弓网载流效率及其对碳滑板磨损性能影响的试验研究

目的研究纯碳滑板在高速载流条件下的滑动电接触特性。方法将纯碳受电弓滑板加工成尺寸为120 mm×34.5 mm×25 mm的长方形试样。在环-块式高速载流摩擦磨损试验机上,研究法向压力、滑动速度、电流对弓网载流效率的影响,比较了不同载流效率时碳滑板的磨损形貌。试验过程中实时采集接触副两端的电压、电流以及碳滑板表面温升。每组试验的滑动距离为150 km,试验结束后,用SEM扫描电镜观察碳滑板的表面形貌。结果在电流恒定的情况下,电弧放电能量随着载流效率的增加而降低。在电流I=150A、滑动速度v=150 km/h的条件下,载流效率随着法向压力的增加而增加。在电流I=100 A、法向压力Fn=100N的条件下,载流效率随着滑动速度的增加而减小。在电压U=7 V、滑动速度v=150 km/h的条件下,载流效率随着电流的增加而减小。碳滑板的磨损形貌显示,载流效率较高时,碳滑板以机械磨损为主并伴随着轻微的电弧烧蚀现象;载流效率较低时,碳滑板电弧烧蚀现象非常严重,有明显的烧蚀坑。结论载流效率在一定程度上反映了弓网系统的接触稳定性。载流效率越低,碳滑板磨损越严重。

紫铜/铬青铜摩擦副载流效率研究

以紫铜/铬青铜摩擦副为研究对象,在改装的试验机上进行了载流性能研究。结果表明:载荷和加载电流是影响摩擦副载流效率的重要因素;在载流条件下,摩擦副载流效率随加载电流和载荷的增大而增大。

电弧能量对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流效率及载流稳定性的影响

以铜基粉末冶金/铬青铜为摩擦副,在销-盘式摩擦磨损试验机上进行载流摩擦学特性研究,探讨电弧能量对铜基粉末冶金/铬青铜摩擦副载流效率、载流稳定性的影响。结果表明:载流效率、载流稳定性与电弧能量的大小是密切相关的,电弧能量越大,载流效率、载流稳定性越差;频率相对均匀和瞬间电弧能量密度小的电弧可以维持电流的连续性,有较好的载流稳定性及较高的载流效率,而瞬间较高的电弧能量使载流效率急剧降低,载流稳定性变差;电弧发生及能量大小的随机性与不确定性及电弧对试样表面的侵蚀都导致了销试样间电压与电阻的波动,是载流效率和载流稳定性变差的主要原因。

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。

石墨含量对石墨/铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以石墨/铜复合材料和QCr0.5铜合金为摩擦副,在自制的销盘摩擦磨损试验机上进行不同电流密度下的摩擦磨损试验,考察石墨含量对石墨/铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着石墨含量的增加,石墨/铜复合材料的摩擦因数下降,载流效率和磨损率先下降后升高,石墨质量分数为10%时,载流效率最高,为12.5%时磨损率最低;随着电流密度的增加,石墨/铜复合材料的摩擦因数和载流效率下降,磨损率逐渐增加;石墨/铜复合材料在载流摩擦过程中存在黏着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀,电流密度较大时,电弧烧蚀比较严重。

摩擦速度对铜/碳复合材料载流摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了不同石墨含量的铜/碳复合材料,并借助于自制的载流摩擦磨损试验机研究了摩擦速度、石墨含量对铜/碳复合材料摩擦学性能的影响。结果表明:随着石墨含量的提高,复合材料摩擦因数及载流效率逐渐降低,磨损率先降低随后升高,石墨质量分数为10%时材料磨损率最小;同时随着摩擦速度的提高,摩擦因数及磨损率均逐渐升高,载流效率随石墨含量的不同呈现不同的变化趋势。

伴生电弧行为及其对滑动载流摩擦的影响

针对伴生电弧对载流摩擦过程的影响难以直接评估的问题,采用针/板摩擦副研究单伴生电弧行为及其对载流摩擦的影响。研究结果表明:在单伴生电弧的萌生、发展、湮灭过程中,电流整体呈下降趋势,根据下降速度的不同,可以分为5个阶段;电压降呈现出与电流相反的5个阶段。单伴生电弧的各阶段平均载流效率不高,其值为38%~42%,全过程平均载流效率随着电流增加略有增加。单伴生电弧造成摩擦面的严重破坏,烧蚀区域前端尤其严重,且电流越强其破坏程度越严重。电弧对载流性能和摩擦磨损性能都有害。

载流摩擦参数对铜基复合材料起弧率及载流摩擦学性能的影响

采用压制烧结方法制备了石墨质量分数为10%的铜基复合材料,并将其与QCr0.5铜合金组成摩擦副,在自制的销盘摩擦磨损试验机上进行了载流摩擦磨损试验,研究了摩擦速度和电流密度对复合材料起弧率、载流效率以及摩擦学性能的影响,并对复合材料的磨损形貌进了观察。结果表明:随着电流密度的增大,复合材料的起弧率和磨损率逐渐增大,摩擦因数和载流效率逐渐降低;随着摩擦速度的增大,复合材料的起弧率、摩擦因数和磨损率均逐渐增大,而载流效率则逐渐减小;随着电流密度和摩擦速度的增大,复合材料在摩擦过程中的烧蚀变得越发严重,表面变得更加粗糙。

摩擦速度和电流密度对铜基复合材料载流摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了3%SiC-10%C-87%Cu和10%C-90%Cu两种铜基复合材料,并在销盘式载流摩擦磨损试验机上进行试验,研究了摩擦速度和电流密度对这两种复合材料燃弧率、载流效率以及摩擦因数和磨损率的影响。结果表明：在相同的试验条件下,与C/Cu复合材料相比,SiC/C/Cu复合材料的摩擦因数较大,磨损率较小;燃弧率主要由摩擦材料表面的接触状态及电流密度决定,载流效率受燃弧率的影响较大;当摩擦速度为10~25m·s-1时,两种复合材料的燃弧率均低于10%,载流效率均维持在85%以上,随着摩擦速度增大至30m·s-1,它们的燃弧率均急剧增大,载流效率均急剧降低;随着电流密度增大,两种复合材料的燃弧率均逐渐增大,载流效率均逐渐减小。

波动压力载荷下弓网滑动电接触特性研究

列车运行过程中的弓网压力载荷以类似正弦形式波动,波动载荷对弓网系统滑动电接触性能有显著影响。文中利用销盘式实验机模拟弓网系统接触圧力的波动状态,实验分析了在不同电流密度、运行速度的工况下,压力波动幅度和波动频率对弓网系统受流和磨损的影响机理。研究表明:压力载荷在波动状态下,压力波动幅度的增大和运行速度的增大都会导致载流效率降低和销试样的磨损率增大;电流密度的增大会导致磨损率增大和载流效率的先增后减;压力波动频率的变化对载流效率和销试样的磨损率影响不明显。电弧烧蚀和温度升高造成销表面粗糙是导致磨损率增大和载流效率降低的主要原因。压力波动幅度、运行速度和电流密度是影响弓网滑动电接触摩擦磨损和载流效率的主要因素。