩擦磨损试验机100，载流摩擦磨损试验机100、电控箱210及计算机220依次电连接。载流摩擦磨损试验系统200能够实时显示磨损量、摩擦力矩、摩擦副温度等数据，同时获取实时摩擦因数，操作更加简单，数据更加准确。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。