弓網(wǎng)系統(tǒng)在電滑動過程中材料轉(zhuǎn)移特性的試驗研究.pdf

1、隨著電氣化鐵路的快速發(fā)展，作為電力機車重要的受流部件，受電弓滑板/接觸線的工作條件變得極為苛刻。本論文基于列車提速后產(chǎn)生的一系列弓網(wǎng)問題，在高速載流摩擦磨損試驗機上開展了如下載流摩擦磨損試驗并得到相應(yīng)的結(jié)論。
　　1.在高速載流條件下，滑板/接觸線之間接觸電阻在列車運動過程中不斷變化。電阻變化引起焦耳熱的變化進(jìn)而影響著系統(tǒng)的溫升。溫度的升高會使材料的物理和化學(xué)特性發(fā)生變化，加劇材料的磨損。在本文的第三章利用環(huán)—塊式高速載流摩擦磨損

2、試驗機模擬高速列車弓網(wǎng)系統(tǒng)在速度v=50～200 km/h、電流I=50～250 A、接觸壓力Fn=30～140 N條件下的運行工況，研究弓網(wǎng)間離線距離、接觸壓力、相對滑動速度對接觸電阻的影響，并對相應(yīng)工況滑板的磨損形貌進(jìn)行了分析。試驗研究發(fā)現(xiàn):在一定范圍內(nèi)，接觸電阻隨接觸壓力的增加而減小，隨相對滑動速度的增大而增大;當(dāng)弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸狀態(tài)良好時，弓網(wǎng)間的接觸電阻很小，在0.0224Ω左右;當(dāng)弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸不良時，在一定范圍內(nèi)接觸電阻隨離線距

3、離的增加而增加。接觸電阻與載流效率的關(guān)系顯示:載流效率隨接觸電阻的增加而減小。隨著相對滑動速度的增加，碳滑板的電弧燒蝕磨損愈發(fā)嚴(yán)重。
　　2.由于滑板材料接觸表面溫升變化對滑板的磨損有很大的影響，探究影響滑板接觸表面溫升變化的因素顯得至關(guān)重要，本文第四章分析了碳滑板表面溫升與電弧放電、滑動速度、接觸壓力和電流的關(guān)系，并探討了磨損形貌隨溫升變化的規(guī)律。試驗結(jié)果表明:碳滑板接觸表面的溫升隨滑動速度、電流和電弧放電能量的增加而增加，隨接

4、觸壓力的增加而減小。電弧能量與滑板溫升的相關(guān)性分析表明，兩者存在非常強的相關(guān)性。碳滑板的磨損形貌觀察顯示，隨著滑塊接觸表面溫升的增加，滑塊的磨損機制從粘著的機械磨損演變?yōu)殡娀g為主。接觸表面不同的溫升對應(yīng)著不同的磨損機制:溫升△t=50℃左右時，碳滑板表面以粘著形式的機械磨損為主;溫升△t=90℃左右時，碳滑板表面以機械磨損為主，并出現(xiàn)少量的燒蝕區(qū)域;溫升在△t=180～200℃左右時，碳滑板表面出現(xiàn)大量的燒蝕區(qū)域，以電弧燒蝕磨損為主

5、;溫升在△t=300℃左右時，碳滑板易出現(xiàn)熱應(yīng)力裂紋，以電弧燒蝕磨損為主。
　　3.材料轉(zhuǎn)移是滑板材料在電弧侵蝕下的主要磨損形式之一。本文第五章通過試驗研究材料轉(zhuǎn)移對滑板磨損的影響，探索影響材料轉(zhuǎn)移的因素，分析研究載流條件下不同接觸副（銅合金滑板材料、鋁合金滑板材料和純碳滑板材料/純銅接觸線和銅銀合金接觸線）的材料轉(zhuǎn)移機理。試驗發(fā)現(xiàn)不同材料在試驗過程中的材料轉(zhuǎn)移量有很大的差異，從而使得磨損量有很大的差異。試驗結(jié)果顯示:三種滑板材料

6、在磨損過程中材料轉(zhuǎn)移率不同，其中鋁合金滑板材料在試驗過程中材料轉(zhuǎn)移率最大，其次是銅合金滑板材料，純碳滑板轉(zhuǎn)移量和磨損量最少。三種滑板材料的轉(zhuǎn)移率均隨著接觸壓力、相對滑動速度和電弧放電能量的增加而增加。不同材料的材料轉(zhuǎn)移形式主要由材料本身的特性所決定:鋁合金滑板發(fā)生材料轉(zhuǎn)移，主要是因為發(fā)生熔融噴濺和粘著磨損而產(chǎn)生;銅合金滑板材料轉(zhuǎn)移主要是因為發(fā)生了氧化磨損;純碳滑板主要是因為材料的升華和粘著黏附而轉(zhuǎn)移。EDS分析表明:材料轉(zhuǎn)移的方向是雙向

7、的;磨損形貌的SEM分析表明:在沒有電流的情況下，鋁合金滑板的磨損機制主要為粘著磨損和磨粒磨損;銅合金滑板的磨損機制主要為粘著、磨粒和氧化磨損;純碳滑板的磨損機制主要為粘著磨損和磨粒磨損。在有電流的情況下:鋁合金滑板表面除了有片狀剝離層外還有電弧燒蝕和熔融現(xiàn)象;銅合金滑板表面有少量的電弧燒蝕和大量的劃痕;純碳滑板磨損表面有燒蝕點和熱應(yīng)力裂紋。
　　4.本文第六章以大量試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合考慮諸多因素（接觸壓力、電流、滑動速度、時間

8、、摩擦系數(shù)和電弧能量）對純碳滑板磨損量的影響，分析各項參數(shù)與純碳滑板磨損量之間的相關(guān)性。利用各參數(shù)變量投影重要性指標(biāo)(VIP)，研究各參數(shù)對純碳滑板磨損量的影響程度。采用偏最小二乘回歸方法(Partial Least-squareregression，PLS)建立各項影響參數(shù)和純碳滑板磨損量之間的模型公式，進(jìn)行純碳滑板材料磨損量的預(yù)測。試驗分析結(jié)果表明:純碳滑板磨損量與各自變量均存在一定的線性相關(guān)性，其中磨損量與電流、速度和電弧放電能量