一种滑触线集电器机械操作性能的自动检测装置

滑触线已逐步成为移动式用电设备优选的供电方式。福建省产品质量检验研究院的研究人员曾作钦、胡晓芳、陈有昌、孔云，在2020年第3期《电气技术》杂志上撰文，针对滑触线集电器机械操作性能自动检测问题，设计了一种可实现多状态机械操作性能检测的自动装置。
在现代工业生产中，电动葫芦、自动生产线及工地升降机等移动式用电设备得到广泛的应用。这些设备共同的特殊点在于，工作时需要不断地移动位置，而在不同位置需要随时获得动力电源，否则就无法继续移动和工作。这对它们提出了特殊的要求，即移动供电，由此，滑触式母线干线系统（以下简称滑触线）应运而生。滑触线因具有安全性强、导电能力强和性能稳定等特点，成为移动式用电设备优选的供电方式。
导轨耐磨性好、承压能力强以及集电器滑触机构稳定性好是确保滑触线稳定供电的前提。而对滑触线集电器机械操作性能的考核是一种有效的验证评价手段。因此，性能良好的滑触线集电器机械操作性能自动检测装置一直是低压电器检测工作者的研究目标。
有学者设计了一种采用异步电动机驱动、齿轮齿条传动和传统电气控制箱控制的水平方向滑触线耐久性的检测装置。有学者设计了一种采用异步电机驱动、V带和导轨传动以及普通电气控制的水平方向滑触线耐久性的检测装置。有学者设计了一种采用气缸驱动、活塞杆和导轨传动以及普通电气控制的水平方向滑触线寿命及性能的检测装置。
与此不同，本文综合考虑使用场合、精确驱动、传动和控制以及交互方式等多种因素，设计研发出一种采用伺服电机驱动、同步带电动模组传动，利用可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）控制和触摸屏人机交互的、具有水平和垂直双方向滑触线机械操作性能的全自动检测装置。
1 硬件设计
国家标准GB/T 7251.6—2015《低压成套开关设备和控制设备第6部分：母线干线系统（母线槽）》中8.1.5及10.13条关于滑触线集电器机械操作性能试验的要求如下：带有滑触式分接装置的母线干线系统应能够沿母线干线通道的导体来回移动10000次，其滑触接触件应在电压下承载额定电流；分接装置的触轮滑动速度和滑动距离应与其设计使用条件一致，若触轮用于支撑一件工具或者其他机械负载，则应在试验时暂停其等效重量。
因此，根据该要求并综合考虑滑触线使用场合、驱动和传动动力、控制和交互方式等多种因素，本文设计出符合设计使用要求的、可实现3m滑动距离（满足1m和2m两种长度滑触线单元拼接后的检测）和1.5m/s及以下滑动速度的滑触线集电器检测装置。整体硬件系统框架如图1所示。

本文插图
图1 整体硬件系统框架图
从图1中可见，电源模块给人机交互模块和控制模块等供电，通过人机交互模块设置动作参数、运行模式、操作方法，并将其输入执行控制模块；执行控制模块再根据所设计的程序来分别控制驱动模块、传动模块和限位保护模块，配合滑动组件完成机械操作性能的检测工作。
系统还设置了整个系统的急停保护模块，用于意外紧急停电制动；设置了垂直支撑和保护模块，用于可靠实现滑触线的垂直安装，保证集电器在垂直方向的安全滑动。
PLC包含了逻辑控制、时序控制、模拟控制、通信等各类功能，在扩展性和可靠性方面的优势使其被广泛应用于各工业控制领域。本装置的执行控制量包括滑动距离、滑动速度及检测模式等重要参数，因此采用带有16路输入/输出的Samkoon FGs-32系列PLC ，配套Samkoon AK系列基于Android系统的触摸屏，处理器为Cortex A8 。
结合图1所示的硬件系统框架图，利用三维机械设计软件Solidworks设计了检测装置的整体机械构架及硬件布置图，如图2所示。图2中的驱动、传动和限位保护3个核心模块的主要设备及配置如下所述。