不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明:在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换。

环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验结果表明:不同环境湿度下,滑动速度和电流强度的增大均会导致电弧能量及滑板温升急剧增大;电弧热是导致温升的主要热源;增大法向力对于抑制电弧放电、降低滑板温升均有显著效果,而对于滑板磨损量变化的影响,不同湿度情况则截然相反;高湿度环境下接触副附着的水膜改善了接触状况和散热情况,电弧能量及滑板温升都小于低湿度环境;低湿度环境下滑板表面受到更严重的机械摩擦,其表面状态相比高湿度更差;在平均湿度较高的夏季适当增加升弓压力,在平均湿度较低的冬季适当降低列车行驶速度可以减少浸金属碳滑板磨损。

刚性接触网中浸金属碳滑板在不同法向载荷下的载流摩擦磨损性能

为了更好地模拟浸金属碳滑板的实际应用工况,设置试验滑动距离为1000 km,使用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟地铁列车在刚性接触网系统中的运行条件,研究浸金属碳滑板在不同法向载荷作用下的载流摩擦磨损性能。试验结果表明:随着法向载荷的增大,摩擦因数不断增大,电弧能量下降,载流效率不断升高,滑板的温度以及磨损率都呈现出下降的趋势;随着滑动距离的增加,滑板的磨损率逐渐降低最后趋于稳定。SEM电镜观察结果表明:法向载荷较低时,浸金属碳滑板表面产生了较多烧蚀坑和裂纹,其磨损形式主要表现为电弧烧蚀以及片状剥落;随着法向载荷增大,滑板表面出现划痕和磨屑,磨粒磨损现象较为明显。研究表明:适当增大法向载荷可以有效抑制电弧的烧蚀作用,减少滑板表面的裂纹和烧蚀坑,从而降低滑板的磨损。

轮对-轨道系统波磨预测模型的建立及预测分析

基于摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,通过轨下垫板等效替代扣件系统,建立轮轴之间采用过盈配合的轮对-轨道系统的有限元预测模型,采用复特征值分析法预测轮轨系统的摩擦自激振动。通过对比所建模型和采用弹簧阻尼对模拟扣件的模型之间的差异,发现所建模型在预测效果上更接近现场测试结果。通过控制变量法研究摩擦因数、轨下垫片等效弹性模量对波磨预测结果的影响。仿真结果表明:摩擦因数在0.2~0.6范围内时,随着摩擦因数的增大波磨发生的可能性会增加;扣件垂向刚度在50~90 MN/m范围内时,随着扣件刚度的增大即轨下垫板等效弹性模量的增大,系统发生不稳定振动的可能性会降低。仿真预测与实验结果一致,进一步验证了模型的有效性。

碳滑板电滑动温升及其对滑板磨损影响的试验研究

使用高速载流摩擦磨损试验机,研究了碳滑板与接触线电滑动摩擦时接触压力、相对滑动速度、电流和电弧放电能量变化对碳滑板温升的影响,比较了不同温升时碳滑板的磨损形貌.结果表明：滑板的温升随滑动速度、电流、电弧放电能量的增加而增加,随接触压力的增加而减小.碳滑板的磨损形貌观察显示：碳滑板的温升会显著影响滑板的磨损形貌,随着温升的增加,碳滑板的磨损就越严重.碳滑板的不同温升对应着不同的磨损机制：温升50℃左右时,碳滑板表面以片状剥离的机械磨损为主;温升90℃左右时,碳滑板表面以机械磨损为主,并出现少量的烧蚀区域;温升在180~200℃左右时,碳滑板表面出现大量的烧蚀区域,以电弧烧蚀磨损为主;温升在300℃左右时,碳滑板易出现疲劳裂纹,以电弧烧蚀磨损为主.

基于最小二乘法的纯碳滑板磨损量预测

利用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟高速列车弓网系统的运行工况,综合考虑弓网间接触压力、电流、滑动速度、时间、摩擦系数、电弧能量等多种因素对滑板磨损量的影响,分析各项参数与纯碳滑板磨损量之间的相关性。利用各参数变量投影重要性指标,研究各参数对纯碳滑板磨损量的影响程度。采用偏最小二乘回归方法(Partial Least-square regression,PLS)建立各项影响参数和纯碳滑板磨损量之间的模型公式,实现纯碳滑板材料在实际运行过程中的磨损量预测。

受电弓/接触网载流摩擦的电弧放电和碳滑板温升试验研究

利用高速载流摩擦磨损试验机的环-块试验台,试验研究电滑动过程中电弧放电和纯碳滑板温升的变化,并探讨法向压力、滑动速度和通电电流对弓网间电弧放电能量和纯碳滑板温升的影响。试验结果表明:载流条件下碳滑板最高温升急剧增大,电弧放电热是造成碳滑板温升的主要原因;增大法向压力能很好地抑制电弧放电和纯碳滑板的温升;电流和滑动速度的增大都不同程度地引起电弧放电能量和纯碳滑板最高温升的增加,且纯碳滑板温升与电流大小呈现近似线性关系。

弓网电弧起弧和熄弧距离及电弧烧蚀磨损的试验研究

利用自行研制的弓网电弧试验系统,研究弓网电弧起弧和熄弧距离。提出一种弓网电弧起弧和熄弧距离在线测量方法,通过试验研究电压、电流对弓网电弧起弧和熄弧距离的影响以及滑板电弧烧蚀磨耗的影响。试验结果显示,弓网离线起弧和熄弧距离随着电压的增大近似呈线性地增大;滑板电弧烧蚀磨损量随着电压和电流的增大而显著增大;电弧烧蚀磨损量与电弧能量密切相关,随着电弧能量增大,滑板磨损量也随之增大。

滑板磨损量和弓网放电能量预测模型的研究及应用

利用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟高速列车弓网系统的运行工况,分析弓网间接触压力、电流、滑动速度和运行时间对电弧放电能量与磨损量的影响。通过偏最小二乘法(PLS)建立电弧放电能量和滑板磨损量的预测模型,并分析各参数对滑板磨损量的贡献。结果表明:电弧放电能量对滑板磨损量的影响最大,其次依次为速度、时间和电流;对电弧放电能量贡献最大的是电流,其次分别为速度和时间,接触压力的贡献最小。基于建立的电弧放电能量和滑板磨损量预测模型,以滑板磨损量与电弧放电能量最低为优化目标,运用多目标优化理论中的理想点法,探索在一定行车区间内弓网参数的优化设置。

轴盘制动对高速列车车轮多边形磨耗的影响

目的 研究高速列车轴盘制动引起车轮多边形磨耗的形成机理,并提出相应的抑制措施。方法 基于摩擦自激振动引起车轮多边形磨耗的观点,建立高速列车拖车轮对-轴盘制动-轨道系统的有限元模型。采用复特征值法,分析制动工况下制动盘和制动片摩擦激励的振动。根据等效阻尼比判断摩擦自激振动的不稳定性,等效阻尼比越小,则不稳定振动发生趋势越强。当等效阻尼比小于–0.001时,不稳定振动的振幅会克服系统阻尼逐渐增大。为了考虑模型中非线性因素的影响,采用瞬时动态仿真,获得制动时轮轨间的法向接触力,通过功率谱密度分析,获得轮轨振动主频。此外,分析轴盘制动系统安装位置和3种类型的制动片对车轮多边形磨耗的影响。结果 轴盘制动系统摩擦制动容易激励出637 Hz左右的不稳定振动,由于复特征值分析与瞬时动态分析求解方法不同,因此该不稳定振动频率的计算结果存在6%左右的相对误差。轴盘制动系统的安装位置对于不稳定振动的发生趋势具有重要影响,考虑到轴盘制动系统实际安装空间,当制动压力角为–10°-10°时,637Hz左右的振动对应的等效阻尼比随压力角的增大而减小。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,在制动时可引起602 Hz左右的不稳定振动。当制动片表面存在复合沟槽结构时,在550-650 Hz内,没有等效阻尼比小于–0.001的不稳定振动。结论 当高速列车运行速度为300 km/h时,轴盘摩擦制动引起的637 Hz左右的不稳定振动可通过轮对传导至轮轨系统中,引起轮轨摩擦功周期性波动,从而导致拖车车轮发生22-23阶多边形磨耗。在满足制动系统安装要求的条件下,适当增大压力角,可减轻由轴盘制动引起的车轮多边形磨耗。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,容易导致拖车车轮发生20-21阶多边形磨耗。在制动片表面添加复合沟槽结构,可抑制由轴盘制动引起的19-23阶车轮多边形磨耗。

地铁刚性弓网系统接触线磨损特性试验研究

为研究地铁刚性接触网系统接触线磨损的规律,以地铁刚性接触网系统常用的浸金属碳滑板/铜银合金接触线作为摩擦副,通过模拟地铁弓网系统运行参数,使用载流摩擦磨损试验机研究有、无电火花放电情况下,浸金属碳滑板与铜银合金接触线直流电滑动过程中磨损量、摩擦因数、载流效率随滑动距离的变化。试验结果表明:电火花放电会使得接触线与浸金属碳滑板磨损量显著上升,出现电火花放电时摩擦因数较小,弓网系统载流效率会明显降低同时出现大幅波动。试验后对碳滑板和接触线表面形貌的观察可知:电火花放电会使得浸金属碳滑板表面烧蚀坑数量和尺寸大小增加,同时会出现滑板材料大面积剥落和表面裂纹增多的问题,接触线表面形貌变得更加粗糙。

高速动车组调试故障统计与分析

高速动车组每列有5万多个零部件,车辆组装完工以后,必须针对造修(造修:新车制造和高级修)动车组进行阶段性的调试工作。造修生产过程中记录车辆调试的各类故障并进行统计分析,发现动车组调试时问题多发的故障类型和问题责任单位,根据故障原因加强零部件制造商及车辆装配环节的质量管控工作,对提升动车组造修竣工质量、降低运行故障率具有非常现实的意义。

碳滑板/接触线摩擦磨损性能

在环-块式试验机上进行纯碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损试验,通过改变转盘转速模拟高速列车弓网系统中碳滑板与接触线在电流为250A,相对滑动速度为160~350km·h-1时,不同相对滑动速度对弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数、电弧放电能量、碳滑板磨损率、碳滑板温升等参数的影响,分析了6个参数与相对滑动速度之间的相关性与不同工况下受电弓滑板的磨损形貌。分析结果表明：弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数随相对滑动速度的增大而降低,电弧放电能量、碳滑板磨损率和碳滑板温升随相对滑动速度的增大而增大;6个参数与相对滑动速度都呈强相关性,其中接触压力稳定性系数、电弧放电能量、磨损率和碳滑板温升与相对滑动速度正相关,Pearson系数分别为0.991、0.996、0.952、0.991,载流效率、摩擦因数与相对滑动速度速度负相关,Pearson系数分别为-0.990、-0.986;随着相对滑动速度的增大,碳滑板的磨损愈发严重,相对滑动速度超过250km·h^-1后,碳滑板表面的裂纹显著增多且深度也明显增大;磨损前后碳滑板的能谱分析表明,碳滑板与接触线间材料的转移是双向的。

基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明:销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。