波动载荷和电流作用下的弓网摩擦力模型研究

电气化铁路中接触网与受电弓良好的接触是列车安全可靠运行的前提条件,而弓网的接触是载流条件下的摩擦接触,因此有必要对其摩擦接触进行深入研究。文中通过滑动电接触实验机,开展不同工况(压力波动幅度、压力波动频率、接触电流、滑动速度)条件下的弓网滑动电接触摩擦力研究。研究表明:作用于滑板上的接触电流增大时,弓网间的滑动摩擦力随之减小;压力波动幅度和滑动速度增大时,弓网间的摩擦力也随之增大;压力波动频率对弓网摩擦力的影响极小。利用曲线估计的基本思想,优选出最能表达压力波动幅度、接触电流、滑动速度各参量对弓网间滑动摩擦力影响的单一因素数学模型;在此基础上,通过多元回归方法建立压力波动载荷和电流作用下的弓网摩擦力模型并验证模型的有效性。     

波动载荷下弓网动态接触电阻特性研究

在实际的列车运行过程中压力载荷是以正弦形式波动变化,波动载荷对弓网系统中的接触电阻特性有重要影响。文中利用销盘式高速载流摩擦磨损实验机模拟弓网系统中的压力波动状态,研究了波动载荷、滑动速度和接触电流对动态接触电阻特性的影响,结合表面形貌对其变化规律产生的原因进行了分析。结果表明:载流滑动接触且压力波动频率一定时,动态接触电阻随压力波动幅度的增大先减小后增大;压力波动幅度一定时,动态接触电阻随压力波动频率的增大而缓慢增大;波动载荷条件下,动态接触电阻随滑动速度的增大而逐渐增大,随接触电流的增大而逐渐减小。高温电弧和接触温升是导致动态接触电阻变化的主要原因。     

波动载荷下弓网接触电阻特性及建模研究

接触电阻是衡量弓网系统受流稳定性、可靠性的重要指标。接触载荷是弓网的调优参数,其波动特性是影响接触电阻的关键因素。基于滑动电接触实验机,开展波动载荷条件下弓网接触电阻的特性研究。首先分析了接触电阻随滑动速度、接触电流、波动频率、波动幅值的变化关系,随后采用ε不敏感支持向量机建立波动载荷、接触电流、滑动速度与接触电阻之间的预测模型,并采用假设检验的方法验证了该模型的有效性。最后,依据所建立的接触电阻模型,在以假定接触电阻上界作为受流约束的算例中,采用可视化的方法分析了速度、电流工况的可行域分布,该方法对弓网的设计与优化具有指导意义。     

波动载荷下弓网摩擦振动特性分析与建模

在电气化铁路弓网系统中,弓网滑动电接触载流摩擦振动特性是决定电力机车速度和受流质量的重要因素.波动载荷条件下,压力波动幅值、压力波动频率、受流电流和滑动速度影响弓网间摩擦振动状态.通过自制滑动电接触实验机,以铜导线和浸金属碳滑板为摩擦副进行对磨实验,通过观测滑板表面形貌,分析摩擦振动特性.结果表明,压力波动幅值、受流电流、滑动速度的增加,对表面形貌影响较大,使表面粗糙度变化较大,是影响摩擦振动加速度的主要因素,而压力波动频率对摩擦振动加速度变化影响较小.在此实验基础上,采用深度极限学习机(DELM)建立波动载荷下弓网滑动电接触与压力波动幅值、受流电流、滑动速度相关的摩擦振动加速度回归模型,利用麻雀搜索算法(SSA)优化相关参数,并与未经过参数优化的模型进行比较.通过实验数据验证回归模型的有效性,结果显示,优化后的模型可靠性较高,为以后弓网滑动电接触摩擦振动的深入研究提供参考.     

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。     

波动载荷下弓网滑动电接触载流特性研究

为获取波动载荷下弓网滑动电接触载流特性,利用FCH-03型销盘式滑动电接触摩擦磨损试验机模拟弓网接触状态,进行强电流密度、不同速度与波动接触压力条件下的浸金属碳/铜对磨实验。根据实验数据获得载流效率、载流稳定性在不同条件下的特性规律,并针对影响受流的运行速度、接触电流、波动接触压力等因素作出深入的机理分析及电弧能量干扰相关性分析。研究表明:载流效率随接触压力振幅的增大而减小,随接触压力频率的增大呈较小的增大趋势。载流稳定性随接触压力振幅的增大而减小。低速时基本不随接触压力频率变化;高速时随接触压力频率增大呈先增大后减小。弓网离线及离线电弧是导致高速弓网系统载流质量下降的主要原因。     

弓网系统动态接触电阻数学模型的研究

弓网接触电阻是衡量弓网接触性能的重要指标,而接触压力、牵引电流和滑动速度是影响弓网接触电阻的重要因素。通过测试不同接触压力、牵引电流、滑动速度条件下的弓网动态接触电阻试验,阐明了弓网动态接触电阻随这3因素变化的趋势,并分析了它们的作用机制。研究表明:弓网动态接触电阻随滑动速度的增大而增大,且上升趋势逐渐加快;弓网动态接触电阻随牵引电流的增大而减小,且下降趋势逐渐趋于平缓;弓网动态接触电阻随接触压力的增大而减小,且下降趋势逐渐趋于平缓。根据试验结果和理论分析建立了弓网动态接触电阻关于接触压力、牵引电流和滑动速度的数学模型。经实验验证,该模型是有效的。     

弓网系统滑动电接触区域温度场仿真

弓网系统滑动电接触区域的高温会使摩擦副材料的磨损加剧并影响系统的受流质量,严重时甚至发生接触线断线事故。针对弓网系统受流摩擦下接触区域温度,研究弓网系统的温度场,进一步发现影响温度变化的因素。利用COMSOL仿真软件对弓网系统进行仿真,建立三维立体有限元模型,通过实验测得的数据验证了仿真模型的准确性,得出电流、压力、速度和滑板材料对接触区域的温度影响,接触区域温度随电流与速度的增加而升高,随压力的增大呈现U型变化,为弓网系统温度分析提供理论支持。     

波动接触力下弓网载流摩擦力建模研究

电气化铁路弓网系统的载流摩擦特性,严重影响着受电弓滑板与接触网导线的寿命和电力机车的受流质量。该文使用自行研制的滑动电接触实验机模拟高速铁路受电弓和接触网的接触状况,进行波动接触力下弓网载流摩擦力建模研究。通过实验数据获得不同速度下摩擦系数与接触力波动频率和波动幅度以及电流的特性规律,分别建立与波动接触力和电流相关的摩擦系数模型,并将其与速度相关的Stribeck摩擦模型相结合,实现对摩擦力模型中摩擦系数的修正,最终建立与速度、波动接触力和电流相关的弓网载流摩擦力模型。使用麦夸特法与通用全局优化算法对该模型进行参数辨识,利用实验数据验证该模型的有效性,为弓网摩擦力的预测及摩擦磨损性能的研究提供参考。     

弓网系统滑动电接触特性

弓网系统接触电阻不仅是表征其电接触性能的重要指标,而且对弓网系统的受流质量和使用寿命有着重要影响。因此开展了不同牵引电流、运行速度和接触压力条件下的动态接触电阻试验,分析了上述3个因素对接触电阻的影响机理。研究表明:当接触压力小于100 N时,弓网系统接触电阻随着接触压力的增大而减小,当接触压力大于100 N时,接触电阻的变化趋于平缓;弓网系统接触电阻随着运行速度和牵引电流的增大而增大,且上升趋势较陡峭;在运行速度和牵引电流一定时,当接触压力大于80 N时,受电弓滑板的磨损量随着接触压力的增大而增大。     

弓网滑动电接触电磁热力耦合效应研究进展

为电力机车提供牵引动力的受电弓滑板与接触网导线是典型的滑动电接触摩擦副，二者在工作中存在电、磁、热、力多场耦合效应，复杂的多场耦合作用将影响弓网的受流质量和摩擦磨损性能，开展电气化铁路弓网接触多物理场耦合效应研究，对降低弓网运行维护成本，提高受电弓滑板和接触网导线使用寿命等具有重要意义。该文重点归纳总结了近些年来弓网系统在电、磁、热、力多场效应下的相关研究进展。结合列车实际运行工况，综述了弓网接触电阻、电弧、接触温度、电磁力和压力载荷等因素对弓网载流摩擦磨损性能的影响规律，针对多物理场作用下研究中存在的问题与不足，提出进一步研究和完善的意见。在此基础上，从提高弓网滑动电接触性能、保障列车安全稳定运行角度，采用弓网接触电阻、燃弧率及接触温度对电接触性能的评价进行阐述和探讨，以期对弓网电接触行为进行合理预测与评估，为进一步研究弓网滑动电接触多场耦合效应提供参考。     

波动载荷下滑动电接触摩擦力建模

在弓网滑动电接触过程中,受电弓滑板磨损加剧,大大缩短了其使用寿命。由于受电弓滑板的磨损问题与滑动摩擦力直接相关,对于滑板的滑动摩擦力的研究具有重要的理论意义。该文采用库伦+黏性静摩擦模型对滑动电接触摩擦力进行建模,再对原始摩擦模型的黏性摩擦部分进行修正,同时引入接触电流和接触力及其波动幅值与波动频率等因素,建立了一个新的摩擦模型。通过自行研制的滑动电接触实验机进行实验,利用得到的实验数据,采用粒子群算法和Matlab对新摩擦模型的参数进行辨识,并对得到的改进摩擦模型进行验证。由实验数据与改进摩擦模型的拟合效果图和残差图可知,改进摩擦模型能够对波动载荷下弓网滑动电接触滑动摩擦力进行合理预测。     

多策略融合LSSVM-NGO的滑动电接触失效诊断

为提高弓网滑动电接触失效判断的准确率,提出了一种多策略融合改进北方苍鹰优化算法(INGO)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的滑动电接触失效诊断模型。首先,通过自制的滑动电接触摩擦磨损实验机进行载流条件下的滑动摩擦实验,分析载流稳定系数在不同工况条件下的变化规律,确定弓网接触失效判据;其次,采用tent混沌映射、均匀分布的动态自适应权重,以及黄金正弦算法和非线性收敛因子多种融合策略综合改进NGO。通过测试函数对其进行仿真测试,结果证明INGO算法收敛速度和稳定性更优;最后,使用INGO算法进行模型参数寻优,构建滑动电接触失效诊断模型。将本文所提模型与其他诊断模型对比,诊断精度分别提高了16.67%、12.5%、8.33%,进一步证明该诊断模型具有较高的准确率和泛化能力。     

弓网系统静态接触电阻特性研究

弓网良好接触是保障机车稳定受流的关键,合适的弓网接触压力是弓网稳定可靠受流的基础。笔者研究了不同接触压力、牵引电流条件下的弓网静态接触电阻,并得到了弓网接触电阻的数学表达式。研究结果表明:弓网静态时接触电阻随接触压力、牵引电流增大而减小,接触压力小于70~80 N,接触电阻所接触压力的增加,接触电阻激剧减少;大于70~80 N后,接触电阻随接触压力的变化不明显,近似恒定关系。     

连续通电条件下触点接触电阻劣化的初步分析

电器长期通电后可使触点表面劣化,具体体现为接触电阻稳定增大、无规律增大、周期性变化、瞬时变化等电接触失效形式。本文以银镍触点材料为例,试验研究了接触压力、通电时间和通电电流对接触电阻的影响,并分析了接触电阻劣化失效的物理机制。     

直流牵引供电系统弓网电接触特性研究

为避免电气化铁路弓网烧蚀,毁坏受电弓断接触网,结合列车运行工况数据,建立弓网电接触模型,研究接触网拉出值、列车运行速度、运行工况及受电弓碳滑板设计与弓网电接触温升之间的关系,计算了电力机车动力负荷条件下弓网温升过程.研究表明,弓网温升随着列车运行速度增大而减小,牵引工况双受电弓六碳滑板情况,弓网接触温升超出标准限制.研究为接触网设计、弓网异常事故应急处理提供理论依据和数据支持.     

电气化铁路动态弓网接触电阻研究

在现代牵引供电系统中,受电弓和接触网系统为列车提供电能,滑板和接触线之间的接触电阻直接影响了电能的传输质量。本文首先基于弓网接触电阻模型,分析了静态接触电阻的影响因素;然后,考虑以往研究的不足,采用动力学理论构建了弓网仿真模型,得到弓网间接触力曲线,通过将动态接触力引入接触电阻模型,获得了实际运行中弓网接触电阻的变化趋势。考虑不同车速、电流大小等实际运行工况,分析了动态电阻的各项统计值和变化趋势。     

降弓电弧对接触线侵蚀的仿真研究

接触线是牵引供电系统必不可少的一环,降弓电弧可能导致站内接触线断线,而接触线断线又会造成接触网失电,使得列车停运,甚至引发接触网垮网等严重事故。因此,有必要开展降弓电弧对接触线侵蚀的相关研究。论文仿真研究了降弓过程中降弓电弧对接触线的侵蚀特性,分析了降弓电弧电流及不同驱动力对接触线熔池形成和熔池流动特性的影响。结合降弓电弧模型,建立了接触线传热和流体流动分析模型。研究发现:随着降弓过程的进行,注入接触线的热流密度幅值逐渐减小,接触线表面的电弧压力逐渐升高。接触线熔池面积和熔池流动速度随着电弧电流的增大而逐渐增大。此外,降弓电弧电流越大,接触线开始熔化的时间就越早。相对于电弧压力和表面张力,Marangoni效应会显著改变接触线熔池面积和熔池流动速度。通过改变接触线材料的氧元素含量可以控制Marangoni张力系数,进而提高接触线的抗烧蚀能力。研究结果可为提高接触线的抗烧蚀能力提供理论支撑。     

弓网电接触研究进展

近年来,随着列车运行速度和电流传输密度的提高,弓网电接触状况正变得越来越复杂,对弓网电接触理论与技术的系统研究提出了迫切要求。为此对弓网电接触中接触电阻、热效应、摩擦磨损性能及受电弓滑板材料4个方面的研究现状进行了综述。主要结论为:1)对弓网接触电阻的参数观测、机理分析和数学模型仍需开展大量工作,包括更为全面准确的电接触试验方法和诊断技术,以及更为科学合理的弓网接触电阻数学模型。2)弓网电接触热效应的研究需继续加强。采用试验和仿真相结合的方法获取弓网载流摩擦时,滑板、接触线以及接触面的温度及其分布值得进一步深入研究,特别是雨、雪等特殊气候条件对弓网热特性的影响。3)应重视开展更高速度等级和电弧动态特性对弓网摩擦磨损性能影响的探讨;同时深入研究弓网磨损预测模型。4)继续研究和开发新型复合受电弓滑板材料;在具体应用时,需根据不同列车运行的特定条件,选取满足该条件下关键性能要求的滑板材料。     

核电站仪控开关触点接触失效分析

进行了核电站仪控开关触点接触失效分析。应用NIUSB-6211型多功能DAQ模块、辅助电路和LabView软件,研制了能自动跟踪接触电阻随电流增大的变化趋势的测量装置。该测量装置配合电子扫面显微镜和X射线能谱分析,可观察触点表面的形貌以及分析微区成分,从而确定仪控开关接触系统失效的机理。