弓网滑动电接触摩擦磨损行为研究

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1、致谢本论文是在导师郭凤仪教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、调研、实验到论文的撰写、修改，自始至终都倾注了导师的大量心血。没有郭老师耐心细致的指导、鼓励和帮助，论文是难以顺利完成的。导师学识渊博、思维敏捷、严于律己、平易近人，其严谨的治学态度、忘我的工作精神给大家树立了榜样，是留给学生最宝贵的财富。郭老师不但在学术方面给予指导，在日常生活中也给予了无微不至的关怀，使作者终生受益。在此，谨向导师致以深深的敬意。感谢机械工程学院毛君院长、李晓豁院长、王慧院长和赵丽娟书记、李文华老师和于英华老师等导师组各位老师在学业上给予的大力帮助和生活上无微不至

2、的关怀。感谢矿业技术学院苏猛老师在实验装置的机械结构设计上给予的大力帮助和指导。特别感谢国家自然科学基金的资助以及陈忠华副教授和王智勇老师在论文的研究方案和文献翻译上给予的帮助和指导，使我在电接触理论方面积累了一定的知识和经验，才能比较顺利地完成论文的撰写和课题的研究工作。还要感谢同门师弟侯刚、赵汝彬、王海潮、马同立、贾巍和师妹孙倩等同学在实验研究和数据处理过程中给予的热情帮助与建议。正是在这样一个团结合作、奋发向上、互相帮助的良好科研队伍中，才使我的论文工作得以顺利进行和圆满完成，在此，向所有帮助过我的人致以衷心的感谢。感谢葫芦岛市锦西化机械

3、有限公司的张文祥、张万明、王中凯等几位师傅及辽工大机电总厂的各位师傅在实验机的改进工作中给以的大力帮助。感谢我的父母在多年的学习与生活中对我的关心、支持和鼓励。多年来他们给予了无私的关怀和默默的奉献，谨以此文表达我深深的感激之情！最后还要感谢引用文献的作者们和在百忙之中抽出宝贵时间对本文进行评审的各位专家们。 摘要高速电气化铁路的弓/网系统是电力机车的动力来源，载流摩擦磨损是受电弓滑板与接触网导线间滑动电接触状态的主要特征，二者之间构成了一对在复杂环境条件下的机械与电气磨损耦合的特殊摩擦副。随着电力机车速度的不断提高，受电弓滑板与接触网导线之间

4、的载流摩擦磨损行为变得越来越复杂，高速下的受流将出现更多问题，制约机车的进一步提速。因此，以国家自然科学基金项目（高速滑动电接触下的磨耗稳定态研究50677027）为依托对电力机车受电弓滑板与接触导线的摩擦磨损特性和载流稳定性进行了实验研究。首先研制了一台滑动电接触摩擦磨损实验机（专利号：CN200920012471.9），该实验机可以真实模拟电力机车的实际运行状况，实现导线和滑板的均匀磨耗，可以对受电弓滑板与接触导线的摩擦因数、接触点温度、相对滑动线速度、滑板往复移动次数、接触导线与滑板磨耗量以及摩擦副间接触电流、接触电压、接触电阻等参数的实

5、时在线测量和数据储存，可在一定范围内实现电流、载荷、速度等的单、多因素控制。设计了基于LabVIEW的监控界面和数据处理系统，可对下位机检测的数据进行实时显示与记录，并生成各种相应的波形曲线和报表，为进一步的理论分析创造了条件。通过对浸铜碳滑板、铜基粉末冶金滑板与铜锡导线的对磨实验，研究了大电流、重载荷、高滑动速度下的摩擦磨损行为，通过实验得出滑板的载流摩擦磨损特性、受流稳定性、接触点温升特性等，并利用SSX-550扫描电子显微镜，对滑板的磨损形貌进行了分析。结果表明：在接触压力和载流相同的情况下铜基粉末冶金滑板的接触电阻小于浸铜碳滑板的接触电

6、阻；接触压力相同、载流不同时，浸铜碳滑板的接触电阻变化率更小、受流稳定性较好；相同载流下，两种材料的滑板温升速率不同；随着电流的增大，浸铜碳滑板的温升幅度比铜基粉末冶金滑板的大，但后者的温升幅度逐渐减小；电流较小时，滑板温升的主要因素为摩擦热与焦耳热，当电流增大到一定值，焦耳热与电弧热是滑板温升的主要原因。接触压力、滑动速度、加载电流这三个对受电弓滑板载流摩擦磨损性能有重要影响的因素中，电流因素的影响程度最大。不同载流情况下，两种滑板的磨耗率随-I- 着电流的增大而增大，但铜基粉末冶金滑板随着电流的增加磨耗率变化较大，浸铜碳滑板材料磨耗率变化较

7、小、耐磨性能较为理想。在相对滑动速度恒定的条件下，增大摩擦副间的接触压力，在使其摩擦因数增大的同时，却改善了滑板的受流质量和摩擦副的接触稳定性，从而使磨耗率呈现先减小后增大的“U”形变化规律，磨耗率最小时对应的接触压力阈值随接触电流的增大而增大。在接触压力恒定条件下，摩擦副间的摩擦因数随滑动速度的增加而不断减小，但其接触稳定性及受流质量却不断恶化，磨耗率随滑动速度的增加而减小，随接触电流的增加而增大。论文提出磨耗稳定态的概念，即受电弓滑板与接触导线在一定条件下对磨一段时间以后出现的一个磨耗量较低、磨耗率相对稳定的阶段，在该阶段中摩擦副表面有一层

8、光亮的膜层，磨耗稳定态对磨擦副的性能及运行寿命具有重要的影响。在到达磨耗稳定态之前为过渡状态，这一阶段的摩擦磨损形式以宏观电弧烧蚀和磨粒磨损为主。通过