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°。     

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。     

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。     

大电流对碳滑块/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的影响

在高速载流摩擦磨损试验机上研究速度为150 km/h、接触压力为60~120 N试验工况下,200~500 A大电流对纯碳滑板摩擦磨损性能的影响。结果表明:在低电压大电流的载流条件下,铜银接触线和纯碳滑板间主要以短弧放电为主,放电面积大、电弧输出能量高;碳滑块的磨损形式主要以电弧烧蚀、剥离、熔融、汽化为主,机械磨损较小;碳滑板的磨损量、电弧能量随着电流的增大而急剧上升;摩擦因数随着电流的增加先增加后减小;当电流不变时弓网间的电弧能量随着接触压力增加呈先增加后减小的趋势,磨损量则随着接触压力的增加而减小。     

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。     

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。     

受电弓/接触网载流摩擦滑动过程中电弧放电和碳滑板温升的试验研究

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。     

弓网系统滑动电接触表面磨损特征研究

为探究弓网系统受电弓滑板在不同电流、接触压力和滑动速度条件下的磨耗特性,开展弓网载流磨损实验,探讨不同工况下摩擦副的载流效率、电弧能量、摩擦因数和温度;分别使用金相显微镜与表面粗糙度仪对实验后的滑板磨损区域进行分块多次测量,使用一种基于Otsu大津算法的图像处理方法,将凹坑部分从形貌图像中提取并进行标记计算,统计分析不同工况下凹坑面积、数量和粗糙度参数（包括轮廓算术平均偏差和最大轮廓谷深）的变化情况。结果表明：随着电流的增大,凹坑面积和数量增加,粗糙度参数减小;随着接触压力的增大,凹坑面积减小,凹坑数量先减小后略有增大,粗糙度参数减小;随着滑动速度的增大,凹坑面积、数量和粗糙度参数都增大。     

浸金属碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的试验研究

选取地铁刚性接触网中现役的浸金属碳滑板与铜银合金接触线为接触副,模拟地铁弓网的实际运行状况,在环-块式试验机上研究直流电流为200~400 A、法向载荷为15~40 N、滑动速度为40~120 km/h工况下浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能。结果表明：摩擦因数随电流和滑动速度的增大而减小,随法向载荷的增大而增大;磨损量随电流和滑动速度的增大而增大,当电流较小时（如200 A）,磨损量和法向载荷之间存在一个阈值,当电流较大时（如400 A）,磨损量随法向载荷的增大而减小;滑板温度随电流的增大而增大,随法向载荷增大而减小,当电流较小时（如200 A）,滑板温度随速度的增大而增大,当电流较大时（如400 A）,滑板温度随速度的增大而减小;当电流为200~300 A时,其磨损机制主要为机械磨损,当电流为300~400 A时,其磨损机制主要为氧化磨损和电弧烧蚀。     

平均离线距离对弓网电弧特性及碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

采用环-块式载流摩擦磨损试验机研究了平均离线距离对弓网电弧特性及碳滑板载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:法向载荷越小,滑动速度越大,平均离线距离越大;无电流时,碳滑板的磨损率随离线距离的增大而减小;通电后,碳滑板的磨损率和电弧能量均随平均离线距离的增大呈先增大后减小的趋势;通电后的碳滑板的磨损率远大于无电流时的;平均离线距离很小时,碳滑板的磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损及少量的磨粒磨损;平均离线距离较大时,碳滑板的磨损机制主要为电弧烧蚀和氧化磨损,同时伴有少量的粘着磨损和磨粒磨损。     

电压对碳滑板磨损性能和温升的影响

在受电弓/接触网高速载流摩擦磨损试验机上试验研究恒定电流及不同电压下,纯碳滑板与铜银合金接触线载流滑动摩擦时,接触压力和相对滑动速度对纯碳滑板磨损性能和温升的影响。试验结果表明:随着试验电压的增加,弓网间的电弧放电现象更加明显,燃弧时间更长,磨损率先急剧增大后趋于平缓,纯碳滑板的磨损率与温度表现出正强相关性。分析纯碳滑板磨损后的形貌可知:随着试验电压的增加,纯碳滑板的磨损先以机械磨损为主,然后转变为以电弧烧蚀和氧化磨损为主;纯碳滑板表面的电弧烧蚀坑增多且分布较均匀,烧蚀区面积增大。     

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...     

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。     

弓网接触界面热效应与磨损量的数值模拟

在高速/强电流作用下,弓网接触界面摩擦磨损程度的量化是衡量弓网系统电能传输稳定性的重要技术指标。分析影响弓网接触界面磨损量的电流、速度、接触压力等定量因素,在COMSOL Multiphysics软件环境下,对这三个因素造成的弓网接触界面温度变化进行量化,间接反映滑动接触界面的摩擦磨损程度。运用该方法所得的数值模拟结果与试验分析的结果是一致的。     

电弧盘铣加工设计与实验分析

电弧加工因其高放电能量和非接触式加工的特点而在难加工材料去除方面得到了广泛的应用。为研究电弧盘铣加工的加工特性,提出一种基于正交实验的多目标参数优化方法。综合考虑了低转速、低电压条件下,电极转速、工件进给速度、电流、气压和进刀深度等因素对加工材料去除率和电极损耗率的影响,得出了在低转速、低电压条件下电弧盘铣加工多目标优化的最优加工参数组合,提高了电弧盘铣加工的应用性。研究结果为电弧盘铣加工参数的合理制定与加工工艺的优化提供了参考依据。     

降低弓网磨耗的受电弓主动控制策略研究

为了减少受电弓与接触网的磨耗,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论、控制理论和微控制技术基础上,提出一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制策略,并从软件方面对控制系统受到的电磁干扰进行防护设计。受电弓采用该主动控制策略,能明显降低弓网的磨损量,有效控制弓网接触压力的波动,提高和改善高速机车的受流质量。     

接触压力对碳滑板/铜接触线载流摩擦磨损性能的影响

控制电流为250 A,滑动速度为160 km/h,在接触压力50,70,90,110,130 N下,在环-块式载流摩擦磨损试验设备上进行接触压力对碳滑板/铜接触线载流摩擦磨损性能的影响试验,用光学显微镜对滑块的磨损形貌进行观察.结果表明:随着接触压力的减小,滑块的磨损形貌由以较光滑磨损面为主过渡到以受电弧飞溅影响磨损面和多麻坑磨损面为主,主要磨损形式由磨粒磨损过渡到电弧烧蚀磨损,摩擦因数的过渡阶段逐渐明显,稳定阶段的摩擦因数逐渐增大;碳滑板的磨损率随着试验的进行进入稳定期,稳定期磨损率随着接触压力的增加先减小后增加,呈“U”形分布;接触压力的增加可以降低电弧功率和离线率;从碳滑板的磨损率和载流稳定性综合考虑,90 N为最佳接触压力.     

基于粗糙集和ACO-LSSVM的Cr12MoV刀具磨损量预测

针对Cr12MoV刀具磨损量预测问题,提出了一种新的粗糙集和最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的预测方法。将声发射信号提取的能量值和切削要素作为预测模型的输入参数,为了降低运算的复杂性,提出采用粗糙集理论对多维输入参数进行降维处理的方法;为提高预测准确性和精度,利用蚁群算法对LSSVM的参数进行优化,建立基于粗糙集和ACO-LSSVM的Cr12MoV刀具磨损量预测模型。仿真结果表明,所建立的Cr12Mo V刀具磨损量预测模型合理有效,具有较强的推广能力和较高的预测精度。     

表面粗糙度对滑动电接触磨损率的影响

在电气化铁路弓网系统中,磨损率是衡量列车运行状态与接触导线使用状态的重要指标。为了充分模拟弓网系统中磨损率情况,利用自行搭建的滑动电接触摩擦磨损试验机对滑板和接触导线进行摩擦磨损试验,分析滑板表面粗糙度、法向压力、接触电流与运行速度对磨损率的影响。得出结论:滑板磨损率随滑板初始表面粗糙度、接触电流、法向压力、运行速度的增加而增加,而高载荷下粗糙度对于磨损率的影响降低;滑板摩擦从磨合期进入稳定摩擦期存在一个临界表面粗糙度,当滑板初始表面粗糙度值等于临界粗糙度值时,其磨损率最低;不同初始表面粗糙度的滑板在跑合期内磨损过程不同,在稳定摩擦期内磨损过程趋于一致,且摩擦试验后滑板表面粗糙度也接近。     

拉出值对碳滑板/铜银合金接触线载流磨损性能的影响

利用环-块式载流摩擦磨损试验机,通过调节碳滑板往复滑动的行程,来模拟实际工况中的拉出值(定位点处接触线偏移受电弓中心的距离),研究拉出值对电弧放电特性以及滑板/接触线摩擦磨损性能的影响。结果表明:放电频率、电弧能量都随着拉出值的增大而增大;有电流时,碳滑板在无拉出值状态下的温升比其有拉出值时要低,而其在有拉出值状态下表面温升随着拉出值的增大而降低;无电流时,碳滑板温升随着拉出值的增大而降低;当拉出值为0时,碳滑板的磨损率非常低,一般不超过3.090 mm~3/km。当拉出值不为0时,碳滑板磨损率随着拉出值的增大而降低。