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。     

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。     

不同铜含量浸金属碳滑板的载流摩擦磨损性能

为研究不同铜含量的浸金属碳滑块的载流摩擦磨损性能,在环-块试验机上研究3种不同铜含量(铜质量分数分别为1.17%、27.8%、50.45%)浸金属碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并比较不同电流情况下的材料磨损表面形貌的变化。结果表明:铜含量对浸金属碳碳滑板的摩擦磨损性能有不同的影响。其中铜质量分数为1.17%的材料在200 A小电流情况下整体磨耗量较小,但是在400 A大电流情况下,电弧热、焦耳热产生的500℃左右高温会导致材料气化、掉块,严重加剧材料的损耗;铜质量分数为50.45%的材料在小电流情况下磨耗最大,但材料的运行温度整体较低,即材料的散热性能较好;铜质量分数为27.8%的材料在小电流与大电流情况下综合磨损性能最好。与铜银合金线对磨时,铜含量较高的材料出现了较为明显的黏着磨损,铜含量越高的材料其黏着磨损现象越明显。     

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。     

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。     

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。     

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...     

纯碳、浸金属碳与接触线载流摩擦磨损性能对比研究

在销-盘摩擦磨损试验机上研究了纯碳/不锈钢和浸金属碳/不锈钢的载流摩擦磨损行为.结果表明,两种摩擦副的摩擦因数、磨损率都随着速度或电流的增加而增大,但纯碳/不锈钢摩擦副材料具有更高的摩擦因数和磨损量.试验过程中,两种摩擦副都出现火花放电和电弧放电,且纯碳/不锈钢摩擦副放电强度更高.用扫描电镜(SEM)观察两种销试样表面磨损形貌可知,纯碳/不锈钢摩擦副以电弧烧蚀和氧化磨损为主,伴随轻微的磨粒磨损;浸金属碳/不锈钢摩擦副以磨粒磨损、黏着磨损为主,伴随着电弧烧蚀和氧化磨损.比较销试样磨损前后EDX图谱可得,纯碳摩擦副材料几乎无元素转移,而浸金属碳摩擦副材料表面有明显的材料转移.     

弓网振幅对纯碳及浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

应用环-块式摩擦磨损试验机研究不同弓网振动幅值下纯碳/铜合金和浸金属碳/铜合金2种摩擦副的载流摩擦磨损行为。试验结果表明：弓网之间在不间断地发生近似正弦规律的振动,2种摩擦副的电弧功率都随着振动幅值的增大呈现先增大后减小的趋势,纯碳滑块更容易发生起弧现象,电弧功率更大;2种摩擦副的摩擦因数都随着振动幅值的增大而减小,浸金属碳有更好的耐磨性。使用扫描电镜对滑块的磨损形貌进行观察,结果表明：在一定范围内,随着振动幅值的增大,电弧对纯碳和浸金属碳2种滑块材料的烧蚀程度均加剧;纯碳滑块电弧侵蚀的表现形式为烧蚀坑和热应力裂纹,浸金属碳滑块电弧侵蚀的表现形式为犁沟、材料剥离和烧蚀麻点。     

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°。     

组装式滑板对地铁接触线犁削磨损的影响

在弓网载流摩擦磨损实验台上,用直流恒流电源对组装式浸金属碳滑板以及银铜合金接触线进行摩擦磨损试验,研究组装式碳滑板的接缝间隙和滑板间高度差对地铁接触线犁削磨损及滑板异常磨耗现象的影响。试验结果表明:组装式碳滑板高度差会严重刮伤接触线,是接触线犁削磨损的主要原因,而接缝间隙仅会轻微划伤接触线;80 N以上的法向力会显著减小滑板的磨损率;接缝间隙较小时更容易刮伤接触线,造成犁削磨损。分析滑板磨损表面形貌发现:存在滑板间高度差时滑板会出现机械划痕,电气磨耗和接触线材料转移也比较严重。     

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。     

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。     

基体炭对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

采用液相浸渍-炭化法制备了沥青基炭/炭复合材料(P-C/C)和沥青-酚醛树脂双基体炭/炭复合材料(D-C/C),研究了它们的增密效率、抗弯强度和摩擦磨损性能的差别。结果表明:P-C/C的增密效率高于D-C/C的;在体积密度基本相同的情况下,两种复合材料的抗弯强度相近;D-C/C的摩擦因数较大,磨损较严重;基体炭结构和性能的差别是造成两种复合材料摩擦磨损性能不同的主要原因。