电压对碳滑板磨损性能和温升的作用机理的试验研究

摘要

电气化铁路具有速度快、运输能力强和安全舒适等优势，已成为我国轨道交通运输的主力。受电弓/接触网系统是电气化铁路的重要组成部分，也是电气化铁路机车提速急需突破的关键技术之一。受电弓滑板与接触网导线组成了一对复杂环境下的高速载流滑动摩擦副。受电弓滑板通过高速滑动摩擦从接触网导线上取得电能供电力机车使用，然而，受电弓滑板的服役环境恶劣，磨损严重且寿命周期短。因此，研究受电弓滑板的载流摩擦磨损性能是促进电气化铁路发展的基础，具有十分重要的现实意义。
　　利用自主研制的大功率环—块式高速载流摩擦磨损试验机，本文对受电弓碳滑板的载流摩擦磨损性能进行了一系列的研究。主要研究了恒定电流条件下，电压对碳滑板的摩擦磨损性能和温升的影响，并得到了以下结论:
　　1.不同的法向压力和相对滑动速度下，碳滑板温升和电弧放电能量均随电压的增大而增大，呈现出先急剧增大后平缓上升的趋势。载流效率也随电压的增大而增大，而且呈现出近似线性增大的趋势。
　　2.碳滑板的磨损率随着电压的增大而增大，呈现出先快速增大后平缓上升的趋势。线路有电压时，碳滑板的摩擦系数高于线路无电压时的摩擦系数。碳滑板的摩擦系数随电压的增大而减小，并逐渐接近于线路无电压时碳滑板的摩擦系数。碳滑板的磨损率与碳滑板温升和电弧放电能量均呈现出正强且线性相关性，相关性系数分别达到0.94651和0.96248。
　　3.不同电压下，碳滑板的磨损形貌呈现出了较大差异。当电压U=3.5 V时，弓网载流滑动主要以机械磨损为主，在接触区伴随着少量的电弧烧蚀磨损;当电压U=167 V时，弓网载流滑动主要以电弧烧蚀磨损为主，碳滑板表面出现大量不均匀的烧蚀坑和少量的大裂纹;当电压U=667 V时，碳滑板表面出现较均匀的烧蚀坑和大量的细小裂纹。
　　4.线路有电压时，法向压力的增大有助于改善碳滑板的摩擦磨损性能，且电压越大，作用越明显;相对滑动速度的增大加剧了碳滑板的磨损，当相对滑动速度v＞150km/h时，相对滑动速度的增加对碳滑板磨损的影响越明显。相对滑动速度对碳滑板摩擦磨损性能的影响本质是改变了碳滑板与接触线的瞬时法向压力，从而改变了弓网系统的稳定性。相比于法向压力和相对滑动速度，电压对碳滑板摩擦磨损性能的影响更加显著。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电气化铁路的发展史

1．2 弓网系统

1．3 弓网系统的研究现状

1．3．1 弓网系统载流摩擦磨损性能的研究方法

1．3．2 弓网系统载流摩擦磨损性能的研究进展

1．4 课题的研究意义及内容

第2章 试验准备及研究方法

2．1 试验系统和测试设备介绍

2．1．1 试验系统

2．1．2 数据采集系统

2．1．3 测试分析设备

2．2 试验方案设计

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验参数

2．3 试验步骤和数据分析方法

2．3．1 试验步骤

2．3．2 试验数据的分析计算

2．4 本章小结

第3章 电压对碳滑板温升的影响

3．1 碳滑板温升

3．1．1 碳滑板的温升

3．1．2 碳滑板温升的测量与计算

3．2 电压对碳滑板温升的影响

3．2．1 法向压力对碳滑板温升的影响

3．2．2 相对滑动速度对碳滑板温升的影响

3．2．3 分析和讨论

3．3 本章小结

第4章 电压对弓网间电弧放电能量和载流效率的影响

4．1 电弧放电的产生及影响

4．2 电压对弓网间电弧放电能量和载流效率的影响

4．2．1 法向压力对弓网间电弧放电能量和载流效率的影响

4．2．2 相对滑动速度对弓网间电弧放电能量和载流效率的影响

4．2．3 分析和讨论

4．3 本章小结

第5章 电压对碳滑板摩擦磨损性能的影响

5．1 电压对碳滑板磨损率和摩擦系数的影响

5．1．1 法向压力的影响

5．1．2 相对滑动速度的影响

5．1．3 分析和讨论

5．2 碳滑板载流磨损性能的综合评估

5．2．1 相关性分析

5．2．2 碳滑板磨损形貌的分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文