高速滑动电接触电枢表面动态磨损过程研究

电枢是电磁发射装置的关键部件,其表面磨损是引起发射过程中转捩的原因之一,同时磨损也会严重削弱电枢本体的力学性能,影响发射安全性,因此有必要对高速滑动电接触电枢表面的动态磨损过程进行深入分析。首先,分析电枢表面产生磨损的机理,厘清相关耦合因素;其次,考虑表面磨损量变化、温度升高及电枢尾翼向外扩张过程中反向受力的影响,建立电枢尾翼磨损量的理论计算模型,研究其磨损规律;最后,考虑电磁场-温度场-应力场-磨损等耦合因素建立三维有限元计算模型,对电枢尾翼磨损量进行更为准确的分析。结果表明：(1)电枢表面磨损量是在电因素及力因素的共同作用下产生的;(2)考虑了表面磨损量变化、温度及电枢尾翼向外扩张过程中反向受力等因素影响后,分析得到电枢表面磨损量较不考虑时小19.5%,但考虑后与实测值更为接近,证明了分析过程中上述影响因素不可忽略;(3)相比理论分析模型中对电枢尾翼法向力分量及反向受力的近似计算方法,有限元模型更为精确,其计算得到电枢尾翼磨损量与实测值也更为接近,验证了所建立模型的准确性。该文所建立模型及分析结果对于后续优化电枢结构、提高枢轨接触性能及保证发射安全性具有重要意义。     

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.     

大电流高速滑动电接触实验电源系统研制

为提供电接触大电流,驱动电磁轨道发射装置将试品加速到1～2km/s的高速以模拟速度转捩的发生条件,研制了用于大电流高速滑动电接触实验研究的1.5MJ脉冲电源系统。整个系统采用包括8个可程序控制电源模块的模块化结构,通过程序控制的方式,实现各模块的同步或时序放电,输出的脉冲电流波形幅值和脉宽均可调。利用建成的电源系统进行了短接调试实验及大电流高速滑动电接触初步实验,结果表明:电源可产生峰值>400kA、平顶时间>1ms的放电电流,能够满足大电流高速滑动电接触实验的要求。     

带导磁体的轨道式电磁发射电枢的电磁仿真

为了增强轨道式电磁发射电枢的获得的电磁力,将导磁体安装到电枢上以增强电枢获得的磁感应强度。利用相关电磁仿真软件的稳恒磁场求解器分析电枢及导磁体上磁感应强度分布,验证了导磁体的增强效果。利用其涡流场求解器,在发射系统加载50kHz交流电,分析发射初始时电枢上电流密度的分布情况。结果发现导磁体的存在对电流密度分布没有明显的影响。     

滑动电接触设计现状与发展动态

笔者论述了高(中)压开关设备的滑动电接触的演变经历和发展趋势,指出采用新近发展的弹簧触头及其电镀碳银技术,将使其更加完善和稳定可靠。     

电磁发射用一体化C形电枢的结构设计

为对电磁发射用一体电枢结构进行合理的设计,选取C形一体电枢的部分结构参数作为研究目标,通过对电枢进行建模仿真,对一体电枢的结构参数变化对其电流密度分布、与轨道接触面上的接触压强分布进行了计算,并通过对比获得了部分结构参数变化对电流密度和接触压强分布的影响规律。电枢的两翼厚度和头部厚度对通过电枢的电流密度和电枢上产生焦耳热分布的最大值区域有明显影响,而长度增加对这些特性分布的幅值和位置影响不大。30mm尾翼长的模型中,接触压强较大的主要范围为其后半部分,与实验结果比较一致。设计制作了不同结构的铝合金电枢,进行发射实验,并测量通过电枢的发射电流、观测发射后的电枢轨道接触面状况。发射实验结果显示,加长电枢两翼长度,可以一定程度的扩大电枢-轨道良好接触区域的面积,头部厚度7mm的铝电枢在20mm口径的发射装置中可以满足通流250kA以上不至于产生物理破坏。通过对计算和实验结果的分析比较,提出进一步工作展开的方向应为将数值计算和实验现象建立直观的联系。     

计算焦耳温升作用的电磁轨道发射中电枢尾翼转角处受力分析

在电磁轨道发射中电枢尾翼转角处的受力过程是焦耳温升作用下的动态过程,受多种因素影响,易发生断裂失效,进而影响电枢和电磁轨道发射系统性能。为此,在构建电枢静止、加速和减速运动状态下尾翼转角处受力理论模型的基础上,结合电枢材料电阻率和比热容随焦耳温升的变化,对电枢尾翼转角处的受力情况进行了仿真计算,然后通过电磁轨道发射试验进行了验证。计算结果显示:电流峰值为600 kA时,考虑电阻率和比热容变化时温升的计算结果比不考虑时的结果高171.23 K;当电流峰值达620～640 kA,但未达到电枢材料6061铝合金的“载流特征量”时,电枢尾翼转角处就会发生拉伸断裂失效。观测发射试验后回收电枢的形貌,电枢尾翼上存在符合拉伸断裂特征的收缩断裂缝,初步验证了理论计算分析结果,为后续电枢设计优化提供了依据。     

高速滑动电接触导轨温度场与热应力的仿真分析

在高速滑动电接触系统中,导轨温升和热应力对导轨性能及系统的效率和安全具有重要影响。为分析高速滑动电接触导轨温度场和热应力特性,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件建立了滑块运动条件下的电磁-传热-结构耦合模型,并考虑了非理想接触条件对导轨温升的影响。仿真结果表明,热量集中于导轨内表面,在滑块起始位置处温度最高,单次滑动电接触过程中导轨温度未达到材料熔点,导轨内表面很小区域内的最大热应力接近材料的屈服强度。对圆弧型和直角型截面的导轨进行比较,圆弧型截面导轨的温升和热应力均较小,性能较好。仿真结果为导轨优化设计提供了理论依据。     

基于过盈配合的C形电枢轨道初始接触特性分析

电磁发射过程初期,C形电枢与轨道之间的恰当过盈配合,是电枢和轨道保持良好的金属-金属接触,同时提供充足的接触压力确保正常发射而不发生转捩的必要条件。为对电磁发射矩形炮膛用一体化C形电枢结构进行优化设计,基于电枢与轨道的过盈配合对电枢选取了各种不同的结构参数,利用有限元分析软件ABAQUS,进行了发射初期不同结构参数下的电枢与轨道之间的2维过盈装配仿真计算,获得了结构参数变化对C形电枢轨道初始接触特性的影响规律。选取较优的仿真结果,加工制造出相对应结构参数的C形电枢进行电磁轨道炮发射试验,试验表明电枢发射性能良好。针对同一结构电枢,进行2种不同方式的过盈装配仿真计算,发现紧固式装配与填塞式装配获得的初始接触特性极为相近,与实际发射试验相一致。     

电磁轨道炮试验过程中枢轨界面的接触电阻特性

电磁轨道炮枢轨界面的接触电阻对界面热量和轨道炮系统的性能有着重要影响。为了计算轨道炮发射过程中的接触电阻,构建了发射过程电路模型,结合试验数据得到了接触电阻的数值和曲线。首先利用构建的发射过程电路模型确定了回路阻抗表达式。然后结合试验测量的炮口电压、炮尾电压和轨道电流,拟合了电枢的位移曲线和速度曲线。最后利用MATLAB进行数值计算,得到了轨道炮发射过程的回路阻抗和接触电阻数值,以及在轨道裸露和覆有铝熔膜2种情况下接触电阻的变化曲线。通过分析接触电阻的变化特性,得到了以下结论:在发射过程中,回路阻抗在一定范围内震荡,接触电阻则随电枢前进呈现不断减小的趋势;轨道表面的粗糙化和黑色氧化物减少了枢轨间固-固接触的实际面积,增大了接触电阻;而覆盖轨道的铝熔膜能增大实际接触面积,减小接触电阻。     

电磁轨道炮运行阶段系统发射效率和电枢出膛动能研究

为了研究电磁轨道炮运行阶段关键参数对系统性能的影响,基于发射过程快速求解方法和触发策略自动计算方法,采用参数扫描的方式分析系统发射效率和电枢出膛动能随电枢质量、准备使用的脉冲形成单元(PFU)数、PFU电容预充电压和轨道电流波动幅度的变化趋势,并采用遗传算法求解发射效率和电枢出膛动能的单目标最优解和双目标Pareto前沿。总体而言,系统关键参数变化时,发射效率和电枢出膛动能均呈单峰变化趋势,并且彼此制衡。该研究方法和结论,对于在不同发射需求(即不同系统参数)下研究系统性能的变化趋势、实现发射效率和电枢出膛动能的双目标最优,有积极的指导意义。     

同步感应电磁推进系统中电枢制造材料的选择

对同步感应电磁推进系统进行了理论分析并建立了单级系统的电路模型,直接建立了电枢制造材料的基本物理参数与电枢感应涡流之间的联系.通过有限元仿真软件模拟比较了不同材质的电枢对电枢受力及电枢加速速度的影响,计算了不同材质电枢对整体系统能量转化效率的影响.结果表明:电枢制造材料的选择将影响电枢的受力方式、整体系统的能量转化率及有效加速载荷的质量,铝制材料在几种电枢制造材料中表现最优.以上分析可为同步感应型电磁推进系统的电枢设计提供参考.     

电接触领域的ASTM标准

介绍了ASTM标准化组织的历史及所制订的ASTM标准的种类和影响力。详细列举了ASTMB02委员会下属的B02.05和B02.11分技术委员会制定的电接触领域相关标准,根据这些标准的具体内容和相关性,按照术语和分类、电接触材料、电接触材料性能要求与测试方法、电接触过程性能与测试方法、贵金属覆盖层质量评价方法、气体环境腐蚀试验对这些标准进行了分类,并简要介绍了这些标准的主要内容和相互关系。文章还就这些标准对电接触材料生产和电接触性能检测的指导意义进行了讨论。     

国际电接触会议的起源和发展

国际电接触会议是每两年一次在美洲、亚洲和欧洲轮流举办的电接触领域内影响范围最广的国际会议。该会议从1961年创办以来已举办了26届,最近的一次会议于2012年5月在北京成功举办。本文介绍了国际电接触会议的起源、发展历程和相关统计信息,探讨了会议成功举办和延续的经验。     

AgCuONiO电接触复合材料物理性能与颗粒粗化机制研究

以Ag板、Cu板和Ni板为原料,经合金冶炼工艺制得的AgCuNi合金采用内氧化法制备了AgCuONiO电接触复合材料.主要考察了氧分压、氧化温度等工艺参数对AgCuONiO材料的氧化率、硬度和电阻率的影响,并探究其微观机制.采用扫描电镜、维氏硬度计和电导率仪等对AgCuONiO材料的微观结构和物理性能进行了表征.结果表明:随着氧压从0.021 MPa增加至1.0 MPa,样品氧化层厚度及氧化率呈先上升至波峰而后下降并趋于平缓的变化趋势,而氧化层的电阻率性能变化规律呈近似"V"型分布态;氧化温度为600℃～800℃时,随着氧分压的增加,氧化层硬度呈平缓上升趋势.内氧化法制备AgCuONiO电接触复合材料的最优工艺参数:氧化温度区间为750℃～800℃、氧分压0.5 MPa.微观组织分析结果表明,随着氧化温度的升高,氧化层出现由氧化物颗粒偏析构成的大量晶界网络,形成晶界偏析效应.当氧化温度升至800℃或850℃时,氧化层微观组织中小晶界合并消亡并长大形成大晶界组织;当氧化温度850℃时,大晶界组织内部存在较多呈弥散分布的氧化物析出颗粒,同时在界面处出现了Ag成分富集区,导致整个氧化层的硬度分布不均匀.AgCuONiO材料的内氧化机制是由内氧化前端氧化物形核与沉淀颗粒长大之间相互竞争的结果,沉淀析出相在浓度梯度等扩散因素驱动下发生颗粒粗化.     

电连接器接触件插拔特性与接触电阻的仿真分析

本文提出了一种基于ABAQUS的电连接器接触件插拔力与接触电阻的有限元仿真分析方法。完成了摩擦系数、过盈量和线簧数对插拔特性的影响分析,进而应用热电耦合仿真技术实现了接触电阻的仿真。所得的结论可为电连接器接触件的设计提供依据,并为接触件的磨损分析奠定基础。     

镀铜接地网与钢、铜接地网技术经济比较

对钢质、铜质和镀铜质接地体的技术性能及截面选择、接地体的连接和布置方式进行分析、计算、比较,并对3种材质接地网方案进行经济造价评价、分析和比较,指出铜质和镀铜接地网方案的综合优势.     

新型电接触触头系统的特性及其应用

介绍了一种全新的双断点、线接触、滚动插入式触头系统的结构特点，该触头系统设计新颖、性能优越，具有接触可靠、防熔焊、免调整维护、高分断能力、高短路性能等优点；说明了其应用效果及可能产生的积极影响。     

大型电机滑动轴承的刮研

介绍大型电机滑动轴承刮研的技术要求和方法。