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...     

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1 000 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。     

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。     

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。     

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.     

几种受电弓滑板/接触线材料载流摩擦磨损行为的比较

在销-盘摩擦磨损试验机上研究浸金属碳/纯铜、纯碳/不锈钢、浸金属碳/不锈钢、纯碳/纯铜4种受电弓滑板/接触线的载流摩擦磨损性能。结果表明:浸金属碳/纯铜的摩擦因数比其他3对配副的摩擦因数都大,且其配副的碳滑板材料磨损量比其他3对配副的磨损量都高;4对配副的主要磨损机制是电弧烧蚀、磨粒磨损和氧化磨损,而浸金属碳/纯铜还出现黏着磨损。浸金属碳/纯铜因磨损严重,且电滑动中发出异常噪声,应避免作为受电弓滑板/接触线材料。     

高速受电弓浸金属碳滑板载流摩擦磨损机制研究*

高速受电弓滑板面临高滑动速度、高电压、大电流等极限运行环境,运行环境的复杂性势必对滑板的使用寿命造成影响。为研究高速受电弓浸金属碳滑板载流摩擦磨损机制,通过对某高速列车受电弓浸金属碳滑板进行实车跟踪监测分析,得出高速受电弓滑板的真实工作条件,并通过扫面电子显微镜、电子探针、白光干涉仪对高速运行磨损后的浸金属滑板表面进行微观形貌分析、表面元素分布分析、表面粗糙度分析。结果显示：浸金属碳滑板的主要磨损机制为黏着磨损;浸金属碳滑板中间异常光亮的区域主要是由大量碳元素排列组成,且可能是由于滑板在进出站以及车辆段滑动时接触网未设置拉出,造成滑板中间磨耗较其他区域明显异常。磨耗后滑板表面成分分析可以得出,滑板表面氧元素原子占比较高,说明滑板表面发生了一定的氧化还原反应。     

地铁受电弓碳滑板异常磨耗研究

为使碳滑板的磨耗及厚度处于正常范围，需要分析弓网接触压力、碳滑板材质、受电弓弓头结构和接触网拉出值对碳滑板异常磨耗的影响。受限于弓网系统自身的动态相互作用，弓网系统的设计与维护较为复杂。当碳滑板异常磨耗发生后，地铁运营公司需要投入人、财、物进行维保。由于济南轨道交通2号线运营周期较短，受电弓碳滑板异常磨耗事件暂未发生，为了给受电弓碳滑板异常磨耗的预防和维保提供技术支持，使其磨耗率控制在1.3×10^-4mm/km之内，基于国内各大城市地铁碳滑板异常磨耗事件统计数据，以重庆地铁6号线弓网拉弧事件作为案例借鉴，围绕碳滑板异常磨耗的影响因素展开理论研究。     

120～170 km/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=100～300 A、滑动速度v=120～170 km/h和法向载荷Fn=100～200 N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0.001 4 g/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.     

有无电流条件下温度对碳/铜摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过销-盘摩擦磨损试验,研究了碳/铜摩擦副在有无电流条件下的摩擦学性能。结果表明:试验过程中摩擦副温度不断地升高,且有电流时摩擦副温度比无电流时高,滑板材料的磨损量随着温度的升高而增大;当无电流通过时,摩擦因数随温度的升高先增大后减小,当有电流通过时,摩擦因数随温度的升高而减小。观察碳滑板磨损前后表面形貌发现:磨损表面随摩擦副温度的升高变得越来越光滑;当无电流通过时,磨粒磨损和黏着磨损是主要磨损类型,当有电流通过时,磨损类型以氧化磨损和电弧烧蚀为主。碳滑板材料磨损表面EDS分析发现,元素转移和氧化现象在磨损过程中时有发生。     

Friction and wear behavior of pure carbon strip sliding against copper contact wire under AC passage at high speeds

A series of tests on the friction and wear behaviour of pure carbon strip/copper contact wire with alternating current were conducted on a ring-on-block sliding tester at a high speed. The electric current, normal force and sliding velocity have distinct effects on the test results. The worn scar has the smallest size without electric current. The worn scar becomes larger with increasing electric current. Arc ablation pits, dark stream-lines of arc ablation, slipping marks, spalling blocks and the copper-like layer are found on the worn surfaces. Arc erosion, abrasive wear and adhesive wear are main wear mechanisms.     

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。     

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。     

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.     

载流条件下的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦磨损性能研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了载荷、速度、电流对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳对磨时的摩擦因数、磨损量及磨损形貌的影响。试验结果表明,载荷对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦副的摩擦因数和销试样的磨损率有显著影响:载荷越大,摩擦因数越大,磨损率越低;摩擦因数、磨损率与速度的关系受载荷的制约。当低载时,以电流影响为主。销试样的磨损表面出现了粘着磨损,氧化磨损和电弧烧蚀。     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。     

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。