電氣化鐵路受電弓-接觸線摩擦磨損性能及電特性研究.pdf

1、電氣化鐵路機(jī)車(chē)的驅(qū)動(dòng)功率約為8000～10000 kW，通過(guò)一個(gè)受電弓與接觸線的滑動(dòng)接觸將其傳遞到行駛的列車(chē)。受電弓/接觸線系統(tǒng)由于工作條件惡劣，運(yùn)行過(guò)程中的拉弧與溫升導(dǎo)致受電弓滑板和接觸線材料磨損嚴(yán)重。弓網(wǎng)系統(tǒng)的使用壽命主要由受電弓滑板和接觸線材料的磨損壽命決定。我國(guó)電氣化鐵路機(jī)車(chē)的受電弓滑板基本依賴進(jìn)口，消耗巨大。進(jìn)口受電弓滑板材料的磨損壽命也很低，只有8～10萬(wàn)公里/根。因此，開(kāi)展受電弓滑板/接觸線摩擦磨損性能及電特性的研究能夠?qū)?/p>

2、國(guó)產(chǎn)機(jī)車(chē)受電弓滑板材料的開(kāi)發(fā)和選用提供重要的指導(dǎo)和理論依據(jù)。
　　 在交、直流載流摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上，以電氣化鐵路常用的受電弓滑板/接觸線材料為摩擦副進(jìn)行模擬試驗(yàn)。研究幾種受電弓滑板/接觸線材料在不同的支撐剛度、法向載荷、速度、電流下的滑動(dòng)摩擦磨損性能；并探討接觸剛度和法向載荷對(duì)受電弓滑板/接觸線電接觸性能的影響。通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中溫度變化及放電現(xiàn)象，探尋弓/網(wǎng)系統(tǒng)中拉弧現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理及放電強(qiáng)度的影響因數(shù)，并系統(tǒng)地研究了接觸副溫度

3、和放電強(qiáng)度對(duì)受電弓滑板/接觸線材料摩擦磨損性能的影響。采用顯微硬度儀、溫度測(cè)量?jī)x、數(shù)碼相機(jī)、表面輪廓儀、掃描電子顯微鏡、電子能譜儀等分析手段，有效地觀測(cè)了接觸副溫度升高和離線電弧的發(fā)生，并系統(tǒng)地研究了受電弓滑板/接觸線材料的滑動(dòng)摩擦磨損性能。獲得的主要結(jié)論如下：
　　 1.當(dāng)接觸剛度k=19000 N/m和法向載荷Fn=160 N時(shí)，接觸副的放電強(qiáng)度和放電頻率得到抑制。銷(xiāo)試樣磨損率、磨損表面粗糙度和表面損傷都明顯減弱；且接觸副的

4、摩擦系數(shù)穩(wěn)定。適當(dāng)接觸剛度和法向載荷減輕了受電弓滑板/接觸線高速滑動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)和撞擊，它們良好接觸使得接觸副的離線幾率和放電強(qiáng)度減弱，從而減小電弧燒蝕對(duì)接觸副材料的損傷。因此，適宜的接觸壓力和支撐剛度能使受電弓滑板/接觸線保持良好的接觸、延長(zhǎng)受電弓滑板/接觸線材料使用壽命，又能保證機(jī)車(chē)的穩(wěn)定受流、保障列車(chē)的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　 2.采用電弧照片來(lái)研究試驗(yàn)過(guò)程中的放電強(qiáng)度。采用電路中的平均電流和電流損耗率來(lái)評(píng)價(jià)接觸電路受流質(zhì)量的好壞

5、。平均電流越大，電流損耗率越小，電路中受流質(zhì)量越好，反之亦然。
　　 3.在電滑動(dòng)摩擦過(guò)程中，出現(xiàn)火花放電和電弧放電兩種現(xiàn)象。當(dāng)接觸副發(fā)生離線時(shí)，接觸副間的氣體被擊穿形成放電，其極性、接觸面積和材料特性是造成不同放電現(xiàn)象的主要原因。放電強(qiáng)度隨著電流和滑動(dòng)速度的增加而增大，隨著法向載荷的增加而減弱，隨著彈簧剛度的增加而先減弱后增強(qiáng)。摩擦熱、電流熱和電弧熱導(dǎo)致了接觸副溫度升高。無(wú)電流時(shí)，摩擦副表面溫升很低，僅為38℃，通入電流后摩擦

6、副溫升顯著增加，電流為I=50A時(shí)，接觸副溫度達(dá)到110℃。
　　 4.摩擦系數(shù)隨著溫度的升高先增加，后快速減小，最后趨向穩(wěn)定；而隨著放電強(qiáng)度的增加而稍微增大；溫度比電弧放電對(duì)摩擦系數(shù)的影響更明顯。碳滑板磨損量隨著接觸副溫度的增加緩慢增大，而磨損量隨著放電強(qiáng)度的增加而呈線性增大；電弧放電比溫度對(duì)碳滑板磨損量的影響更為顯著。無(wú)電弧放電時(shí)，接觸副的主要磨損機(jī)制是溫升引起的粘著磨損、氧化磨損和剝層磨損；有電弧放電時(shí)，接觸副的主要磨損機(jī)

7、制是電弧放電引起的電弧燒蝕、氧化磨損和粘著磨損；在電滑動(dòng)摩擦磨損的過(guò)程中，也發(fā)生了磨粒磨損和材料的轉(zhuǎn)移。在弓/網(wǎng)系統(tǒng)中，應(yīng)采用降溫措施來(lái)減小接觸副材料的熱磨損。尤其是盡量減少離線拉弧現(xiàn)象，避免電弧燒蝕對(duì)材料的損傷，延長(zhǎng)接觸副材料的使用壽命。
　　 5.純碳滑板/銅接觸線在交流高速下摩擦系數(shù)為0.24～0.35，有電流時(shí)的摩擦系數(shù)明顯低于無(wú)電流時(shí)的摩擦系數(shù)。無(wú)電流時(shí)碳滑板磨損率很低，且磨損面積、磨痕深度及表面粗糙度很??；有電流時(shí)碳

8、滑板磨損率為無(wú)電流時(shí)磨損率的10倍，磨損面積和磨痕深度顯著增加，表面粗糙度為無(wú)電流時(shí)的2～3倍，且磨損表面滑動(dòng)方向上出現(xiàn)電弧燒蝕的黑色流線?；瑒?dòng)速度、法向載荷對(duì)受電弓滑板材料磨損性能影響較小，電流作用引起的高溫磨損和電弧燒蝕磨損是造成碳滑板磨損加劇的主要因素。純碳滑板/銅接觸線在交流高速下磨損機(jī)制呈現(xiàn)為磨粒磨損、電弧燒蝕和氧化磨損，并伴隨著材料的轉(zhuǎn)移。
　　 6.浸金屬碳/不銹鋼、純碳/純銅配副對(duì)磨時(shí)，接觸副的摩擦系數(shù)穩(wěn)定且較小