天津地铁6号线弓网异常磨耗问题研究

地铁运行期间刚性接触网线路往往会产生弓网异常磨耗现象,这给地铁列车的正常运行带来巨大安全隐患。文章针对天津地铁6号线存在的弓网异常磨耗现象,首先对其刚性接触网线路中弓网关系进行研究,提出弓网异常磨耗状态在检修、应用与研究过程中的评价标准;然后以此标准为重点,跟踪分析2021年—2022年冬季期间天津地铁6号线弓网异常磨耗状态随环境湿度的变化情况,分析影响弓网异常磨耗状态的关键因素。研究结果表明:冬季隧道内湿度为引发弓网异常磨耗问题的主要原因,控制隧道湿度在35%~65%区间内,同时优化弓网跟随性、行车模式并定期开展碳滑板、网线维护作业,有利于缓解冬季弓网异常磨耗问题。该研究工作可为解决地铁刚性接触网条件下的弓网异常磨耗问题提供理论参考。

洛阳地铁1号线列车受电弓碳滑板异常磨耗分析与改进研究

[目的]检查发现洛阳地铁1号线自试运营以来存在弓网关系恶劣、正线发生弓网拉弧现象,检查发现受电弓碳滑板上有灼烧点且磨耗严重。为解决受电弓碳滑板异常磨耗问题,须研究弓网异常磨耗原因,并提出解决措施。[方法]重点探讨了弓网技术性能、碳滑板材质、弓网打磨、接触压力、外部气候环境温度及湿度等因素对受电弓和接触网磨耗的影响,探讨了弓网异常磨耗的影响因素和磨耗规律。[结果及结论]研究结果表明,洛阳地铁1号线受电弓碳滑板磨耗为中心偏磨型磨耗,为解决此类磨耗问题,特提出针对性的处理措施和预防建议,包括建立接触网、受电弓的专项台账,借鉴同行对弓网异常磨耗的应对经验,根据弓网磨耗情况优化检修方式,充分运用弓网检测棚等信息化检测设备来提升弓网技术参数的监控和调节效率等。

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。

浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能影响研究

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验结果显示,浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能的影响与电弧烧蚀紧密相关。石蜡及其有机产物加剧电弧烧蚀,石蜡的不完全分解会削弱滑板的载流摩擦磨损性能,通过减小法向载荷、加快滑动速度、增大电流均能显著加剧浸石蜡碳滑板在试验中的电弧烧蚀。浸石蜡碳滑板的摩擦系数的变化规律是:随法向载荷、电流的增大呈现减小的趋势,随滑动速度的增加先增大后减小,60km/h时摩擦系数最大;浸石蜡碳滑板的平均电弧能量、磨耗量随法向载荷的增大呈现减少的趋势,随电流的增大而增加,平均电弧能量随滑动速度的增加而增大,磨耗量随滑动速度的增加先增加后减少,60km/h时磨耗量最大;在低速(40km/h)和高速(80km/h)时浸石蜡增强碳滑板的耐磨性能。

受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究

为了研究高速弓网系统材料载流摩擦磨损行为,采用高速环-块式载流磨损试验机,研究了载流200 A、法向载荷70 N、滑动速度80~160 km/h条件下,纯碳滑板/铜合金接触线之间电弧放电现象和纯碳滑板的载流磨损特性,并用光学显微镜来观察滑板磨损表面形貌.研究结果表明：随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电现象逐渐加剧,电弧放电频率先增加后逐渐趋于稳定,电弧平均单次放电能量也增加,滑板磨损量缓慢增加后快速上升;当滑动速度为160 km/h时,试验时间50 min的磨损率（0.037 27 g/km）是试验时间10 min磨损率（0.013 40 g/km）的3倍;高速载流条件下,滑板磨损机理随着试验的进行发生了由轻微机械磨损到重机械磨损伴随轻微电弧侵蚀,最后转变为机械磨损和电弧侵蚀共存状态的变化.

滑板磨耗对受电弓系统服役性能的影响研究

为了实现滑板磨耗形面的描述和它对受电弓服役性能影响的评估,研究了滑板磨耗对弓网系统动力学性能、受电弓抗疲劳性能的影响.首先,通过对比分析大量受电弓滑板实测形面数据,提出以二次函数描述滑板磨耗形面,给出形面形状参数和磨耗深度参数两个特征量,并获得了特征量随运行时间的变化规律;其次,采用模态叠加法建立了考虑滑板形面的弓网耦合动力学模型,探讨滑板磨耗对弓网动态受流性能的影响;最后,根据滑板磨耗形面具有明显的时变性的特点,建立了考虑参数时变的受电弓疲劳寿命预测模型,实现滑板磨耗形面对受电弓抗疲劳性能的影响分析.研究结果表明:滑板形面磨耗增强了弓网系统的跨距周期性,导致该特征主频的幅值增加,且滑板形面的形状参数绝对值越大,弓网动态性能越差;考虑滑板形面磨耗后,受电弓框架部件的预测疲劳寿命缩短,缩短量约为30%~40%,且越处于上端的结构影响越大.

基于神经网络的受流器滑块材料载流磨损预测

针对我国电气化铁路和磁浮交通对受流器滑块材料的性能要求,采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜石墨材料,考察了该材料的载流磨损行为.结果表明:试样的磨损率随着试验载荷、速度、电流密度的增加而增大.载流条件下电流产生的电弧热是磨损率增加的主要因素.建立了摩擦磨损试验参数与磨损率之间的人工神经网络模型.以载荷、速度、电流密度作为网络的3个输入,以运行100km后试样的磨损率作为网络的1个输出,调试设计了一个3×3×1的反向传播(BP)神经网络.对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对材料载流滑动磨损的作用,预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的磨损预测要求.

受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构研究进展

受电弓滑板是电力机车将电网电流取为己用的滑动电接触部件,滑板/接触线磨损过程涉及非常规工况或极端工况下的摩擦学问题。研究受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构的演变规律是提高滑板材料耐磨性能的关键。综述了受电弓滑板材料的载流磨损行为及其磨损面微结构特征的研究现状,重点阐述了在电弧侵蚀作用下滑板材料磨损面微结构的变化及其对应的磨损机制。提出探究磨损面精细结构的演变是掌握摩擦副的磨损机理和调控其磨损行为的关键。

Cu-Ag-Cr-Ce合金材料载流磨损行为的研究

用真空熔炼法制备了Cu-Ag-Cr-Ce合金,借助于载流磨损试验机对该合金的载流磨损行为进行了研究,利用扫描电镜对该合金载流磨损后线材表面的组织形貌进行观察。结果表明:Cu-Ag-Cr-Ce合金的磨损率随滑行距离和受电电流的增大而增大;其载流磨损的主要磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损和电侵蚀磨损;在相同的载流磨损试验条件下,Cu-Ag-Cr-Ce合金材料的耐磨性优于Cu-Ag、Cu-Ag-Cr合金材料。

地铁刚性接触网滑板磨损优化的试验研究

为研究地铁刚性接触网滑板和接触线异常磨耗问题,使用环-块式载流摩擦试验机。基于正交试验法,对4种浸金属碳滑板和铜银合金接触线的电滑动磨损问题进行了多参数影响试验。研究了电流强度、滑动速度、法向力和滑板材料等参数对滑板的磨损量和温度的影响。正交试验结果表明,直流电流是影响滑板磨损量和温度的最重要因素,法向力的影响次之,滑动速度的影响最弱。可以通过不同的浸金属碳滑板与铜银接触线的匹配来获得优化的地铁刚性接触网的耐磨性能。

改性树脂基滑板的制备及其热磨损性能

采用共混改性的聚双马来酰亚胺树脂(PBMI)/腰果壳油改性酚醛树脂(YM)为粘结剂,添加导电相、润滑相和增强纤维相,利用热轧混料,二次热模压及通氢固化等工艺制得改性树脂基受电弓滑板试样。利用TG、DTG和DSC分析方法对树脂基体进行热分析,通过环块磨损试验机对滑板/铜环的高温、干态磨损性能进行测试,利用SEM方法对滑板的磨损形貌进行观察和分析,进而探讨滑板/铜环的热态磨损机制。结果表明:PBMI/YM改性树脂的耐热性优于YM树脂,PBMI/YM改性树脂基滑板的耐磨性明显优于YM树脂基滑板。在环境温度为350℃、磨损时间为30 min时,YM树脂基滑板的磨损率和摩擦因数分别为23.57×10?7 cm3/(N.m)和0.232;而PBMI/YM改性树脂基滑板的则分别为9.88×10?7 cm3/(N.m)和0.144。在磨损过程中,随着环境温度的增加,树脂基滑板/铜环的磨损机制发生由粘着磨损向伴随有轻微剥层磨损的热磨损转变。

滑板材料受流摩擦时接触点瞬态温升对磨损性能的影响

采用有限元法对不同滑板材料 (包括纯碳材料、浸金属碳材料以及铜基粉末冶金材料 )在滑动受流时由摩擦力和接触电阻引起的接触点瞬态温升进行了分析计算 ,同时根据滑板材料的热失重 ( TGA)和差热分析( DTA)试验结果 ,分析了各种滑板材料在受流摩擦时的磨损行为。研究表明 ,在试验参数为压力 70 N、电流 2 0 0A以及滑动速度 80 km· h- 1 的条件下 ,电流是引起碳系滑板材料接触点温升的主要因素 ,并造成纯碳滑板接触区亚表层的高温氧化现象 ,浸金属碳滑板由于材料致密氧化速度较慢 ,同时强度相对也高 ,因而具有良好的耐受流磨损性能 ;而铜基粉末冶金滑板材料受流摩擦时的接触点温升低于其氧化温度 ,所以引起其高受流磨损量的主要因素不是接触点温升 。

120～170km/h条件下碳滑板/铜接触线摩擦磨损性能试验研究

在环—块式高速摩擦磨损试验机上,试验研究电流I=100～300A、滑动速度v=120～170km/h和法向载荷Fn=100～200N条件下纯碳滑板/铜接触线的摩擦磨损性能。结果表明:无电流时,碳滑板磨损率很低,一般不超过0.0014g/km,但摩擦因数较高,一般在0.30以上。加入电流后,碳滑板的磨损率明显增加,达到无电流时磨损率的10倍多;而摩擦因数明显降低,一般在0.24～0.30间波动。观察碳滑板磨损形貌发现,无电流时磨痕面积较小,随着电流的增加磨痕面积不断增大;且磨损面出现电弧烧蚀的黑色流线和麻点。滑动速度、法向载荷对碳滑板摩擦磨损性能影响较小,而电流作用引起的高温磨损和电弧烧蚀是导致碳滑板材料磨损加剧的主要因素。

电弧能量对碳滑板/铜接触线高速滑动摩擦磨损性能影响

在环-块式高速摩擦磨损试验机上,试验研究在交流电场和不同接触压力条件下电弧放电对纯碳滑板/铜接触线高速滑动摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:纯碳滑板/铜接触线的摩擦因数随着接触压力的增大而减小,无电流时,摩擦因数一般在0.38～0.59之间波动,有电流时,摩擦因数一般在0.27～0.57之间波动;随着接触压力的增大,电弧放电频率以及单个采样间隔时间内离线电弧放电能量随之减小;加载100 A电流时,纯碳滑板材料的磨损量高于无电流时滑板材料的磨损量,且磨损量随着接触压力的增大而逐渐减小;碳滑板的磨损率随电弧能量的增大而增大,呈比例关系。

铜基粉末冶金材料载流摩擦学特性研究

以铜基粉末冶金材料/铬青铜为摩擦副,模拟电力机车接触网中受电弓滑板和导线的服役条件,在销-盘式摩擦磨损试验机上进行了载流摩擦学特性研究。研究表明,随着电流的增大,摩擦系数呈下降趋势,磨损率呈上升趋势。试验较低电流(40A和60A)条件下,摩擦表面形成一氧化层;试验较高电流(80A和100A)条件下,摩擦表面覆盖有熔融物。载流条件下,销试样材料表面不断发生氧化,较低电流时,摩擦表面覆盖着一层Fe的氧化物;较高电流时,试样由于表面温度更高,形成Cu的氧化物。

城市轨道交通运营后期弓网异常磨耗整改及预防措施

目前,刚性接触网在城市轨道交通中应用较广,其异常磨耗问题大部分出现在运营初期,即新线刚开通阶段或者有延伸线刚开通阶段,一般与设计、施工等因素有关,其解决方向和思路较明确,但小部分出现在运营后期。文章针对沈阳地铁运营后期弓网异常磨耗发展过程,分析和探讨弓网异常磨耗产生的原因,并提出整改及预防措施。

硅油浸渍对树脂基滑板/铜抗电弧侵蚀磨损性能的影响

采用二次热压和真空浸渍工艺制备树脂基受电弓滑板试样。并模拟滑板正常运行条件进行室内载流磨损实验，通过SEM和EDS分别对滑板磨损表面及其磨屑、截面形貌和滑板元素成分进行分析。结果表明，在载流磨损过程中，随电流密度和滑行速度的增加滑板的磨损率逐渐增大；硅油能有效地抑制滑板／铜在周期性接触．分离条件下产生的交流电弧，未浸渍处理滑板的磨损率比经真空浸渍处理的大1．6～2．1倍；滑板／铜载流磨损机理主要为电弧侵蚀磨损和氧化磨损的交互作用，同时伴随着粘着磨损；在电弧作用下，硅油受热气化和发生热分解吸收部分电弧热，有利于弧隙熄弧。

接触线用Cu-Ag-Zr-Ce合金的电滑动磨损性能

采用真空感应熔炼炉制备Cu-Ag、Cu-Ag-Zr以及Cu-Ag-Zr-Ce合金,利用自制且能模拟接触线实际运行工况的载流磨损试验机对各不同合金线材的电滑动磨损性能进行研究,并借助扫描电镜对磨损前后Cu-Ag-Zr-Ce合金的组织形貌进行分析。结果表明：Cu-Ag-Zr-Ce线材的磨损率随着加载电流和滑行距离的增大而增大;粘着磨损、磨粒磨损和电侵蚀磨损是Cu-Ag-Zr-Ce线材电滑动磨损的主要机制。在同种实验条件下,Cu-Ag-Zr-Ce线材的耐磨性能优于Cu-Ag-Zr和Cu-Ag合金的耐磨性能,相同实验条件下Cu-Ag合金的磨损率为Cu-Ag-Zr-Ce和Cu-Ag-Zr合金磨损率的2~4倍。

地铁受电弓滑板磨耗分析

受电弓与接触网(简称弓网系统)动态受流是通过滑动接触实现的,因此在弓网运行的过程中势必会带来接触线和受电弓滑板的机械磨耗和电气磨损,因此有必要结合弓网系统运行的实际工况,分析影响接触线和受电弓滑板磨耗的主要原因,找出相应的对策。文章基于接触线和滑板的实际磨耗状态,设计一套试验系统,在线测试可能影响接触线和滑板磨耗的技术参数,分析该实际线路中造成二者磨耗的主要原因,并提出改善建议。

滑板倾斜对碳滑板/纯铜接触线高速滑动摩擦磨损性能的影响

使用环-块式高速摩擦磨损试验机,试验研究在交流电场中滑板倾斜对电弧放电以及碳滑板/纯铜接触线高速滑动摩擦磨损性能的影响。结果表明,电流为100 A时,碳滑板材料的磨损量随着接触压力和滑板倾斜角度的增大而逐渐减小,试验盘每转平均放电能量也随着接触压力和滑板倾斜角度的增大而逐渐减小,碳滑板磨损率随着电弧能量的增大而增大;当滑板有倾斜角时,在弓网电滑动摩擦过程中会出现受电弓与接触线分离的状态,且滑板倾角越大,分离的时间就越长,这种现象影响列车受流质量和运行平稳性。因此实际弓网系统中要避免滑板倾斜角过大,滑板倾角应小于2°。