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。     

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。     

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.     

受电弓/接触网载流摩擦的电弧放电和碳滑板温升试验研究

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。     

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。     

平均离线距离对弓网电弧特性及碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

采用环-块式载流摩擦磨损试验机研究了平均离线距离对弓网电弧特性及碳滑板载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:法向载荷越小,滑动速度越大,平均离线距离越大;无电流时,碳滑板的磨损率随离线距离的增大而减小;通电后,碳滑板的磨损率和电弧能量均随平均离线距离的增大呈先增大后减小的趋势;通电后的碳滑板的磨损率远大于无电流时的;平均离线距离很小时,碳滑板的磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损及少量的磨粒磨损;平均离线距离较大时,碳滑板的磨损机制主要为电弧烧蚀和氧化磨损,同时伴有少量的粘着磨损和磨粒磨损。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

钨/铜载流摩擦副的电弧烧蚀行为

在自制载流电弧试验机上进行了钨/铜载流摩擦副的载流电弧烧蚀试验,研究了其电弧烧蚀行为和电弧烧蚀机理。结果表明:随燃弧时间的延长,载流电弧电流下降,电压增加,电场强度则先增后降;载流电弧分为起弧、稳定燃烧和熄弧3个阶段,各阶段的时间间隔分别约占整个燃弧时间的7%,89%和4%,铜试样的严重烧蚀主要发生在起弧阶段和稳定燃烧的初期;随着试验电流的增大,金属蒸气态电弧存在时间延长,铜试样表面的电弧烧蚀坑宽度增加,深度先增后降,这与高熔点钨的沉积加剧有关。     

弓网电弧起弧和熄弧距离及电弧烧蚀磨损的试验研究

利用自行研制的弓网电弧试验系统,研究弓网电弧起弧和熄弧距离。提出一种弓网电弧起弧和熄弧距离在线测量方法,通过试验研究电压、电流对弓网电弧起弧和熄弧距离的影响以及滑板电弧烧蚀磨耗的影响。试验结果显示,弓网离线起弧和熄弧距离随着电压的增大近似呈线性地增大;滑板电弧烧蚀磨损量随着电压和电流的增大而显著增大;电弧烧蚀磨损量与电弧能量密切相关,随着电弧能量增大,滑板磨损量也随之增大。     

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。     

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。     

地铁受电弓碳滑板冬季异常磨耗特点微观研究

以国内某地铁线路在冬季运行中出现异常磨耗的受电弓浸铜碳滑板为研究对象，借助多种微观测试手段，比较其表面形貌、微观组织、化学成分等与正常磨耗状态的碳滑板表面的差异，探究碳滑板出现异常磨耗的原因及机制。结果表明：与正常磨耗状态碳滑板相比，异常磨耗状态下碳滑板表面三维形貌崎岖且粗糙，其接触条件显著恶化，机械磨损、磨粒磨损、电弧烧蚀、材料转移等形式的磨损量均有增加；在进入秋冬季节后，碳滑板表面润滑条件发生改变、磨粒数量增加、直径增大、接触副温度上升，从而加剧了磨粒磨损和电弧烧蚀，造成碳滑板出现异常磨耗现象。对地铁运营过程进行跟踪监测后发现，碳滑板异常磨耗的出现与隧道内环境湿度的下降存在一定关联。     

石墨含量对石墨/铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以石墨/铜复合材料和QCr0.5铜合金为摩擦副,在自制的销盘摩擦磨损试验机上进行不同电流密度下的摩擦磨损试验,考察石墨含量对石墨/铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着石墨含量的增加,石墨/铜复合材料的摩擦因数下降,载流效率和磨损率先下降后升高,石墨质量分数为10%时,载流效率最高,为12.5%时磨损率最低;随着电流密度的增加,石墨/铜复合材料的摩擦因数和载流效率下降,磨损率逐渐增加;石墨/铜复合材料在载流摩擦过程中存在黏着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀,电流密度较大时,电弧烧蚀比较严重。     

法向载荷对不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损性能的影响

在自行设计的销-盘式摩擦磨损试验机上进行了不同法向载荷下不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损试验,分析了法向载荷对其摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察了其磨损形貌。结果表明:摩擦因数随着法向载荷的增大而减小,160 N后基本趋向稳定;10 A电流时,浸金属碳销试样的磨损率很低,且增加趋势不明显,30～50 A电流时,磨损率显著提高,且浸金属碳销试样磨损率随着法向载荷的增大而减小,最后趋于平缓;此外,放电强度随着法向载荷的增大而减弱;在低法向载荷下,磨损类型以电弧烧蚀和氧化磨损为主,在高法向载荷下,磨损类型以磨粒磨损和粘着磨损为主,且都伴随有材料的转移。