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振动对弓网电滑动摩擦磨损性能影响的试验研究

杨红娟  
【摘要】:我国幅员辽阔,十分适合发展高速列车运输,现时我国的高速铁路运行总里程已经达到1万多公里,高速列车的运行速度已经达到300~350km/h。轮轨关系、弓网关系和流固耦合关系是高速列车三大重要技术,深刻影响着高速列车的运行安全和运行成本。我国开行高速列车积累的经验表明,弓网关系很容易造成高速列车行车事故。高速条件下,受电弓滑板一接触线组成的摩擦副的工作条件变得十分苛刻,材料损耗十分严重。本论文基于高速列车弓网异常磨耗问题,以纯碳滑板、浸金属碳滑板为试验材料,在高速载流摩擦磨损试验机上开展了如下的载流摩擦磨损试验研究并得到相应的结论:1.在高速铁路线弓网系统工作参数范围内进行了大量的受电弓滑板一接触线材料的电滑动摩擦磨损试验,对高速弓网电弧放电的规律进行了研究,将电弧放电作了简要的分类,研究了电弧放电对滑板载流摩擦磨损性能和烧蚀特征的影响。结果表明:电弧放电产生的高温是引起接触副材料异常磨损的一个重要原因,电弧放电强度随着法向载荷的增加而变减小,滑板磨损率、滑板表面温度与电弧能量二者之间呈现出近似线性的关系,不同的电弧放电形式对滑板摩擦表面磨损形貌的影响也不相同。2.对高速弓网电滑动摩擦磨损产生电弧放电的原因进行了详细的研究。通过大量的试验研究发现,高速电滑动摩擦磨损过程中滑板的振动对电弧的产生有重要的影响,研究了滑板振动、电弧放电、磨损率、磨损形貌随试验时间的变化规律,结果表明:随着试验时间的增加,滑板的磨损机理也发生了明显的改变。随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电均逐渐加剧。对电弧放电能量和滑板振动的相关性作了分析,结果表明:滑板振动和电弧放电能量之间有着密切的相关性。3.对高速弓网电滑动过程中滑板振动对接触副摩擦磨损性能的影响进行了大量的研究。以浸金属碳、纯碳两种滑板材料为试验对象,测量不同工况条件下其滑板振动加速度,对比了振动加速度对两种滑板载流摩擦磨损性能的影响,得到以下结论:滑板振动加剧了电弧放电现象。电滑动过程中,纯碳/铜接触线、浸金属碳/铜接触线这两种摩擦副的摩擦系数都会随着滑板振动加速度的增加而减小,且基本保持在0.2-0.35之间。在相同试验条件下,纯碳滑板的摩擦系数始终都比浸金属碳滑板大。随着滑板振动加速度的增大,两种滑板磨损率逐渐增大。振动加速了滑板的磨损,浸金属碳滑板耐磨性比纯碳滑板的好一些。滑板振动对滑板磨损机理影响明显:振动较小时,两种滑板的主要磨损形式均为磨粒磨损和黏着磨损;当振动较大时,纯碳滑板磨损形式为以烧蚀坑和热应力裂纹为主的电弧侵蚀,而浸金属碳滑板的主要磨损形式是电弧侵蚀和剥层。另外,滑板材料不导电区域随着振动加速增大而增加,在相同试验条件下,纯碳滑板的导电性能较浸金属碳滑板的好一些。4.在高速250~350km/h的速度范围内对受电弓一接触线的电滑动摩擦磨损性能进行了详细的试验研究,得到以下结论:非载流条件下,在高速250~350km/h速度范围内,滑动速度对滑板振动、接触副表面温升、滑板磨损率的影响均不大。载流条件下,试验速度对接触副表面温升、摩擦系数、滑板磨损率以及滑板表面磨损形貌影响较大。


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