本發(fā)明涉及一種接地摩擦盤(pán)表面磨耗量激光檢測(cè)裝置，應(yīng)用于軌道客車(chē)接地裝置摩擦盤(pán)可靠性測(cè)試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，我國(guó)軌道交通事業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展騰飛的新時(shí)期。軌道客車(chē)領(lǐng)域是多學(xué)科綜合交叉，多系統(tǒng)集成的重大工程。軌道客車(chē)的接地裝置是一般安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架軸端部位的重要零部件，起到轉(zhuǎn)移車(chē)輛電流，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行接地保護(hù)的作用，保護(hù)了列車(chē)上人員和設(shè)備免受高壓電的傷害，保護(hù)電子信息設(shè)備免受高頻脈沖的干擾，接地裝置的正常工作與否是關(guān)乎行車(chē)安全的大事。摩擦盤(pán)和電刷為軌道車(chē)輛接地裝置重要零部件，接地裝置工作時(shí)，需要保持電刷在摩擦盤(pán)表面繞摩擦盤(pán)自身軸線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間快速旋轉(zhuǎn)，因此摩擦盤(pán)長(zhǎng)時(shí)間工作在具有高溫、通電、摩擦等因素的環(huán)境下，摩擦盤(pán)表面磨耗量是評(píng)價(jià)接地裝置可靠性的重要指標(biāo)。

摩擦盤(pán)磨耗呈直徑、深度、寬度不一的同心圓環(huán)形分布在摩擦盤(pán)表面，對(duì)摩擦盤(pán)磨耗量進(jìn)行檢測(cè)一般是在摩擦盤(pán)表面選取過(guò)圓心的若干軸線(xiàn)，分別測(cè)量每條軸線(xiàn)上的磨耗量并記錄數(shù)據(jù)。目前在實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程中，還是通過(guò)人工移動(dòng)摩擦盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)其磨耗量數(shù)據(jù)采集，不僅存在人為因素帶來(lái)的誤差，而且試驗(yàn)效率低，周期長(zhǎng)。針對(duì)目前接地裝置研究工作任務(wù)量大，要求精度高的現(xiàn)狀，亟待開(kāi)發(fā)一種可機(jī)械自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)接地裝置摩擦盤(pán)表面磨耗量激光檢測(cè)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于軌道客車(chē)接地裝置可靠性檢測(cè)中的接地摩擦盤(pán)表面磨耗量激光檢測(cè)裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)接地裝置摩擦盤(pán)表面磨耗量的機(jī)械自動(dòng)化測(cè)量，具備結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、控制精準(zhǔn)、重復(fù)精度高、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，該裝置可大大提高磨耗量的測(cè)量精度的試驗(yàn)效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種接地摩擦盤(pán)表面磨耗量激光檢測(cè)裝置，其特征在于：包括底座、滑動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在底座上面，用于實(shí)現(xiàn)被試件摩擦盤(pán)水平方向的平移運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上面，用于實(shí)現(xiàn)被試件摩擦盤(pán)繞自身軸線(xiàn)方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，測(cè)量機(jī)構(gòu)固定在底座上且置于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝的被試件摩擦盤(pán)上方，用于測(cè)量被試件摩擦盤(pán)表面磨耗量，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、滑動(dòng)基座、激光位移傳感器、直線(xiàn)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊、傳動(dòng)部分，兩條平行的直線(xiàn)導(dǎo)軌安裝于底座上面，底座前端固連有電機(jī)座，電機(jī)座上固連伺服電機(jī)和滾珠絲杠，伺服電機(jī)和滾珠絲杠的前端分別安裝有帶輪，伺服電機(jī)與帶輪固定連接，直線(xiàn)導(dǎo)軌后端固連有限位塊，用來(lái)限制直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊的行程，直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊上表面固連有滑動(dòng)基座，激光位移傳感器用于測(cè)量平動(dòng)自由度的位移量。

所述的滑動(dòng)基座為中間凹兩邊凸的結(jié)構(gòu)，中間凹的部位的上方設(shè)一缺口，缺口處放置與底座固連的伺服電機(jī)，兩邊凸的部位下方加工有沉孔，通過(guò)沉孔連接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，兩邊凸的部位下方還加工有直螺紋孔，通過(guò)直螺紋孔連接直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊。

所述的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分包括絲母、絲杠滑塊、同步帶、帶輪、滾珠絲杠、滾動(dòng)軸承，伺服電機(jī)輸出軸端通過(guò)軸套定位安裝有帶輪，帶輪通過(guò)驅(qū)動(dòng)同步帶從而帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠結(jié)合絲杠支撐座安裝在電機(jī)座上，絲杠支撐座通過(guò)軸套定位并通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺栓固連與電機(jī)座，滾珠絲杠末端帶輪通過(guò)鎖緊螺母固定，絲母隨著絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)，絲杠滑塊通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺栓與絲母固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座，軸承座內(nèi)部嵌有滾動(dòng)軸承。

所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括摩擦盤(pán)座、角度編碼器、箱體端蓋、箱體、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)，箱體和安裝伺服電機(jī)的電機(jī)座分別通過(guò)螺栓與滑動(dòng)基座固連，在箱體端蓋上方安裝有角度編碼器，用來(lái)獲取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)角度的反饋信息，角度編碼器上方安裝有摩擦盤(pán)座用于被試件摩擦盤(pán)的定位安裝，伺服電機(jī)通過(guò)帶輪機(jī)構(gòu)與蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，摩擦盤(pán)座安裝在蝸輪軸上。

所述的箱體包含圓柱體部分和矩形部分，為一個(gè)“馬蹄”形結(jié)構(gòu)，箱體底部加工有直螺紋孔以便箱體通過(guò)螺栓與滑動(dòng)基座固連，箱體圓柱體部分頂部加工有直螺紋孔以便箱體與端蓋通過(guò)螺栓固連，箱體矩形部分兩側(cè)均加工有可以安裝滾動(dòng)軸承和端蓋的孔座，且孔座的四周均布有直螺紋孔以便端蓋和箱體固連。

所述的測(cè)量機(jī)構(gòu)是將測(cè)量被試件摩擦盤(pán)磨耗量的位移傳感器固連與固定板上，并通過(guò)夾緊塊與導(dǎo)向光杠上下可調(diào)式連接，導(dǎo)向光杠豎直安裝在底座上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、該機(jī)構(gòu)可機(jī)械化驅(qū)動(dòng)摩擦盤(pán)，實(shí)現(xiàn)摩擦盤(pán)沿直線(xiàn)方向的平移運(yùn)動(dòng)和繞自身軸線(xiàn)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度平穩(wěn)，位移轉(zhuǎn)角均可精確控制，相較于傳統(tǒng)試驗(yàn)方法中，通過(guò)人工移動(dòng)摩擦盤(pán)或者通過(guò)手搖式工裝驅(qū)動(dòng)摩擦盤(pán)沿直線(xiàn)平動(dòng)的方式，本發(fā)明大大降低人為因素帶來(lái)的誤差，顯著提高試驗(yàn)精度；

二、該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)摩擦盤(pán)繞自身軸線(xiàn)的回轉(zhuǎn)自由度，并且具備對(duì)回轉(zhuǎn)自由度轉(zhuǎn)角精確控制的能力，可以保證在試驗(yàn)中準(zhǔn)確選擇摩擦盤(pán)表面被試軸線(xiàn)和更換不同測(cè)試軸線(xiàn)，控制精準(zhǔn)，而且大大提升試驗(yàn)效率和精度；

三、本發(fā)明設(shè)計(jì)有與底座固連的激光位移傳感器用于測(cè)量平動(dòng)自由度的位移量、安裝于回轉(zhuǎn)空心軸上的角度編碼器用于測(cè)量回轉(zhuǎn)自由度的轉(zhuǎn)角、安裝于被試件摩擦盤(pán)上方的機(jī)關(guān)為位移傳感器用于測(cè)量摩擦盤(pán)表面磨耗量(獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù))，上述測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息可以通過(guò)數(shù)采系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋，而且測(cè)量精度高，位移傳感器精度可達(dá)0.01mm級(jí)，角度傳感器精度高于±5″，角度測(cè)量可精確達(dá)數(shù)角秒以?xún)?nèi)；

四、本發(fā)明中，用于測(cè)量摩擦盤(pán)表面磨耗量的位移傳感器位于摩擦盤(pán)表面上方，試驗(yàn)前，傳感器相對(duì)于摩擦盤(pán)表面的高度可以通過(guò)夾緊塊沿導(dǎo)向光杠上下滑動(dòng)調(diào)節(jié)，然后通過(guò)高度調(diào)節(jié)旋鈕固定位置，該裝置可根據(jù)不同被試件尺寸，調(diào)節(jié)傳感器至最佳檢測(cè)距離，提高測(cè)試精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)另一側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a是本發(fā)明滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)基座三維示意圖；

圖4b是圖4a背面圖；

圖5是本發(fā)明滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系爆炸圖；

圖6是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)剖視圖；

圖7是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)另一側(cè)面示意圖；

圖9是被試件摩擦盤(pán)安裝位置爆炸視圖；

圖10是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中蝸桿軸系示意圖；

圖11a是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中箱體的三維示意圖；

圖11b是圖11a的俯視圖；

圖12a、圖12b是本發(fā)明測(cè)試磨耗量的位移傳感器安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施構(gòu)成是：包括底座1、滑動(dòng)機(jī)構(gòu)2、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3、測(cè)量機(jī)構(gòu)4，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在底座上面，用于實(shí)現(xiàn)被試件摩擦盤(pán)水平方向的平移運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上面，用于實(shí)現(xiàn)被試件摩擦盤(pán)繞自身軸線(xiàn)方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，測(cè)量機(jī)構(gòu)固定在底座上且置于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝的被試件摩擦盤(pán)上方，用于測(cè)量被試件摩擦盤(pán)表面磨耗量，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如圖2、圖3所示，本發(fā)明滑動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)201、滑動(dòng)基座202、激光位移傳感器203、直線(xiàn)導(dǎo)軌204、滾珠絲杠214、直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊210底座1上表面通過(guò)螺栓固連有直線(xiàn)導(dǎo)軌204，直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊210可沿著直線(xiàn)導(dǎo)軌前后移動(dòng)，底座前端通過(guò)螺栓固連有I型電機(jī)座207。I型電機(jī)座207上加工圓孔以便分別通過(guò)螺栓固連伺服電機(jī)201和滾珠絲杠213，伺服電機(jī)和滾珠絲杠的前端分別安裝有帶輪209，伺服電機(jī)與帶輪通過(guò)頂絲固定，伺服電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)同步帶208從而驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠絲杠上安裝有可隨著滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而前后移動(dòng)的絲母205，絲杠滑塊206通過(guò)沉頭螺栓與絲母固連，絲杠滑塊另一端與滑動(dòng)基座固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座212，絲杠軸承座與底座后端固連。直線(xiàn)導(dǎo)軌后端通過(guò)螺栓固連有限位塊211用來(lái)限制直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊210的行程，直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊上表面通過(guò)螺栓固連有滑動(dòng)基座，底座上通過(guò)螺栓固定有位移傳感器 203，滑動(dòng)基座后端通過(guò)螺栓固定有擋板214以便位移傳感器獲取滑動(dòng)基座相對(duì)于底座的位移數(shù)據(jù)。

如圖4a和圖4b所示，所述的滑動(dòng)基座為中間凹兩邊凸的結(jié)構(gòu)，中間凹的部位的上方設(shè)一缺口，缺口處放置與底座固連的伺服電機(jī)，兩邊凸的部位下方加工有沉孔2021，通過(guò)沉孔連接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，兩邊凸的部位下方還加工有直螺紋孔2022，通過(guò)直螺紋孔連接直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊。

如圖5所示，所述的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分包括絲母205、絲杠滑塊206、I 型電機(jī)座207、同步帶208、帶輪209、絲杠軸承座212、滾珠絲杠213、滾動(dòng)軸承217、絲杠支撐座220，伺服電機(jī)201通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺栓215與I型電機(jī)座 207固連，伺服電機(jī)輸出軸端通過(guò)軸套216定位安裝有帶輪209，帶輪209通過(guò)驅(qū)動(dòng)同步帶208從而帶動(dòng)滾珠絲杠213轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠結(jié)合絲杠支撐座220安裝在I型電機(jī)座上，絲杠支撐座通過(guò)軸套221定位并通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺栓219 固連與I型電機(jī)座，滾珠絲杠末端帶輪通過(guò)鎖緊螺母222固定，絲母205隨著絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)，絲杠滑塊206通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺栓218與絲母固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座212，軸承座內(nèi)部嵌有滾動(dòng)軸承217。

如圖6、圖7、圖8、圖9所示，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括摩擦盤(pán)座302、角度編碼器303、箱體端蓋304、箱體305、蝸桿軸306、蝸輪319、伺服電機(jī)307，箱體305和L型電機(jī)座313固連在滑動(dòng)基座202上，箱體端蓋通過(guò)十字槽沉頭螺釘317固定于箱體上表面，L型電機(jī)座上加工有孔以便安裝固定伺服電機(jī)307，伺服電機(jī)和蝸桿軸306前端都安裝有帶輪311，箱體頂端通過(guò)螺栓固定有箱體端蓋304，用來(lái)測(cè)試本發(fā)明回轉(zhuǎn)角度的角度編碼器303通過(guò)螺栓安裝在箱體端蓋上，角度編碼器上方安裝有摩擦盤(pán)座302用來(lái)承接被試件摩擦盤(pán)301，伺服電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)同步帶312驅(qū)動(dòng)帶輪311轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶來(lái)蝸輪319轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪通過(guò)鍵323與空心軸315同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在摩擦盤(pán)座上的被試件摩擦盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)?？招妮S從上到下依次安裝有摩擦盤(pán)座302、編碼器軸套316、滾動(dòng)軸承和軸套318、蝸輪319、下軸套320、滾動(dòng)軸承308、套筒 321，空心軸下端使用圓螺母322鎖緊，編碼器軸套上端外側(cè)加工有螺紋以便與角度編碼器轉(zhuǎn)子部分固連，蝸桿軸的兩端位于箱體305外側(cè)設(shè)有端蓋309和悶蓋310，用來(lái)將蝸桿軸上的軸承壓緊在箱體305內(nèi)，被試件摩擦盤(pán)通過(guò)安裝在摩擦盤(pán)座上的摩擦盤(pán)定位銷(xiāo)314定位。

如圖10所示，蝸桿軸系中，蝸桿軸306左右兩端分別安裝有滾動(dòng)軸承325 和將軸承壓緊在箱體內(nèi)的端蓋309和悶蓋310，端蓋和悶蓋通過(guò)十字槽沉頭螺釘 324固連在箱體左右兩側(cè)，帶輪311。

如圖11a和圖11b所示，所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的箱體包含圓柱體部分3051和矩形部分3052，為一個(gè)“馬蹄”形結(jié)構(gòu)，可通過(guò)鑄造成型，需加工銑削、鉆孔、攻絲、打磨工序，箱體底部加工有直螺紋孔3053以便箱體通過(guò)螺栓與滑動(dòng)基座固連，箱體圓柱體部分頂部加工有直螺紋孔3054以便箱體與端蓋通過(guò)螺栓固連，箱體矩形部分兩側(cè)均加工有可以安裝滾動(dòng)軸承和端蓋的孔座3055，且孔座的四周均布有直螺紋孔3056以便端蓋和箱體固連。

如圖12a和圖12b所示，所述的測(cè)量機(jī)構(gòu)是將測(cè)量被試件摩擦盤(pán)磨耗量的激光位移傳感器401固連與固定板402上并通過(guò)夾緊塊404與導(dǎo)向光杠406連接，導(dǎo)向光杠406豎直安裝在底座上，激光位移傳感器相對(duì)于導(dǎo)向光杠的高度、俯仰角度、旋轉(zhuǎn)角度均通過(guò)上下移動(dòng)夾緊塊404，并由調(diào)節(jié)旋鈕403、405和鎖緊螺母407調(diào)節(jié)固定。

本發(fā)明的工作過(guò)程和原理是：

試驗(yàn)前，安裝被試摩擦盤(pán)到摩擦盤(pán)座上，并通過(guò)安裝定位銷(xiāo)固定位置，調(diào)整激光位移傳感器的夾緊塊，確定激光位移傳感器合適的高度和測(cè)量位置后鎖緊固定。

上位機(jī)通過(guò)總線(xiàn)控制兩伺服電機(jī)，使其按照設(shè)定位移量精確旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，與底座固連的電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)同步帶運(yùn)動(dòng)，底座電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)沿直線(xiàn)導(dǎo)軌方向移動(dòng)；滑動(dòng)基座上電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)摩擦盤(pán)座沿自身軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。試驗(yàn)過(guò)程中，輸入需要摩擦盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度和前進(jìn)后退的位移指令，摩擦盤(pán)即可按照設(shè)定方式運(yùn)動(dòng)，可以耦合運(yùn)動(dòng)也可以獨(dú)立控制。

機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角度編碼器定子部分通過(guò)螺紋連接固定于箱體端蓋上，角度編碼器轉(zhuǎn)子部分通過(guò)螺紋連接與空心軸上套筒固連，轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行與空心軸同步的轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著空心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，角度編碼器記錄下小達(dá)角秒級(jí)的小角度測(cè)量；機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，激光位移傳感器通過(guò)測(cè)量固連在滑動(dòng)基座上的擋板可以獲得滑動(dòng)基座相對(duì)于底座的位移量；位于摩擦盤(pán)上方的激光位移傳感器在摩擦盤(pán)按照設(shè)定勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，獲取摩擦盤(pán)表面磨耗量數(shù)據(jù)。