插接式的气体绝缘母线接触退化实验研究

插接式的气体绝缘母线(gas insulated bus,GIB)触头是大电流、非空气介质下的电接触理论在工程上的典型应用,触头通过导电杆与触指间的滑动接触来克服因导体热胀冷缩产生的热应力。设备长期运行过程中因导电杆滑动而产生的摩擦磨损直接影响触头的电接触性能。为揭示大电流、非空气介质下GIB触头的接触退化机理,文中首先对GIB触头接触模型进行简化,接着搭建了简化接触模型试样的载流摩擦试验平台,基于该平台开展了不同气体介质、接触压力和电流载荷下GIB触头试样的摩擦试验,通过高精度万用表获取了摩擦过程中试样接触电阻,并利用光学轮廓仪和SEM/EDS测量了试验后样品的摩擦磨损程度及表面能谱。试验和测量结果表明,非空气介质下,在一定限度内,随着接触压力和电流载荷的增大触头的接触电阻呈现下降趋势;同一运行条件,相比于空气介质下的电接触,非空气接触下试样表面的摩擦磨损程度较低。文中的研究结果可为其他大电流、非空气介质下的电接触设备退化预测提供参考。     

水轮机转轮操作油系统轴套极压添加剂研究

在水轮机轴套摩擦磨损专用试验台上,对４组不同的摩擦副进行了深加极压添加剂前后,摩擦副摩擦磨损性能 的对比试验．结果表明,摩擦副的摩擦磨损性能均有显著改善,提高了相应密封件的密封性能,且不会对水轮机操作机构的反馈参数产生不利影响。     

45钢/锡基合金摩擦磨损后表层组织及纳米硬度的表征

采用销盘式摩擦试验机,对45钢/锡基合金摩擦副进行干摩擦试验.经扫描电镜（SEM）对摩擦磨损试验后45钢盘试样、锡基合金销试样的磨损表面及截面形貌进行观察,用原子力显微镜（AFM）对摩擦磨损试验后45钢盘试样截面距磨损表面10μm处纳米晶颗粒进行观察,通过纳米压痕技术对45钢磨损表面纳米硬度和Young＇s模量进行测量.结果显示,磨损表层组织明显细化,晶粒尺寸接近纳米级;45钢磨损表面的纳米硬度和弹性模量分别为8.53 GPa和164.12 GPa,是基体硬度和弹性模量的687％和261％,且随摩擦影响层深度增加而降低.     

轴流转桨式水轮机转轮操作油系统轴套极压添加剂的研究

随着水轮机尺寸的不断增大，转轮叶片枢轴／叶片轴套摩擦副的摩擦磨损问题日臻突出。由于无法采用常规的方法加以解决，研制开发了轴流转桨式水轮机转轮操作油系统轴套极压添加剂。对4组不同的摩擦副进行了加入添加剂前后摩擦副摩擦磨损性能对比试验。试验结果表明，加入极压添加剂后，摩擦副的摩擦磨损性能有显改善，提高了相应密封件的密封性能，且不会对水轮机操作机构的反馈参数产生不利影响。     

干摩擦条件下Cu-Cr-Zr合金的摩擦磨损行为

为揭示Cu-Zr-Zr合金的干摩擦磨损行为,在MM-W1A型万能摩擦磨损试验机上,以Cu-Cr-Zr合金作为销试样,以GCr15钢作为摩擦盘,研究了滑动速度和接触压力对摩擦副磨损特性的影响,并探讨了片条状微粒的形成机理。结果表明:随着滑动速度与接触压力的增加,摩擦副的摩擦系数不断降低,Cu-Cr-Zr合金的磨损率显著增大;合金磨损表面呈现出强烈的塑性变形特征和磨粒磨损的痕迹;片条状微粒是由合金表面发生塑性变形并引起裂纹的萌生、扩展而形成的。     

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。     

带有测温系统的液固两相流旋转冲蚀试验装置

液固两相流冲蚀磨损过程中,固体颗粒的动能部分转化为热能,使过流部件和料浆液温度升高,冲刷磨损与摩擦热使过流部件材料的磨损速度与腐蚀速度都加快,共同加剧过流部件的损坏,在高速冲蚀磨损条件下,摩擦热效应的影响应引起高度重视。针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置缺乏试样温度实时测试的问题,自行设计研制了一种带有测温系统的旋转式冲蚀磨损试验装置。在被冲蚀试样表面附近、中心和背面附近位置开孔,插入热电偶,通过导线与温度传感器和计算机联接,在线测试并绘制冲蚀磨损过程中试样不同部位的温度变化曲线,具有结构简单、操作便利、数据稳定可靠、直观性好的特点。本装置可以模拟湿法冶金、化工、采矿、水电等冲蚀磨损工况条件,特别是分析测试冲蚀磨损过程中摩擦热量在试样中的产生、传递及其对试样冲蚀磨损特性的影响。     

不同载流条件下滑动电接触特性

不同载流情况下,引起滑动接触面温升的主要因素有摩擦热、焦耳热、电弧热.接触面的温升使接触材料表面发生物理化学变化,从而改变了接触面成分,同时反过来影响接触面的滑动电接触性能.论文通过对铜基粉末冶金滑板、浸铜碳滑板两种滑板材料与铜锡导线的对磨实验,分析了两种滑板材料在受流摩擦时的磨损行为.研究表明:随着电流的增大,两种滑板材料的接触电阻、温度以及磨耗率都在增大,浸铜碳滑板材料的接触电阻变化率较小,但接触表面的温度偏高,该滑板磨耗率变化较小,受流磨损性能较好.     

面向列车轮轨接触区域图像分割的生成对抗网络*

列车和轨道之间的开放约束条件决定了车辆脱轨的客观存在。轮轨接触区域边缘曲线分割对列车轮轨接触关系的研究具有重要意义,提出了一种基于生成对抗网络的轮轨接触区域边缘曲线分割算法。通过将残差模块引入生成器网络中,增强了网络对输出变化的敏感程度,进而更好的调整生成器权重。此外,膨胀残差模块的引入,有效扩大了特征图的接收区域。实验结果显示,改进的生成对抗网络对轮轨接触区域边缘曲线的分割准确度达到9613%,敏感度、特异度、F1值、ROC曲线下的面积分别为8390%、9713%、8367%和9812%,验证了该方法能够准确分割轮轨接触区域边缘曲线。     

气体介质影响下梅花触头载流磨损特性与电接触寿命预测

梅花触头接触不良而引发的过热性故障是开关柜和气体绝缘组合电器的典型缺陷之一,研究不同气体介质中梅花触头的载流摩擦特性和剩余寿命预测对于准确评估该类型设备的健康状态具有重要意义。文中根据真实梅花触头材料和工艺加工了试验试样,采用自行搭建的载流摩擦台开展空气、N₂和SF₆气体介质下的载流摩擦试验并获取接触电阻的退化曲线。分析触头表面形貌得知：试样表面在大电流和机械位移作用下出现了明显的粘着磨损,气体介质通过改变磨损区域的形貌和元素组成影响触头的退化过程。根据触头的V-T关系确定了接触电阻失效阈值,利用Savitzky-Golay滤波器对接触电阻原始曲线进行平滑滤波,采用贝叶斯更新的Wiener退化模型对不同气体介质下的梅花触头进行寿命预测,结果表明：与常规Wiener模型相比,采用贝叶斯更新的Wiener退化模型具有较好的预测准确度。空气中梅花触头的剩余寿命为9 500周期,N₂中梅花触头的剩余寿命为61 300周期,SF₆中梅花触头的剩余寿命为32 200周期。     

Consideration of wheel slip and readhesion control for induction traction motor electric locomotives with individual traction control

We have developed a readhesion control algorithm of the traction inverter for individual motor control locomotives. This paper describes improvements in dealing with wheel slip and readhesion control for individual‐axle electric locomotives. The major torque control is based on feedback of the difference between the basic speed of the locomotive and the individual axle speed. By combining two torque control methods, we have obtained better readhesion characteristics: little influence of dynamic axle load transfer and a high achievable coefficient of adhesion exceeding 30%. These torque control characteristics were estimated test runs and the stability limits of feedback gain are shown. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 169(3): 56–64, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20883     

Methods to control wheel locks and wheel spins on low friction coefficient roads for front and rear wheel independent drive type electric vehicles (FRID EVs)

Wheel lock and spin control methods suitable for front and rear wheel independent drive type electric vehicles (FRID EVs) are studied here. Wheel locks and spins occur easily when braking and driving operations such as deceleration and acceleration are performed on bad roads with low friction coefficient such as wet or frozen roads. The methods studied here are characterized by using the structural feature of FRID EVs which can freely distribute the driving and braking torques to front and rear wheels according to running and road surface conditions. These wheel locks and spins occurring when braking and driving on bad roads are controlled by properly distributing the braking and driving torques to front and rear wheels in consideration of the load movement caused by braking operations and slip ratios of the front and rear wheel sides. The effectiveness of the wheel lock and spin methods studied here is verified through simulations and experiments on various roads with a low friction coefficient using a prototype EV with the FRID structure. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于 4PCS 和 SICP 的点云配准方法在钢轨磨耗计算中的应用

针对基于三维结构光扫描的钢轨磨耗快速精确测量,本文提出了一种基于4PCS(4-points congruent sets)和SICP(sparse iterative closest point)的点云配准组合算法,用于快速精确配准不完整且含噪声的磨耗钢轨与标准钢轨点云。由于三维结构光设备一次扫描得到的磨耗钢轨数据是不完整且含噪声的,因此首先利用针对低重叠率点云配准鲁棒性较好的4PCS对钢轨点云进行粗配准,为精确配准提供较好的初始变换矩阵。然后,再利用针对含噪声点云配准鲁棒性较好的SICP进行精确配准。最后,根据精确配准结果计算出轨头磨耗。文中定量分析了不同程度降采样对配准精度、时间及轨头磨耗计算精度的影响,展现了4PCS+SICP在快速精确配准不完整且含噪声的钢轨点云的优越性,得出了不同程度降采样对轨头磨耗计算精度无影响的结论。与此同时,对钢轨点云含不同程度的噪声点云配准做了定量对比分析,验证了SICP在含噪声的磨耗钢轨点云精确配准中的鲁棒性。     

车载燃料电池焓轮增湿器的压力损失分析

对焓轮增湿器运行过程中的压力损失进行了理论分析与实验测试。电池未加负载时增湿器的压力损失与理论计算值基本符合,压力损失随增湿器内部转轮的横截面积减小而减小,随转轮长度增加而增大。一旦电池连接负载开始运行,由于液态水堵塞孔道,焓轮的压力损失急剧增大,最高可达理论值的10倍以上。焓轮的转动速度对压力损失的影响很小。     

高空气球吊篮方位控制系统的反作用飞轮控制模式

为了提高反作用飞轮控制方式的吊篮方位控制的灵敏度和控制精度，考虑飞轮摩擦力矩的情况下，对反作用飞轮控制方式的力矩模式和速率模式进行理论分析与实际应用比较，选取了高空气球吊篮方位控制的反作用飞轮控制的速率模式。     

EKF在机车最优黏着控制中的应用

为了使机车工作在最优黏着状态,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的滑模控制算法。首先以轮轨动力学及机车黏着模型为基础,利用EKF对机车的轮对速度和车体速度进行近似估计;然后为了克服外界干扰对系统的影响,提出了一种基于指数收敛干扰观测器的滑模控制算法;同时考虑轮轨最优蠕滑速度未知的问题,根据机车黏着模型设计一种搜索算法用于跟踪搜索当前路况的最优蠕滑速度。仿真试验结果表明,基于EKF的滑模控制算法可以有效提高机车运行的稳定性并且提高黏着利用率。     

电力机车PMSM自适应模糊滑模控制

为研究牵引工况下电力机车永磁同步电机(PMSM)的转速控制精度,考虑轮轨接触不平顺及车体静载荷在轮对径向产生的未知时变负载转矩,建立了机车PMSM在d-q坐标系下的数学模型。针对该耦合非线性系统中存在的负载转矩,设计非线性转矩观测器对其实际值进行估计,对观测误差采用自适应模糊逻辑系统进行逼近;为考察d轴电压过零跳变对转速控制及转矩观测性能的影响,在d轴电压控制器设计中引入Nussbaum函数,并依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于转矩观测器的自适应模糊滑模控制器。理论分析及仿真结果表明,当转矩时变或d轴电压过零时,机车PMSM闭环转速控制系统跟踪误差一致有界,转矩观测误差收敛于0。     

环形驻波超声波电机定转子接触摩擦模型

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。针对环形驻波超声波电机定转子接触摩擦问题,采用库伦摩擦+黏性摩擦定律建立了定转子接触摩擦模型。采用所建立的模型分析了一个振动周期内接触界面的摩擦力变化情况,也研究了定子不同径向振幅以及结构参数对电机输出性能的影响。最后,测量了电机的转矩 转速特性,并将测量值与计算值进行对比,二者吻合度较好。另外,对比了基于库伦摩擦定律所建立模型的转矩 转速特性计算值,对比结果表明,与基于库伦摩擦定律所建立的模型相比,基于库伦摩擦+黏性摩擦定律所建立的模型能更准确地描述定转子接触界面的摩擦传动特性。