滑动摩擦条件下电弧的产生及其对载流摩擦磨损性能的影响

摘要

本文以铜基粉末冶金材料/铬青铜为摩擦副，模拟电力机车受电弓滑板/接触网系统的服役条件，在 HST-100载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损实验，研究了电力机车弓网系统在运行过程中产生电弧不同类型。并探讨了材料成分、电流、载荷、滑动速度以及摩擦副表面几何形貌对各类电弧产生以及摩擦磨损性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪、能谱仪(EDS)等仪器对销试样摩擦表面形貌进行了表征分析，同时探讨了不同参数对各类电弧产生的影响。
　　研究结果表明，随着接触载荷的逐渐增大，摩擦系数逐渐降低而磨损率则呈现先降低后升高的趋势，载流效率因为载荷的增加而升高，同时摩擦过程中电弧的起弧率也是先降低后升高。因此在电力机车运行过程中，弓网间接触载荷存在一个最佳值，载荷过小弓网间接触不稳定，容易产生电弧，载荷过大则会导致磨损的加剧。
　　随着摩擦速度的增大，摩擦系数和磨损量都呈增大趋势，同时载流效率在低速时较高且相对比较稳定，但随着速度的提高，由于冲击的加剧载流效率则急剧降低；起弧率随着速度的提高而提高。
　　随着电流密度的增大，摩擦系数逐渐降低，摩擦过程中电弧率及磨损率逐渐升高，同时在摩擦过程中载流效率也逐渐降低，在此过程中电弧烧蚀对磨损的影响起着决定作用。
　　随着 Cu/C复合材料中石墨含量的提高，摩擦过程中摩擦系数逐渐降低，并最终趋于稳定，同时磨损率以及起弧率均呈现先降低而后升高的趋势，载流效率则呈现先升高后降低的趋势，这些充分说明存在一个合适的石墨含量使 Cu/C复合材料在载流摩擦过程中的耐弧、耐磨损以及载流性能最好。
　　随着表面粗糙度的降低，摩擦过程中摩擦系数先降低而后升高，磨损率逐渐降低，摩擦过程中起弧率逐渐降低；由于表面接触较好在摩擦过程中载流效率逐渐升高并最终趋于稳定。
　　通过对材料摩擦后表面的微观形貌进行分析表明：随着接触载荷的增大，电弧烧蚀得到有效地抑制；当摩擦速度大于25m/s时，摩擦表面电弧烧蚀比较严重；随着电流密度的增大，粘着磨损在磨损中占据了主导作用；在一定的范围内提高石墨含量可有效抑制电弧的产生，减轻电弧烧蚀；随着摩擦表面粗糙度的降低，磨损中电弧烧蚀及粘着磨损得到抑制，磨损机理逐渐转化为磨粒磨损。

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2弓网系统载流摩擦磨损研究

1.3弓网系统电弧理论

1.4弓网电弧的研究现状

1.5 本课题提出的意义及主要研究内容

第2章 试验设备及研究方法

2.1试验设备

2.2 试验材料

2.3 试验方案

第3章 载流摩擦中电弧及载流质量的分析

3.1载流摩擦中的电弧

3.2载流质量的描述

3.3载流摩擦中各因素对起弧率及载流效率的影响

3.4小结

第4章 载流摩擦磨损性能及磨损机理的分析

4.1材料的摩擦磨损

4.2摩擦磨损机理

4.3接触载荷对摩擦磨损性能及磨损机理的影响

4.4摩擦速度对摩擦磨损性能及磨损机理的影响

4.5电流密度对摩擦磨损性能及磨损机理的影响

4.6石墨含量对摩擦磨损性能及磨损机理的影响

4.7表面粗糙度对摩擦磨损性能及磨损机理的影响

4.8 小结

第5章 结论

5.1结论

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果