Устройство для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к области разработки методов испытаний конструкционных материалов на трение и износ, а также к области измерительной техники, например, измерение электрического сопротивления скользящего контакта. Предложено устройство для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте. Предлагаемое устройство позволяет очень точно определять контактное электросопротивление в зоне трения, так как скользящий измерительный контакт не создает погрешность в показаниях вольтметра при нагружении током высокой плотности (более 100 А/см²). Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте основано на методе амперметра-вольтметра и включает подвижный элемент (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала, токоприемную пластину, контртело на вале машины трения, токовую цепь и цепь измерения контактного падения напряжения, при этом в цепи измерения контактного падения напряжения один потенциометрический вывод соединен с испытуемым материалом через токоприемную пластину, а второй потенциометрический вывод соединен с контртелом через центровочное углубление на торце вала машины трения.

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к области разработки методов испытаний конструкционных материалов на трение и износ, а также к области измерительной техники, например, измерение электрического сопротивления скользящего контакта.

Известно устройство для измерения контактного сопротивления в скользящем электроконтакте методом амперметра-вольтметра. В устройстве собрана электрическая цепь, содержащая 2 токосъемные щетки, диаметрально расположенных на вращающемся контртеле, представляющем собой медный коллектор. Щетки закреплены в стандартные щеткодержатели и прижаты к контртелу под давлением в зоне трения в пределах 0,02-0,08 МПа. К каждой щетке прикреплен токоподвод и потенциометрический вывод. Ток, протекающий по щеткам и контртелу, создает падение напряжения между щетками, которое практически полностью обусловлено падением напряжения 2U в двух зонах контакта щетка-контртело. Контактное сопротивление г зоны трения рассчитывается по закону Ома 2r=2U/i [В.С.Хвостов. Электрические машины: Машины постоянного тока: Учеб. для студ. электром. спец. вузов / Под ред. И.П.Копылова. - Москва: Высшая школа, 1988. - 336 с.] [1].

Недостатком этого устройства является невозможность определить контактное электросопротивление при плотности тока более 50 А/см² , что обусловлено тепловым разрушением стандартных щеткодержателей. Поэтому при разработке и испытаниях новых материалов, находящихся под действием тока плотностью более 70 А/см², требуется щеткодержатель другого типа, обеспечивающий удовлетворительный теплоотвод и возможность измерения контактного падения напряжения.

Эта проблема решается с помощью устройства для определения износостойкости скользящего сильноточного электроконтакта [95186, H01R 39/04, опубл. 10.06.2010] [2]. Устройство состоит из корпуса; подвижного элемента (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала; контртела; штока, выполняющего функцию нагружения и фиксации подвижного элемента; токоприемной пластины, отводящей джоулеву теплоту и фиксирующую подвижный элемент в вертикальной плоскости.

Устройство содержит одну токосъемную щетку (образец), к которой присоединены один токовый и один потенциометрический вывод, закрепленные на теплоотводящей токоприемной пластине. Второй токоподвод соединен с контртелом через станину машины трения.

Недостатком этого устройства является применение потенциометрического вывода, скользящего по поверхности трения. Этот второй скользящий измерительный контакт вызывает слабое увеличение показания вольтметра, т.к. электросопротивление зоны трения скользящего контакта увеличивается при увеличении скорости скольжения.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте. Предлагаемое устройство позволяет более точно определять контактное электросопротивление в зоне трения, так как скользящий измерительный контакт не создает погрешность в показаниях вольтметра при нагружении током высокой плотности (более 100 А/см²).

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте основано на методе амперметра-вольтметра и включает подвижный элемент (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала, токоприемную пластину, контртело на вале машины трения, токовую цепь и цепь измерения контактного падения напряжения, при этом в цепи измерения контактного падения напряжения один потенциометрический вывод соединен с испытуемым материалом через токоприемную пластину, а второй потенциометрический вывод соединен с контртелом через центровочное углубление на торце вала машины трения.

В устройстве второй потенциометрический вывод соединен с центровочным углублением на торце вала машины трения через медный стержень и пружину, установленную на металлической пластине, закрепленной на упорном кронштейне.

В устройстве токовая цепь соединена одним выводом с испытуемым материалом через подвижный элемент, а вторым выводом с контртелом через корпус опорных подшипников, установленных на вале машины трения.

На фиг. а) и б) представлена принципиальная схема расположения токоподводов и потенциометрических выводов на устройстве для определения электросопротивления зоны трения скользящего электроконтакта: 1 - подвижный элемент, 2 - токоприемная металлическая пластина, 3 - испытуемый материал, 4 - контртело, 5 - гайка, закрепляющая контртело, 6 - вал, 7 - упорный кронштейн (текстолит), 8 - металлическая пластина, 9 - пружина, 10 - медный стержень, 11 - опорный подшипник вала, 12 - корпус опорных подшипников, М - направление к торсионному датчику момента силы трения.

Сущность предлагаемого устройства заключается в применении метода амперметра-вольтметра в следующем исполнении:

А) - собирается токовая цепь, в которой ток i протекает через подвижный элемент 1, испытуемый материал 3, контртело 4, вал 6, опорный подшипник 11 и корпус 12 (см. фиг.). Видно, что систему из подвижного элемента 1 и токоприемной пластины 2 можно рассматривать как модернизированный щеткодержатель, способный выдерживать ток, создающий высокую плотность тока в контакте. Подвижный элемент 1 двигается между двумя вертикальными направляющими, электрически изолированными от станины машины трения.

Б) - собирается потенциометрическая цепь, проводящими элементами которой являются токоприемная теплоотводящая пластина 2, испытуемый материал 3 с одной стороны трибоконтакта, и металлическая пластина 8, пружина 9 с припаянным к ней стержнем 10, вал 6, контртело 4 с другой стороны трибоконтакта. Видно, что элементы потенциометрической цепи не включены в токовую цепь, поэтому любой такой элемент не создает какую-либо разность потенциалов, способную влиять на значение падения напряжения U в трибоконтакте. Сопротивление r трибоконтакта рассчитывается по закону Ома, т.е. r=U/i.

Отличительным признаком является применение электрического разъема типа: центровочное углубление на торце вала 6 - медный стержень 10 в потенциометрической цепи. Стержень 10, имеющий диаметр 2 мм, прижат к валу изолирующим кронштейном 7 через пружину 9 с силой 4-5 Н. Таким образом, этот разъем есть скользящий контакт, не влияющий на значение падения напряжения в контакте испытуемый материал 3 - контртело 4 вследствие малости скорости скольжения. Крепление одного из потенциометрических выводов к центровочному углублению на торце вала 6 является принципиальным отличием предлагаемого устройства от известного при измерении контактного падения напряжения.

1. Устройство для определения электросопротивления зоны трения при высокой плотности тока в скользящем контакте, основанное на методе амперметра-вольтметра, включающее подвижный элемент (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала, токоприемную пластину, контртело на вале машины трения, токовую цепь и цепь измерения контактного падения напряжения, отличающееся тем, что в цепи измерения контактного падения напряжения один потенциометрический вывод соединен с испытуемым материалом через токоприемную пластину, а второй потенциометрический вывод соединен с контртелом через центровочное углубление на торце вала машины трения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй потенциометрический вывод соединен с центровочным углублением на торце вала машины трения через медный стержень и пружину, установленную на металлической пластине, закрепленной на упорном кронштейне

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токовая цепь соединена одним выводом с испытуемым материалом через подвижный элемент, а вторым выводом - с контртелом через корпус опорных подшипников, установленных на вале машины трения.