受电弓滑板材料电弧烧蚀特性研究

摘要

随着我国重载铁路和高速铁路的快速发展，牵引供电系统负荷电流成倍增大，列车运行速度逐步提高，导致弓网电弧频繁产生。电弧烧蚀受电弓滑板，加剧受电弓滑板电磨损，显著缩短其服役寿命，甚至引发弓网故障。弓网电弧烧蚀已成为制约受电弓滑板服役寿命和工作可靠性的关键因素。 目前关于电弧对受电弓滑板材料性能影响的研究多是基于滑动电接触实验展开的，主要关注电弧能量或离线率对受电弓滑板材料摩擦磨损特性的影响，而关于电弧对受电弓滑板材料烧蚀特性的探讨还十分缺乏，从材料改进层面抑制电弧烧蚀及开发具有良好耐电弧烧蚀性能的受电弓滑板材料缺少相应的理论依据。因此，本文开展了系统的受电弓滑板材料电弧烧蚀特性的研究。 本文将电弧与受电弓滑板材料的作用过程分为两个阶段考虑，一是电弧在受电弓滑板材料表面的的产生阶段，二是电弧对受电弓滑板材料的烧蚀阶段。针对第一阶段，本文分别研究了三种受电弓滑板材料的燃弧机理，诊断了受电弓滑板材料参与电弧燃弧过程的主要粒子成分，探讨了不同受电弓滑板材料的组分、微观结构等对电弧产生和发展过程的影响机制，并测算了电弧等离子体的温度参数，发现受电弓滑板材料中金属组分的含量与电弧温度存在正相关关系。 针对电弧对受电弓滑板材料的烧蚀阶段，本文探究了电弧烧蚀后三种受电弓滑板材料的质量损失与燃弧过程中电荷转移量之间的关系，在此基础上定义了受电弓滑板材料的烧蚀率，得到纯碳材料、浸铜碳材料和铜基粉末冶金材料的烧蚀率分别为0.00814 mg?C-1、0.0112 mg?C-1、和0.04395 mg?C-1。纯碳材料的耐电弧烧蚀性能最优。 与此同时，本文还研究了电弧烧蚀后三种受电弓滑板材料表面的形貌特征及物相组成，分析了电弧烧蚀过程中受电弓滑板材料发生的物化反应和温度场演化过程，在此基础上，探讨了三种受电弓滑板材料电弧烧蚀机理，并从材料改进角度提出了提高浸铜碳材料和铜基粉末冶金材料耐电弧烧蚀性能的方法。

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周悦 -受电弓滑板材料电弧烧蚀特性研究(打印版)