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《西南交通大学》 2011年
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电气化铁路受电弓/接触线摩擦磨损性能及电特性研究

丁涛  
【摘要】:电气化铁路机车的驱动功率约为8000~10000 kW,通过一个受电弓与接触线的滑动接触将其传递到行驶的列车。受电弓/接触线系统由于工作条件恶劣,运行过程中的拉弧与温升导致受电弓滑板和接触线材料磨损严重。弓网系统的使用寿命主要由受电弓滑板和接触线材料的磨损寿命决定。我国电气化铁路机车的受电弓滑板基本依赖进口,消耗巨大。进口受电弓滑板材料的磨损寿命也很低,只有8-10万公里/根。因此,开展受电弓滑板/接触线摩擦磨损性能及电特性的研究能够对国产机车受电弓滑板材料的开发和选用提供重要的指导和理论依据。 在交、直流载流摩擦磨损试验机上,以电气化铁路常用的受电弓滑板/接触线材料为摩擦副进行模拟试验。研究几种受电弓滑板/接触线材料在不同的支撑刚度、法向载荷、速度、电流下的滑动摩擦磨损性能;并探讨接触刚度和法向载荷对受电弓滑板/接触线电接触性能的影响。通过观测试验过程中温度变化及放电现象,探寻弓/网系统中拉弧现象的产生机理及放电强度的影响因数,并系统地研究了接触副温度和放电强度对受电弓滑板/接触线材料摩擦磨损性能的影响。采用显微硬度仪、温度测量仪、数码相机、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、电子能谱仪等分析手段,有效地观测了接触副温度升高和离线电弧的发生,并系统地研究了受电弓滑板/接触线材料的滑动摩擦磨损性能。获得的主要结论如下: 1.当接触刚度k=19000 N/m和法向载荷Fn=160 N时,接触副的放电强度和放电频率得到抑制。销试样磨损率、磨损表面粗糙度和表面损伤都明显减弱;且接触副的摩擦系数稳定。适当接触刚度和法向载荷减轻了受电弓滑板/接触线高速滑动过程中的振动和撞击,它们良好接触使得接触副的离线几率和放电强度减弱,从而减小电弧烧蚀对接触副材料的损伤。因此,适宜的接触压力和支撑刚度能使受电弓滑板/接触线保持良好的接触、延长受电弓滑板/接触线材料使用寿命,又能保证机车的稳定受流、保障列车的稳定运行。 2.采用电弧照片来研究试验过程中的放电强度。采用电路中的平均电流和电流损耗率来评价接触电路受流质量的好坏。平均电流越大,电流损耗率越小,电路中受流质量越好,反之亦然。 3.在电滑动摩擦过程中,出现火花放电和电弧放电两种现象。当接触副发生离线时,接触副间的气体被击穿形成放电,其极性、接触面积和材料特性是造成不同放电现象的主要原因。放电强度随着电流和滑动速度的增加而增大,随着法向载荷的增加而减弱,随着弹簧刚度的增加而先减弱后增强。摩擦热、电流热和电弧热导致了接触副温度升高。无电流时,摩擦副表面温升很低,仅为38℃,通入电流后摩擦副温升显著增加,电流为I=50 A时,接触副温度达到110℃。 4.摩擦系数随着温度的升高先增加,后快速减小,最后趋向稳定;而随着放电强度的增加而稍微增大;温度比电弧放电对摩擦系数的影响更明显。碳滑板磨损量随着接触副温度的增加缓慢增大,而磨损量随着放电强度的增加而呈线性增大;电弧放电比温度对碳滑板磨损量的影响更为显著。无电弧放电时,接触副的主要磨损机制是温升引起的粘着磨损、氧化磨损和剥层磨损;有电弧放电时,接触副的主要磨损机制是电弧放电引起的电弧烧蚀、氧化磨损和粘着磨损;在电滑动摩擦磨损的过程中,也发生了磨粒磨损和材料的转移。在弓/网系统中,应采用降温措施来减小接触副材料的热磨损。尤其是尽量减少离线拉弧现象,避免电弧烧蚀对材料的损伤,延长接触副材料的使用寿命。 5.纯碳滑板/铜接触线在交流高速下摩擦系数为0.24-0.35,有电流时的摩擦系数明显低于无电流时的摩擦系数。无电流时碳滑板磨损率很低,且磨损面积、磨痕深度及表面粗糙度很小;有电流时碳滑板磨损率为无电流时磨损率的10倍,磨损面积和磨痕深度显著增加,表面粗糙度为无电流时的2-3倍,且磨损表面渭动方向上出现电弧烧蚀的黑色流线。滑动速度、法向载荷对受电弓滑板材料磨损性能影响较小,电流作用引起的高温磨损和电弧烧蚀磨损是造成碳滑板磨损加剧的主要因素。纯碳滑板/铜接触线在交流高速下磨损机制呈现为磨粒磨损、电弧烧蚀和氧化磨损,并伴随着材料的转移。 6.浸金属碳/不锈钢、纯碳/纯铜配副对磨时,接触副的摩擦系数稳定且较小,磨损量也较低,符合受电弓滑板/接触线配副的选择要求。而浸金属碳/纯铜接触副的摩擦系数较大,磨损量较高,且运行过程中发生粘着、并发出异常的噪声。对于弓网系统,受电弓滑板、接触线配对使用时要尽量避免电弧放电、尖叫和粘着现象,以免造成受电弓滑板/接触线材料磨损的加剧和影响周围的环境。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U264.34

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张岩;接触网—受电弓系统摩擦自激振动的初步研究[D];西南交通大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱润生,池长青,张建斌;电摩擦效应的机理研究[J];北京航空航天大学学报;2001年02期
2 徐晓峰;宋克兴;杜三明;;载流条件下铜基粉末冶金材料的摩擦磨损行为[J];材料保护;2008年07期
3 温宏权,毛协民,徐匡迪,叶文博;铜电车线材料的研究进展[J];材料导报;1998年01期
4 王贵青,陈敬超,孙加林;电力机车受电弓滑板的研究状况及发展趋势[J];材料导报;2003年01期
5 邵利峰;韦强;徐立新;石宗利;;电力机车受电弓滑板研究进展[J];材料开发与应用;2008年05期
6 马少波;俞建卫;李卫荣;尹延国;解挺;;温度对Cu-Sn10-Pb10减摩复合材料摩擦磨损性能的影响[J];轴承;2008年12期
7 刘芳;王黎;高晓蓉;王泽勇;赵全柯;;受电弓与接触网间的接触压力检测研究[J];电力机车与城轨车辆;2006年06期
8 郭京波,杨绍普,高国生;高速铁路接触网-受电弓系统受流稳定性[J];动力学与控制学报;2004年03期
9 李之乐;世界电气化铁道发展概况[J];电气化铁道;2004年03期
10 贾颖绚;;城市轨道交通直流牵引网供电制式技术研讨会纪实[J];都市快轨交通;2010年01期
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1 张家涛;高性能Cu-Cr(Zr、Mg)自生复合材料研究及其应用[D];昆明理工大学;2001年
2 黄莹;交直流电力系统动态特性分析方法研究[D];浙江大学;2005年
3 董霖;载流摩擦磨损机理研究[D];西南交通大学;2008年
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1 曹利;简支梁桥上博格板式无碴轨道纵向力分析[D];西南交通大学;2007年
2 贾步超;载流条件下1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦磨损性能研究[D];西南交通大学;2008年
3 李灵敏;接触网系统受流质量及浸金属碳载流磨损特性试验研究[D];西南交通大学;2008年
4 卜俊;温度对弓网系统载流磨损的影响[D];西南交通大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张西奎,王成国,王海庆,陈海燕;碳纤维含量对改性酚醛摩阻材料性能的影响[J];工程塑料应用;2003年04期
2 刘建军,朱波,王成国;碳纤维复合材料电力机车受电弓滑板的研制[J];工程塑料应用;2003年08期
3 牛永平;韩明;杜三明;张军凯;张永振;;纳米氧化铝改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能研究[J];工程塑料应用;2010年02期
4 易克传,陈丰;改善犁耕机组牵引性能的探讨[J];安徽技术师范学院学报;2003年01期
5 丁华东,傅苏黎,朱有利,王海军;自润滑滑动摩擦系数研究[J];兵器材料科学与工程;2001年04期
6 康进兴,赵文轸;Cu基、Ni基喷焊层材料的浆体冲蚀性能研究[J];兵器材料科学与工程;2002年01期
7 胡金锁,郝敬敏,李治源,王莹;激光共晶化渗硼层磨粒磨损试验研究[J];兵器材料科学与工程;2002年01期
8 谭兵,赵宝荣,樊建勋,高平;钎焊温度对WC“金属布”钎焊耐磨层性能研究[J];兵器材料科学与工程;2003年01期
9 杜晓东,丁厚福,宣天鹏;稀土对CrB价电子结构的影响[J];兵器材料科学与工程;2004年05期
10 郭亮,丁厚福,杜晓东,严小冲;低碳高合金钢和高锰钢冲击腐蚀磨损特性研究[J];兵器材料科学与工程;2005年02期
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1 黄令;杨防祖;许书楷;周绍民;;Ni-P/Ni-P-PTFE化学复合镀层的显微硬度与摩擦学性能研究[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年
2 陈仕修;程正炎;盖斐;陈堃;;电磁发射中的电磁干扰问题[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
3 国秀花;宋克兴;赵培峰;张永振;张彦敏;;速度对黄铜/Al_2O_3/Cu复合材料载流摩擦副摩擦磨损性能的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
4 宋克兴;国秀花;张永振;王旭;张彦敏;;表层Cr_2O_3弥散强化铜基复合材料电滑动摩擦磨损性能研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
5 曹淑芬;曹耕原;杜冈峰;杨玉;王建明;徐春花;;柴油机水泵轴断裂分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
6 李寅炯;刘金海;李国禄;陈茁;;含碳化物奥铁体球墨铸铁渗硫后耐磨性的研究[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
7 宋克兴;张永振;国秀花;郑翠华;周延军;丁宗业;李韶林;;基于载流摩擦磨损条件下高性能铜基材料的设计与开发[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
8 金学松;温泽峰;张卫华;曾京;周仲荣;刘启跃;;世界铁路发展状况及其关键力学问题[A];工程力学学术研讨会论文集[C];2004年
9 王晓燕;卢芳云;林玉亮;;SHPB实验中端面摩擦效应的实验研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
10 黄智泉;潘健;许健;魏建军;梁肇伟;;Nb对高铬铸铁型堆焊焊条综合性能的影响[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
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1 王兴权;介质阻挡放电降解甲基紫废水及尾气中NO_x的光谱分析及机理研究[D];长春理工大学;2010年
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3 黄丽萍;电晕放电与光催化协同净化室内空气研究[D];大连海事大学;2010年
4 张春明;常压等离子体处理涤纶织物的颜料喷墨印花性能研究[D];江南大学;2010年
5 依成武;新型横向极板电除尘器研究[D];江苏大学;2010年
6 林宝华;具有醇酯结构组成的低酸值抗磨剂提高加氢柴油润滑性能研究[D];华东理工大学;2011年
7 陈琳;低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究[D];浙江大学;2010年
8 徐飞;脉冲放电电凝并结合碱液吸收烟气多种污染物协同脱除研究[D];浙江大学;2009年
9 黎清宁;高锰钢和高铬铸铁的冲击腐蚀磨损行为及交互作用研究[D];昆明理工大学;2008年
10 周晓龙;反应合成AgCuO复合材料的组织均匀化及界面结构研究[D];昆明理工大学;2009年
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1 王茜;空气电离生成气对黄瓜储藏品质影响的研究[D];华中农业大学;2010年
2 张锦志;耐磨铝青铜集电靴组织性能研究及金属型模具设计[D];河南理工大学;2010年
3 秦风;辉光放电触发赝火花开关特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 丁家圆;热处理工艺对高铬白口铸铁组织与性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
5 郭云刚;内生NbC高抗裂耐磨堆焊合金组织和性能的研究[D];郑州大学;2010年
6 郭艳花;DBD等离子体导电特性研究[D];郑州大学;2010年
7 王赞斌;合金材料在低应力划伤条件下磨损性能研究[D];郑州大学;2010年
8 孙彦华;压气机常用马氏体不锈钢冲蚀及盐雾—冲蚀性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王天威;液体电极沿面放电等离子体灭活大肠杆菌的研究[D];大连理工大学;2010年
10 武启;常压射频容性放电氩等离子体中活性气体对放电特性的影响[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 李之乐;世界电气化铁道发展概况[J];电气化铁道;2004年03期
2 刘向阳;郁鼎文;冯平法;;竖直运动平台气动配重的研究[J];机械科学与技术;2006年03期
3 陈光雄;周仲荣;;摩擦噪声有限元预测[J];机械工程学报;2007年06期
4 梅桂明,张卫华;受电弓/接触网系统动力学模型及特性[J];交通运输工程学报;2002年01期
5 陈忠华,郭凤仪,董讷,仲伟深;新型受电弓滑板的设计与实现[J];煤炭科学技术;2005年03期
6 刘伟,陈大融,ProkopenkoVA,吴秀江;静压轴承自控系统的动态特性[J];清华大学学报(自然科学版);2000年05期
7 陈光雄;戴焕云;曾京;周仲荣;;摩擦噪声系统的振动特性研究[J];润滑与密封;2006年09期
8 林修洲;朱旻昊;陈光雄;张卫华;周仲荣;;高速电气化铁路弓/网系统的摩擦磨损研究进展[J];润滑与密封;2007年02期
9 陈光雄;戴焕云;曾京;周仲荣;;摩擦尖叫噪声有限元预测分析的可靠性研究[J];润滑与密封;2009年03期
10 于万聚 ,王晓保;高速接触网-受电弓系统动态受流特性的仿真研究[J];铁道学报;1991年S1期
【二级参考文献】
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1 郑冀,高后秀,李宝银;银基电刷材料组织及性能的研究[J];兵器材料科学与工程;2001年02期
2 郜建新;宋克兴;田保红;徐晓峰;李佩泉;国秀花;;载流条件下Al_2O_3/Cu复合材料的摩擦磨损特性研究[J];兵器材料科学与工程;2007年01期
3 朱润生,张建斌,王之珊;电场影响铁磁流体摩擦系数的试验研究[J];北京航空航天大学学报;1999年05期
4 朱润生,池长青,张建斌;电摩擦效应的机理研究[J];北京航空航天大学学报;2001年02期
5 松山晋作,李春阳;受电弓的受流摩擦学[J];电力牵引快报;1997年01期
6 久保俊一,夏寅;新干线受电弓碳滑板的开发[J];电力牵引快报;1998年03期
7 万传琨;高强度高导电性铜材综述[J];材料导报;1992年03期
8 潘冶,孙国雄;新型功能性共晶复合材料[J];材料导报;1994年04期
9 温宏权,毛协民,徐匡迪,叶文博;铜电车线材料的研究进展[J];材料导报;1998年01期
10 陈文革,王纯;集成电路用金属铜基引线框架和电子封装材料研究进展[J];材料导报;2002年07期
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1 阴存欣;铁路桥梁纵向附加力的静动力非线性分析与仿真研究[D];铁道部科学研究院;2000年
2 张家涛;高性能Cu-Cr(Zr、Mg)自生复合材料研究及其应用[D];昆明理工大学;2001年
3 彭立明;自生复合电车线连续制备过程中工艺参数的交互作用及其控制研究[D];上海大学;2000年
4 徐庆元;高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究[D];中南大学;2005年
5 董霖;载流摩擦磨损机理研究[D];西南交通大学;2008年
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5 王振文;;高速铁路弓网系统动态性能评估[J];铁路技术创新;2011年01期
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1 丁为民;;铜锡接触线及其应用前景[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
2 雷静果;刘平;赵冬梅;井晓天;郅晓;;新一代国产化高速铁路接触线的研究与开发[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 赵亚平;张昭;;二次包络环面蜗杆传动瞬时接触线的确定方法[A];2010全国机械装备先进制造技术(广州)高峰论坛论文汇编[C];2010年
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5 耿旭高;;短砭镰的研究[A];2006全国砭石与刮痧疗法学术研讨会论文汇编[C];2006年
6 刘春姐;徐成海;张世伟;关奎之;;干式螺杆真空泵接触线长度的计算[A];真空获得与测量学术交流会论文集[C];2004年
7 程建强;骆志忠;赵振斌;;浅谈接触线硬点[A];中国电气化铁路两万公里学术会议论文集[C];2005年
8 张强;;客运专线接触线的使用与研究状况[A];中国铁道学会电气化委员会2006年学术会议论文集[C];2006年
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8 夏李斌 黄文娟;江西理工大学研制成功国家“863”计划项目[N];中国有色金属报;2006年
9 杨婧;康远新材料:科技“点金” “借梯”央企[N];江阴日报;2011年
10 邵立勤;大力发展和应用现代轨道交通关键材料[N];科技日报;2003年
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1 丁涛;电气化铁路受电弓/接触线摩擦磨损性能及电特性研究[D];西南交通大学;2011年
2 卢文博;层状结构受电弓滑板的制备及性能研究[D];山东大学;2012年
3 姜国强;弓网滑动电接触摩擦磨损行为研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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1 杨雪松;受电弓滑板材料高速载流摩擦实验机数字控制系统[D];北京交通大学;2011年
2 刘雪娜;新型受电弓滑板材料的制备及性能研究[D];东北大学;2007年
3 陈坤峰;基于曲波变换的受电弓滑板裂纹故障检测[D];西南交通大学;2011年
4 李克欣;铜合金接触线低周疲劳性能研究[D];大连交通大学;2011年
5 赵汝彬;受电弓滑板滑动电接触磨损特性的实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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7 卢瑜挺;滑板倾角对弓网系统碳滑板/铜接触线滑动摩擦磨损性能影响[D];西南交通大学;2011年
8 石立志;基于滑动电接触实验机的摩擦副摩擦磨损特性研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
9 巩浩;接触线几何参数双目视觉测量系统研究[D];青岛大学;2012年
10 陈花丽;高速铁路接触网的疲劳寿命分析[D];天津大学;2012年
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