弓网接触界面磨损的微尺度模拟及量化

摘要

在高速铁路系统中，弓网系统是为列车供电的关键装备。弓网接触界面条件的好坏直接影响滑板与接触线的使用寿命，也影响到电力机车的连续运行时间、运行速度和运行的安全性。为了使弓网系统电能传输效率提高、稳定性增强，从影响弓网接触界面磨损的因素入手，研究了弓网接触界面的摩擦磨损行为。本文基于滑板服役前后的表面粗糙度，采用试验和数值模拟仿真相结合的方法，分析了速度、电流、接触压力对弓网接触界面滑板磨损量的影响程度。
　　本研究主要内容包括：⑴根据滑板服役前后的表面粗糙度，利用分形方法对滑板粗糙表面进行了建模，并且在软件环境下对其进行了重构。将重构后表面的二维横向轮廓曲线与用轮廓仪测得的表面轮廓曲线进行对比，通过比对来观察重构方法的准确性。⑵在弓网接触界面中，滑板磨损量客观地反映了弓网接触界面摩擦副所经历的摩擦磨损过程，是研究弓网接触界面摩擦磨损行为的重要依据。针对滑板服役前后的表面数据，利用 IBM法对滑板磨损量进行量化分析，推导出了滑板磨损量的计算公式，结合滑板服役前后的表面粗糙度及其轮廓支承长度率计算滑板的磨损量。⑶弓网接触界面摩擦磨损行为的影响因素主要有速度、电流、接触压力等，根据我国某客运专线联调联试的试验数据，对速度与接触压力的关系，电流与接触压力的关系进行了综合研究，分析了速度、电流、接触压力对滑板磨损量的影响程度。通过大量的载流摩擦磨损试验，发现温度在一定程度上表征了磨损量，两者线性正相关。在COMSOL Multiphysics软件环境下，建立弓网接触界面焦耳热与摩擦热相耦合的有限元模型，通过仿真分析，研究了不同电流、速度、接触压力条件下，接触界面温度场的分布与磨损程度之间的变化情况。

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1 绪论

1.1 课题背景及其研究意义

1.2 弓网接触界面摩擦磨损的研究现状

1.3 论文研究内容及方法

1.4 本章小结

2 弓网接触界面微尺度模拟

2.1 表面粗糙度的测量方法

2.2 滑板服役前后表面粗糙度测量

2.3 滑板表面形貌的数值模拟

2.4 滑板表面形貌的重构方法

2.5 本章小结

3 弓网接触界面中滑板磨损量的量化

3.1 磨损量的检测方法

3.2 磨损量的理论分析

3.3 滑板磨损量的表达

3.4 本章小结

4 影响弓网接触界面磨损量的参数集优化

4.1 影响参数集的内在关系

4.2 参数集与滑板磨损量的量化关系

4.3 弓网接触界面温度场的仿真

4.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果