弓网动态熄弧装置研究

电力机车弓网接触的动态特性,是保证机车可靠运行的重要技术特征.机车高速运行时弓网间离线产生的电弧,对机车安全运行会造成一定的影响.文中对如何消除弓网间离线产生的电弧作了一些探讨,提出了熄弧的方法,并研究设计了熄弧装置,希望对机车的安全运行有所帮助.     

高速铁路弓网电弧的研究现状

从电弧的形成机制、电弧侵蚀及其影响因素、电弧对摩擦磨损性能的影响以及电弧抑制方法 4个方面,综述当前电弧的研究成果,归纳出电弧对摩擦磨损性能的影响及目前采用的熄弧方法,并指出各种有效熄弧方法的研究是未来电弧理论研究的方向。     

弓网电弧模拟发生装置及其试验

随着高速铁路的快速发展,弓网电弧现象及危害愈发明显,值得深入研究。对国内外现有弓网电弧模拟发生装置进行了综述分析,设计了一套弓网电弧模拟发生装置。该装置通过旋转轮盘与碳刷相对运动,产生旋转电弧,能够模拟受电弓与接触网的相对运动。试验初步测试了电弧对系统的电压电流的影响。     

高速电气化铁路弓/网系统的摩擦磨损研究进展

概述了高速电气化铁路弓/网系统接触线与滑板材料的研究与应用现状,分析了其摩擦磨损过程,综述了国内外对弓/网摩擦副的摩擦与磨损行为及机制的研究现状,并指出了该方向研究的严重滞后性以及今后需要重点研究的方向。     

AZ91D镁合金微弧氧化过程中熄弧的初步探讨

镁合金的比重比铝合金还小,但是它的能量衰减系数大,而且具有优秀的电磁屏蔽等优点,作为2l世纪理想的电子产品外壳材料而广为人知。采用AZ91D型镁合金作为试验材料,比较了镁合金在2种熄弧方式下微弧氧化的现象及其表面性能。结果表明：自然熄弧和强制熄弧状态下电弧的形态有明显的区别。发展方向主要表现为自然湮灭圆弧向周围发展,强制熄灭弧主要向纵深发展;2种熄弧方式对膜厚影响不大;自然熄灭电弧获得的陶瓷膜粗糙,表面有白色斑点、孔,有时会导致工件报废,而强制熄弧状态下形成的膜层表面相对光滑,陶瓷膜与基板紧密结合,性能良好。     

镁合金微弧氧化过程中熄弧方式对膜层性能的影响

在镁合金微弧氧化过程中存在一种气体持续燃烧,造成工件失效、报废的现象。为了解决这一问题进行了氧化过程中电弧控制的研究。自然熄弧和强制熄弧是电弧熄灭的两种方式,比较了两种电孤的现象,并讨论了两种熄弧状态下得到的微弧氧化陶瓷层的性能。结果表明：自然熄弧状态下得到的陶瓷膜粗糙,表面有孔洞,导致工件失效;强制熄弧状态得到的膜层表面光滑,陶瓷膜与基体结合紧密。     

Cu-Diamond复合材料的多次电弧烧蚀性能研究

采用真空热压烧结法制得金刚石分布均匀,且与铜基结合良好的Cu-Diamond复合材料(金刚石体积分数为5%)。在空气气氛中对Cu-5vol.%Diamond复合材料进行多次电弧烧蚀,通过场发射扫描电子显微镜(SEM)和三维激光共聚焦显微镜(3D LSCM)对烧蚀表面进行观察分析,利用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对烧蚀后的成分进行分析,结果表明,经过100次9 kV高电压电弧烧蚀后,复合材料烧蚀区域中的铜基体出现熔化和溅射,并被氧化成了CuO和Cu₂O,同时金刚石颗粒较大幅度提高了该复合材料的抗电弧烧蚀能力。     

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。     

维弧对变极性等离子电弧特性的影响

变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc, VPPA)焊接在厚板铝合金焊接中具有独特的优势.维弧及其维弧电源对变极性等离子电弧形态、力学特性和电弧静特性等有重要影响.通过高速摄像、压力传感器和基于工控机的信号检测系统,分析了维弧对变极性等离子电弧形态、电弧力和焊接工艺的影响规律.发现在变极性等离子弧反极性期间由于维弧电源的分流作用,电弧力下降,并易造成双弧和降低电弧电压等现象.试验结果对变极性等离子弧焊接工艺稳定性及其焊接过程控制有重要的理论指导意义.     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

冲蚀与气蚀复合磨损试验装置及其试验研究

在分析典型含沙水流的冲蚀、气蚀磨损试验设备和方法的基础上,针对我国水力机械和水工建筑的特殊损伤破坏形式提出了基于射流的水下冲蚀与气蚀复合磨损试验设备和方法。实验室泥沙冲蚀与气蚀复合磨损模拟试验结果表明,该试验装置设计合理,可以在较短时间内获得试验数据。对2种典型的耐磨不锈钢材料进行了冲蚀磨损试验研究,发现2种材料在冲蚀磨损过程中伴随有气蚀作用机制,材料损伤的实质是冲蚀与气蚀的复合磨损。     

40Cr的冲蚀磨损性能研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以45^#钢为对比材料,对40Cr的冲蚀磨损性能进行了试验研究,结果显示40Cr的冲蚀磨损规律与45^#钢基本相似,而耐冲蚀磨损性能比45^#钢稍强。在电子显微镜（SEM）下对40Cr和45^#钢冲蚀磨损表面形貌进行观察,分析表明：40Cr和45^#钢的冲蚀磨损机制都是硬质砂粒对材料表面的微切削作用。     

冲击形式产生的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验研究

舰船等海洋运输装备在海水中行驶时,船体表面受到含沙海水的冲蚀磨损,舰船行驶速度变化引起的空蚀磨损,以及海水的腐蚀磨损,因此舰船表面材料的破坏形式是冲击式的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损。为了研究联合磨损的影响因素,研制冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验台,并实验研究沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度以及冲蚀速度对45钢试件的联合磨损影响规律。实验结果表明:冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损程度强于冲蚀和空蚀交互磨损或单纯腐蚀磨损,在较低的沙粒浓度和较低的含盐浓度条件下,金属材料联合磨损质量损失与沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度和冲蚀速度均成正比关系。磨损面形貌分析表明:随着沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度、冲蚀速度的增加,试件表面的冲蚀沟和空蚀孔的磨痕深度和面积增大,而在人造海水中,试件表面不仅存在冲蚀沟和空蚀孔,还产生了腐蚀坑。     

QT500的冲蚀磨损试验研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以灰口铸铁（HT200）为对比材料,对球墨铸铁（QT500）的冲蚀磨损性能进行了试验研究,结果显示QTS00的冲蚀磨损规律与HT200基本相似,而耐冲蚀磨损性能比HT200稍强。在电子显微镜（SEM）下对QTS00和HT200冲蚀磨损表面形貌进行观察,分析表明：QTS00的冲蚀磨损机制是硬质砂粒对材料表面的微切削作用,而HT200的冲蚀磨损机制是因赫兹裂纹导致的脆性脱落。     

Arc Erosion Wear Characteristics and Mechanisms of Pure Carbon Strip Against Copper Under Arcing Conditions

The wear behavior of pure carbon strip against copper (carbon/copper pair) under continuous arcing condition was investigated. To simulate the extreme condition of continuous arc discharge at high current, sliding wear tests were conducted on a home-made wear tester. The arc erosion wear characteristics and mechanisms of carbon/copper pair were studied by analyzing the wear scars and wear debris of the carbon strip in detail. Therefore, various analytical techniques, including Raman spectroscopy, transmission and scanning electron microscopy, and focused ion beam systems, were utilized to characterize the wear scars and wear debris of the carbon strip. The results show that the wear rate and the degree of arc erosion of the carbon strip increase with increasing electric current density. Typical entwined turbostratic carbon nanospheres (ETCNs) exhibited sphere-like stacking structure that were observed in the microstructure of the wear debris of the carbon strip produced during the friction process with current, which is the characteristic of the textural changes in carbon materials under combined arcing and sliding friction conditions. Moreover, the number and size of ETCNs increase with the electric current density increase. The arc erosion wear mechanisms of the carbon/copper pair are mainly due to the synergetic action of oxidation ablation, local electric arc impact and high-temperature graphitization under continuous arcing.     

电弧喷涂制备高硬度、耐磨、抗氧化涂层及其性能研究

腐蚀和磨损是材料破坏的主要形式。在高温工况下，不仅要求涂层具有较高的耐磨性，还要有一定的抗高温氧化性能。采用电弧喷涂的技术制备了1种高硬度、耐磨、抗氧化涂层，测试涂层的硬度、结合强度、磨粒磨损、气孔率以及微观组织结构，并进行了分析讨论。     

闭式高压细水雾灭墙角火的试验研究

为了掌握闭式细水雾灭墙角火的规律,在不同流量特性k系数、压力、喷射角状况下进行了多次灭火试验,研制了一种细水雾喷头。经过春、秋及梅雨季不同温度、湿度状况下二十多次灭火试验,总结了南方梅雨期湿度增大对室内墙角火灭火试验的影响和规律。结果表明,影响细水雾灭墙角火的重要因素之一是环境湿度。细水雾喷头采用相同温度等级的玻璃球(57℃)可以降低(或消除)环境湿度的影响。细水雾喷头喷雾压力推荐使用范围为10~12 MPa。对闭式细水雾室内墙角火工程设计具有参考作用。     

高速电弧放电加工的工艺特性研究

基于流体动力断弧的高速电弧放电加工(Blasting erosion Arc machining,BEAM)是一种利用高速流场控制电弧放电,高效蚀除工件材料的特种加工新技术。该技术从原理到实现都与传统的电火花放电加工(EDM)有着本质区别。将高能量密度的电弧、具有三维型面的多孔电极、极间的高速工作液流场以及多轴联动进给这四种关键要素的有效结合,实现了一种新型而高效的材料去除加工方法。采用石墨集束电极对典型的难切削材料——镍基高温合金GH4169进行了高速电弧放电加工。试验结果表明,在放电峰值电流为500 A时,最大材料去除率可达14 000 mm3/min,而最小电极相对损耗比不超过1%,且加工后工件的表面硬度低于基体硬度,再铸层和热影响层厚度均小于100μm,有利于切削等后续半精加工工艺的开展。由此可见,高速电弧放电加工的工艺特性使其非常适合于难切削材料的大余量去除加工。使用多孔成形电极分别对不同形状的型腔样件进行了层铣和沉入式高速电弧放电加工,证明了其高效加工三维特征零部件的能力。     

载流摩擦磨损系统研究

基于摩擦学的三公理,对载流摩擦磨损的机制进行研究,建立了载流摩擦磨损的系统构成图、功能平面图、微观接触的电接触状态图和载流摩擦磨损电传导电路模型,分析了火花和电弧产生的原因,得到了载流磨损量与法向载荷之间的关系模型,较好地解释了电因素对摩擦磨损的作用,为载流摩擦磨损的研究建立了理论分析基础.