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弓网系统载流滑动摩擦磨损性能的影响因素研究

章赛丹  
【摘要】:从生态和经济两方面考虑,电力牵引是铁路牵引的最佳方式。电气化铁路电力机车获得动力的关键部位是弓网系统。随着电气化铁路的建设,特别是高速铁路的建设,对弓网系统提出了更高的要求。目前,弓网系统的载流摩擦磨损问题已经成为高速铁路发展的关键问题之一。 本文使用环-块式载流摩擦磨损试验设备,研究了接触压力、速度的波动和电流的变化对碳滑板/铜接触线载流摩擦磨损性能的影响,以及滑板在接触压力、电流和运行速度相同的情况下出现的异常磨损行为。结果表明: (1)接触压力的大小对滑块的表面形貌有一定的影响;载流摩擦磨损过程的磨损形式主要有磨粒磨损、电弧烧蚀和材料的转移,接触压力较大时的磨损形式以磨粒磨损为主,接触压力较小时的磨损形式以电弧烧蚀为主。摩擦系数随时间的变化存在两个阶段——前期的过渡阶段和后期的稳定阶段,接触压力的减小会增加过渡阶段的时间,即增加了系统进入动态平衡状态的时间;摩擦系数随着接触压力的增加而减小。滑板的磨损过程也分为过渡阶段和稳定阶段,过渡阶段的磨损率大于稳定阶段;滑块稳定阶段的磨损率随着接触压力的增加先减小后增加。随着接触压力的增加,电弧功率和离线率都有所下降;在一定的范围内,接触压力的大小对载流效率的影响不大。滑块稳定期磨损率与平均电弧能量呈正比例线性关系。接触压力较小时,振动幅值突变可能是大电弧(电压降ua40V时产生的电弧)产生的原因之一。 (2)随着滑动线速度的增加,摩擦系数的变化不大,滑板磨损率、电弧功率和离线率有所增加。随着滑动线速度波动幅值的增加,摩擦系数波动变化逐渐规律化,在速度从减速到加速(或加速到减速)的转变时刻,往往对应着摩擦系数的极大值,而摩擦系数的极小值出现在加速或减速的过程中。当滑动线速度波动幅值增加到一定值时,滑板磨损率、离线率和平均电弧能量都比在滑动线速度处于稳定状态时的要大,保持稳定运行速度是降低磨损的方法之一。 (3)电流的减少会引起摩擦系数增大的同时也会减少滑板的磨损。相同的电流变化梯度下,电流从50A到0时的摩擦系数梯度要比电流从250A到200A时的大,而电弧功率的梯度是一样的。 (4)在接触压力、电流和运行速度相同的情况下,受电弓滑板载流滑动摩擦试验时发生的异常磨损行为,可能与试验初期的加速度有关。同时,异常磨损的发生与滑块的振动情况和电弧燃烧情况或者说是滑块温度分布有关。振动越剧烈磨损越大;电弧燃烧释放的能量越大,滑块的温度越高,磨损越大。


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