載流摩擦磨損機(jī)理研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類探索領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，遇到了眾多特殊工況下的摩擦學(xué)問題，高速電氣化鐵路系統(tǒng)的受流是典型的載流條件下的特殊摩擦磨損問題，目前尚未見到地鐵中使用的鋼鋁復(fù)合式第三軌和受電靴的載流摩擦磨損特性及機(jī)理的研究。 本文通過對銷-盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的夾具和控制部分進(jìn)行改進(jìn)，研制了載流摩擦磨損試驗(yàn)裝置，并用其首次試驗(yàn)研究了地鐵鋼鋁復(fù)合式第三軌與受電靴摩擦副之間的載流摩擦磨損特性。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、電

2、子能譜儀（EDX）、X射線衍射分析儀（XRD）、和表面輪廓臺階儀等微觀手段，系統(tǒng)研究了電流、速度、極性、法向壓力等對鋼鋁復(fù)合式第三軌與受電靴摩擦副之間的載流摩擦磨損特性，揭示了摩擦副的磨損機(jī)制；試驗(yàn)還在CETR UMT—2試驗(yàn)機(jī)上用自行設(shè)計(jì)的夾具，研究了支撐剛度對載流摩擦磨損特性的影響。研究得到的主要結(jié)論和結(jié)果如下： 1、隨著電流和速度的增大，磨損體積損失相應(yīng)增大；電流、法向壓力和速度等的綜合作用導(dǎo)致摩擦表面的溫升，是影響載流摩

3、擦副的摩擦磨損特性的重要因素，相應(yīng)于溫度增大，磨損體積損失增大；表面過渡層中的水膜電解出的氧離子導(dǎo)致受電靴材料的結(jié)合力削弱，表面逐漸疲勞而破壞，受電靴接正極時(shí)的磨損量略大于接負(fù)極時(shí)的磨損量；表面輪廓分析表明，鋼鋁復(fù)合軌的磨損量隨著速度的增大略有增大，但磨損量比受電靴的銷試樣小得多，只在微米量級。隨著電流的增大，摩擦系數(shù)出現(xiàn)較小范圍內(nèi)的波動，有先增大然后減小的趨勢；隨著速度的增大，摩擦系數(shù)減??；不同極性條件下摩擦系數(shù)都比較接近，受電靴接正

4、極時(shí)的摩擦系數(shù)略微較接負(fù)極時(shí)大。 2、載流時(shí)摩擦系數(shù)隨著法向壓力的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢，而無電時(shí)摩擦系數(shù)隨著法向壓力的增大呈現(xiàn)出減小的趨勢。載流磨損體積損失隨著法向壓力的增大均呈現(xiàn)出現(xiàn)先快速減小而后緩慢增大的“U”形變化趨勢，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)最佳法向壓力，此壓力下的磨損體積損失最小，且隨著速度的增大最佳法向壓力相應(yīng)增大。建立的磨損量—法向壓力—速度三維關(guān)系模型（W—F—V model）能與實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果較好的吻合，它對于載流摩擦磨損

5、系統(tǒng)磨損的定量預(yù)測，對于最優(yōu)磨損條件的確定等都具有積極的意義。地鐵第三軌受流時(shí)，對應(yīng)于一定的運(yùn)行速度，最佳法向壓力是最佳的工作壓力，此時(shí)既能保證順利受流，又能使得摩擦副材料總損失量較小，從而對確保行車安全，降低維護(hù)頻率，節(jié)約地鐵運(yùn)行成本等都有一定的實(shí)用價(jià)值。 3、鋼鋁復(fù)合軌和受電靴的受電磨損機(jī)制主要是機(jī)械磨損和電氣磨損，四種機(jī)械磨損機(jī)制分別為粘著磨損、磨粒磨損、氧化磨損和疲勞磨損。電氣磨損和機(jī)械磨損相互加強(qiáng)，電弧燒蝕導(dǎo)致了比機(jī)械

6、磨損大得多的磨損，磨損過程表現(xiàn)為多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果。 4、變支撐剛度試驗(yàn)結(jié)果表明：加載系統(tǒng)的支撐剛度對載流摩擦磨損有影響，不同的支撐剛度條件下，隨著載荷降低，載荷的振幅均增大，且彈性加載的載荷振幅總體上小于剛性加載；對變形能的試驗(yàn)揭示了彈簧的摩擦耗能與變形能的比值越大，吸振能力越強(qiáng)，載流磨損量越小。實(shí)際載流工況中，采用合理的支撐剛度加載，能較好地降低載荷的振幅，減少電弧燒蝕，保證良好的受流。 5、基于摩擦學(xué)的三公理，