亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        剛性接觸網(wǎng)-受電弓載流磨損性能的試驗研究

        2021-12-28 13:05:12梅桂明
        西南交通大學(xué)學(xué)報 2021年6期
        關(guān)鍵詞:磨損率滑板電弧

        梅桂明

        (西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室,四川 成都 610031)

        到2019 年底,我國地鐵和輕軌線路總里程已經(jīng)達(dá)到6600 km. 剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)因隧道空間占用小,接觸線不需要預(yù)緊力,施工和維修費用低等一系列優(yōu)點,在地鐵線路上得到了大量的應(yīng)用. 我國川藏鐵路因為橋梁和隧道長度占總線路長度的70%~80%,從節(jié)約建造成本的角度,也有可能采用剛性接觸網(wǎng)的供電制式. 我國地鐵剛性接觸網(wǎng)近20 a 的使用經(jīng)驗也發(fā)現(xiàn),這種制式的接觸網(wǎng)系統(tǒng)存在受電弓滑板和接觸線材料嚴(yán)重磨損的問題[1-2]. 地鐵浸金屬碳滑板材料的正常使用壽命為2.5 萬~3.0 萬公里,嚴(yán)重時磨耗達(dá)到16~20 mm/萬公里;銅銀合金接觸線的使用壽命最短約為3.5~5.0 a[3-4]. 浸金屬碳材料是目前地鐵、普速鐵路和高速鐵路使用的耐磨性能最好的一種滑板材料,造價也是最高的一種. 滑板和接觸線材料的異常磨耗,也意味著列車取流質(zhì)量的下降,既增加地鐵列車的運(yùn)營成本,也容易損壞列車的電器元件. 因此,開展剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)載流摩擦磨損性能研究有著積極的意義.

        迄今為止,對剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)材料磨損問題的研究還比較少見,Wei 等[5]研究了剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的接觸線和受電弓滑板磨耗的理論預(yù)測方法,Simarro等[6]研究了剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)弓網(wǎng)動力學(xué)模型的驗證方法. 大量的工作主要圍繞高速鐵路柔性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的摩擦磨損問題進(jìn)行研究[7-14]. 比較一致的觀點認(rèn)為,高速鐵路弓網(wǎng)載流摩擦磨損主要由機(jī)械磨損和電氣磨損組成,其中電氣磨損如熱磨損和電弧燒蝕磨損占較大的比重,控制了電弧燒蝕磨損就可以成倍地提高滑板材料的耐磨性[15-22].

        本文對地鐵剛性接觸網(wǎng)-受電弓滑動摩擦系統(tǒng)在直流電流通過條件下的摩擦磨損性能進(jìn)行了試驗研究,探討了剛性接觸網(wǎng)-受電弓滑動摩擦副載流條件下發(fā)生嚴(yán)重磨損的機(jī)理.

        1 試驗簡介

        1.1 試驗設(shè)備

        本試驗在環(huán)-塊式載流摩擦磨損試驗機(jī)(見圖1)上進(jìn)行,它主要由變頻電機(jī)、直徑為1100 mm 的轉(zhuǎn)動盤、滑板座、機(jī)座等零部件組成. 接觸線固定在轉(zhuǎn)動盤的外圓柱面上,滑板固定在滑板座上. 變頻電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動,帶動接觸線相對于滑板作水平方向的相對滑動,模擬弓網(wǎng)之間沿線路縱向的相對滑動. 此外,滑板相對于接觸線還作垂直方向的往復(fù)運(yùn)動,模擬弓網(wǎng)沿線路橫向的拉出值相對運(yùn)動.

        圖1 試驗機(jī)Fig. 1 Test machine

        1.2 試驗材料

        試驗用的接觸線樣品取自地鐵剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)在用的銅銀合金接觸線,其橫截面尺寸與地鐵線路在用的接觸線橫截面尺寸一致. 滑板材料樣品取自地鐵剛性接觸網(wǎng)受電弓在用的浸金屬碳滑板材料,其橫截面尺寸與地鐵在用的滑板材料的橫截面尺寸一致,長度為120 mm. 本次試驗用的接觸線和滑板材料的化學(xué)成分和物理性能見表1 和表2 所示.

        表1 接觸線的化學(xué)成份和物理性能Tab. 1 Physical parameters and chemical compositions of contact wire

        表2 滑板材料的化學(xué)成份和物理性能Tab. 2 Chemical compositions and physical parameters of strip

        1.3 試驗參數(shù)

        剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的地鐵列車一般由6 輛車輛組成,在列車的一前一后各使用一個受電弓取流,每個受電弓并排使用4 根滑板. 每個受電弓通過電流約為DC 0~1400 A,總法向力120 N. 因此,本次試驗參數(shù)選取如下:滑動速度V= 60 km/h,滑板的通過電流I= 0,400 A,每根滑板與接觸線之間的法向力Fn= 30 N,試驗的滑動距離d= 900 km.

        1.4 試驗測量方法

        使用精度為0.1 mg 的電子天平測量滑板的重量,滑板的磨損量定義為試驗前、后滑板的質(zhì)量損失除以滑板材料的密度. 由于接觸線的磨耗比較小,而且接觸線是固定在試驗機(jī)轉(zhuǎn)動盤外圓柱面上,拆裝困難,不容易準(zhǔn)確測量接觸線的磨耗,因此本試驗暫不考慮接觸線的磨耗. 使用熱成像儀測量滑板的溫度,使用霍爾電流傳感器和電壓傳感器分別測量電弧電壓和電流,電弧電壓和電流信號使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并行采集. 本研究曾經(jīng)試驗過用1000、5000、10000 Hz 3 種不同的采樣頻率采集電弧電壓和電流的數(shù)據(jù),由于采集結(jié)果差別不大,為方便數(shù)據(jù)處理,本研究的采樣頻率取為1000 Hz. 定義電弧能量為

        式中:U為滑板和接觸線之間的電壓,V;t為試驗時間,s.

        由于U和I都是離散數(shù)據(jù),所以電弧能量用辛普森積分法來計算. 圖2 是使用熱成像儀測量的滑板-接觸線摩擦副的溫度,可看見滑板溫度最高為312.0 ℃. 熱成像儀測量溫度的數(shù)據(jù)更新頻率為60 Hz.

        圖2 接觸線-滑板摩擦副的溫度測量結(jié)果Fig. 2 Measured temperature of contact wire-strip pair

        2 試驗結(jié)果及分析

        2.1 摩擦系數(shù)隨滑動距離的變化

        圖3 顯示了滑板-接觸線摩擦副滑動摩擦?xí)r摩擦因數(shù)隨滑動距離的變化,可以看出:滑動開始時,摩擦因數(shù)的數(shù)值略大,隨著滑動距離的增加,摩擦因數(shù)略有減小;無電流時的摩擦因數(shù)比有電流時的摩擦因數(shù)略大,例如,當(dāng)d= 150 km,I= 0 時,摩擦因數(shù)μ= 0.25,而當(dāng)d= 150 km,I= 400 A 時,μ= 0.22.這是因為有電流時,滑板-接觸線摩擦副經(jīng)常發(fā)生電弧放電現(xiàn)象,滑板材料的溫度比較高,滑板出現(xiàn)材料軟化,滑板材料的主要成份是碳,容易粘附到接觸線表面,在接觸線摩擦表面形成氧化膜,因而減小了摩擦因數(shù)[19].

        圖3 摩擦因數(shù)隨滑動距離的變化Fig. 3 Variation of friction coefficient against sliding distance

        2.2 滑板磨損率隨滑動距離的變化

        圖4 顯示了滑板磨損率隨滑動距離的變化關(guān)系,可以看出:有電流時滑板的磨損率w隨著滑動距離的增大略有減小,當(dāng)d= 150 km,I= 400 A 時,w= 5.100 mm3/km,而當(dāng)d= 750 km,I= 400 A 時,w= 4.500 mm3/km;有電流時滑板的磨損率比無電流時大得多,如d= 150 km,I= 0 時,w= 0.096 mm3/km,有電流時滑板的磨損率是無電流時滑板的磨損率的53 倍,可見直流電流對滑板的磨損率有重要的影響.

        圖4 滑板磨損率隨滑動距離的變化Fig. 4 Variation of wear rate against sliding distance

        磨損率定義如式(2)所示.

        式中:V為滑板磨損量,mm3.

        根據(jù)式(2)和圖4 的試驗結(jié)果,可以估計寬度為35 mm、試驗機(jī)設(shè)定的接觸線拉出值為 55 mm 的滑板,使用d=10 000 km 時的磨耗深度為 12.47 mm.如果換算成剛性接觸網(wǎng)拉出值200 mm,則滑板使用d=10 000 km 時的磨耗深度為3.43 mm,該數(shù)據(jù)與剛性接觸網(wǎng)現(xiàn)場磨耗數(shù)據(jù)4.20~4.90 mm[4]接近.

        2.3 滑板溫度隨滑動距離的變化

        圖5 顯示了滑板的溫度隨滑動距離的變化,可以看出:自滑動距離d= 150 km 開始,有電流時滑板的溫度較高,最高達(dá)312.0 ℃,并在306.0 ℃左右小幅波動;當(dāng)無電流時,滑板的溫度隨滑動距離的變化微小,保持在41.3 ℃左右. 可見,直流電流對滑板溫度的影響很大. 溫度越高,滑板材料就越容易軟化,容易黏著轉(zhuǎn)移到接觸線表面,造成滑板材料磨損加劇;同時,滑板溫度越高,滑板材料中低燃點的成分就容易燃燒,燃燒后的滑板材料變得松散,與接觸線摩擦?xí)r極易脫落造成滑板材料磨損的加劇.

        圖5 滑板的最高溫度隨滑動距離的變化Fig. 5 Variation of strip temperature against sliding distance

        2.4 電弧能量隨滑動距離的變化

        圖6 顯示了弓網(wǎng)電滑動過程中電弧能量隨滑動距離的變化(I= 400 A),可以看出:隨著滑動距離的增大,電弧能量逐漸趨于平穩(wěn). 滑動剛開始的時候,由于滑板與接觸線之間處于初始跑合狀態(tài),接觸狀態(tài)不是很穩(wěn)定,離線比較多,此時弓網(wǎng)電弧放電比較強(qiáng)烈,所以電弧能量比較大;隨著滑動距離的增加,滑板與接觸線之間的接觸狀態(tài)變好,離線相對較少,所以弓網(wǎng)電弧放電比較少,電弧能量相應(yīng)也比較少.弓網(wǎng)電弧一方面引起接觸副材料溫度的升高,另一方面電弧燒蝕引起滑板和接觸線材料的異常損耗,就像電弧焊接原理一樣,當(dāng)電弧能量達(dá)到一定數(shù)值的時候,電弧熱就能夠把焊接材料融化,由于摩擦副存在相對滑動,融化的材料就會沿著相對滑動速度方向飛濺出來. 電弧燒蝕是引起滑板材料磨損的最重要因素,滑板的磨耗與電弧能量成正比關(guān)系[14,21].因此,在實際的弓網(wǎng)系統(tǒng)中,應(yīng)盡量減少弓網(wǎng)電弧放電問題.

        圖6 電弧能量隨滑動距離的變化Fig. 6 Variation of arc energy against sliding distance

        2.5 磨痕形貌分析

        圖7 顯示了滑板和接觸線的磨痕形貌,可以看出:滑板磨痕表面存在明顯的由于電弧燒蝕留下的麻坑,接觸線摩擦表面覆蓋了一層黑色的氧化膜,該氧化膜是電弧燒蝕的高溫和滑板材料轉(zhuǎn)移到接觸線表面共同作用而形成,一般認(rèn)為該氧化膜可以減小滑板和接觸線之間的滑動摩擦因數(shù)[19].

        圖7 滑板和接觸線的磨痕形貌Fig. 7 Surface topography of strip and wire scars

        圖8(a)和圖8(b)分別顯示了滑板磨痕的SEM(scanning electronic microscope)照片和EDS (energy dispersive spectrum)分析. 從圖8(a)可以看出:滑板磨痕表面存在明顯的龜裂裂紋,在摩擦力和法向力的作用下,這些龜裂裂紋易引起滑板材料的脫層磨損,加速材料的磨耗. 從圖8(b)可以看出:滑板磨痕的氧元素含量比較高,這是發(fā)生了電弧燒蝕的緣故.

        圖8 滑板磨痕的SEM 和EDS 分析Fig. 8 SEM photograph and EDS analysis of strip scar

        3 結(jié) 論

        1) 在直流電流通過條件下,浸金屬碳滑板和銅銀合金接觸線的滑動摩擦系數(shù)約為0.22,無電流時的滑動摩擦系數(shù)比有電流的摩擦系數(shù)略大.

        2) 直流電流對浸金屬碳滑板的磨損量有顯著影響,在直流電流400 A 時滑板的磨損率達(dá)到4.5~5.1 mm3/km,約為無電流時滑板磨損率的53.0 倍.

        3) 直流電流對浸金屬碳滑板的溫度有顯著影響,在直流電流400 A 時滑板的溫度最高為312.0 ℃,約為無電流時滑板溫度的7.4 倍.

        4) 浸金屬碳滑板的磨損機(jī)制主要是電弧燒蝕和黏著磨損,接觸線覆蓋了一層黑色的氧化膜.

        致謝:本項目得到牽引動力國家重點實驗室自主研究課題項目資助(2020 TPL-T08).

        猜你喜歡
        磨損率滑板電弧
        Si3N4/PTFE復(fù)合材料轉(zhuǎn)移膜形貌與磨損率定量分析
        結(jié)構(gòu)參數(shù)對水力旋流器壁面磨損的影響研究
        煤炭工程(2024年1期)2024-02-22 11:17:46
        空間組合彎頭氣固兩相流動磨損特性的數(shù)值模擬
        故障電弧探測器與故障電弧保護(hù)裝置在工程中的應(yīng)用分析
        P2離合器摩擦片磨損率臺架測試方法
        2219鋁合金激光電弧復(fù)合焊接及其溫度場的模擬
        快樂滑板
        湖上的滑板
        滑板改造記
        航空電氣系統(tǒng)中故障電弧的分析
        電子制作(2017年22期)2017-02-02 07:10:15
        热门精品一区二区三区| 永久免费的av在线电影网无码| 亚洲天堂手机在线| 国产丝袜高跟美腿一区在线| 99精品国产综合久久麻豆| 国产精品9999久久久久仙踪林| 无码h黄动漫在线播放网站| 久久99亚洲综合精品首页| 国产视频在线观看一区二区三区 | 亚洲av成人一区二区三区| 国产激情久久99久久| 日韩一区二区中文字幕| 国产精品亚洲专区无码不卡| 国产丝袜无码一区二区三区视频 | 亚洲国产剧情在线精品视 | 亚洲AV专区一专区二专区三| av天堂免费在线播放| 中文字幕在线日亚洲9| AV无码最在线播放| 久久午夜伦鲁鲁片免费| 97中文字幕精品一区二区三区| 九九热线有精品视频86| 欧美在线成人午夜网站| 久久亚洲av午夜福利精品西区| 人妻少妇偷人精品免费看| 天堂中文在线资源| 国产精品黑色丝袜在线播放| 亚洲中文中文字幕乱码| 全黄性性激高免费视频| 亚洲av理论在线电影网| 蜜桃视频在线免费观看完整版| 91自拍视频国产精品| 中文成人无码精品久久久不卡| 国产成人免费高清激情明星| 丝袜美腿在线观看视频| 亚洲av无码久久| 亚洲综合性色一区| 亚洲综合av一区在线| 欧美亚洲一区二区三区| 国产精品99久久久久久宅男| 亚洲综合网一区二区三区|