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。     

波动载荷下弓网滑动电接触失效研究

电力机车高速运行时,接触电流、压力波动和机车的运行速度均会影响弓网间的可靠接触。通过浸金属碳滑板与铜导线的对磨实验,得到接触电阻随接触电流、滑动速度、压力波动幅度和压力波动频率变化的特性规律。采用极限学习机(ELM)建立接触电阻与接触电流、滑动速度、压力波动幅度、压力波动频率的预测模型;综合考虑接触电阻和电流稳定系数,提出弓网滑动电接触失效判据。分析得出弓网接触失效机理:接触压力波动幅度和滑动速度增大使得弓网间摩擦振动加剧,接触电阻增大超过临界值,接触失效。在此基础上根据接触电阻概率分布建立失效概率模型,最后分析给出一定工况条件下弓网滑动电接触的失效概率。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究

电气化铁路受电弓与接触网(弓网)系统的载流摩擦性能是影响列车受流和受电弓滑板磨损的关键因素。该文利用销盘式高速载流摩擦磨损实验机,以浸金属碳磨销与纯铜盘为摩擦副,获得与压力载荷、滑动速度、电流密度相关的摩擦力特性规律。摩擦力随着压力载荷的增加而增大,随着电流密度的增加而减小,随着滑动速度的增加而增大。并且随着压力载荷的增加,摩擦力的增大幅度逐渐变缓。在此基础上,采用支持向量机建立弓网系统下与压力载荷、滑动速度、电流密度相关的摩擦力回归模型,采用遗传算法进行参数优化。利用实验数据,验证模型的有效性,为今后弓网系统摩擦力的进一步研究提供参考。     

基于电流信号特征的弓网电弧识别方法

弓网电弧已成为电力机车安全运行的隐患,及时识别弓网电弧对于评价受流质量、调控弓网电弧、指导线路检修具有重要意义。该文开展了不同条件的弓网系统受流特性实验,将系统受流分为正常受流和电弧受流两种状态。提出一种基于回路电流和支持向量机(SVM)的弓网电弧在线识别方法及其工程实现方案。采用改进的F-score算法选择回路电流的平均值、标准差和相关系数作为弓网电弧的典型特征,利用svmtrain函数创建SVM模型,利用网格搜索算法优化SVM的径向基核函数。实验表明,该方法能够有效识别弓网电弧。接触压力、滑动速度和接触电流以及燃弧时间、电流采样频率均会影响弓网电弧的识别准确率。燃弧时间对识别准确率的影响较大,相同条件下燃弧时间越长,识别准确率越高。     

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。     

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。     

弓网离线接触电流总谐波畸变率的实验研究

受电弓与接触网(弓网)是电气化铁路中牵引供电系统的重要组成部分,弓网系统在运行过程中会发生离线现象,弓网离线会带来严重的电磁噪声问题。利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线状态下接触电流的频域特性。采用接触电流总谐波畸变率来表征弓网离线的传导电磁噪声特性,获得了接触电流总谐波畸变率与回流电流、接触压力和滑动速度之间的变化关系,建立了有效的接触电流总谐波畸变率数学模型,为深入研究弓网离线传导电磁噪声提供了实验依据和理论基础。     

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。     

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。     

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。     

强电流滑动电接触下最佳法向载荷

在弓网受流系统中,反映其性能的参数主要有磨耗率、载流效率和载流稳定性,均与受电弓滑板和接触网导线之间的法向载荷有着密切关系。适当的法向载荷能使磨耗率最小,亦能维持较高的载流效率及载流稳定性。论文通过对铜基粉末冶金滑板与铜锡导线的对磨实验,得到了滑板磨耗率、载流效率和载流稳定性随工况变化的规律。随后采用支持向量机(SVM)建立了以磨耗率、载流效率和载流稳定性作为因变量,以法向载荷、滑动速度和接触电流为自变量的回归模型,并通过差分进化-分布估计(DE-EDA)算法确定特定工况条件下的基于滑板磨耗率最低、载流效率和稳定性最高的最佳法向载荷及其对应的Pareto最优解。     

弓网系统受流摩擦下滑板温度分析与计算

弓网系统受流摩擦下滑板温度是影响其磨耗率的关键因素。笔者根据传热学原理和有限元方法,建立了滑板温度场的计算模型,给出了边界条件,并运用ANSYS建模和计算,得出载荷、速度、电流变化对滑板导电斑点温度的影响,并通过与实验数据对比证明了仿真模型的正确性。     

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。