王圖南，寇佳寶，郭鳳儀

（溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，浙江溫州 325035）

0 引言

受電弓—接觸網(wǎng)系統(tǒng)是電氣化鐵路的關(guān)鍵部件之一。高速列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中所需電能通過(guò)弓網(wǎng)穩(wěn)定接觸進(jìn)行取流，真實(shí)接觸斑點(diǎn)的數(shù)量決定了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。弓網(wǎng)系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)受到滑動(dòng)摩擦和接觸電流的雙重作用，從而引起滑板與接觸線的接觸區(qū)域溫度大幅度升高。這種溫升會(huì)改變滑板表面的真實(shí)接觸狀態(tài)，使真實(shí)接觸面積發(fā)生變化，因此摩擦副表面加劇磨損[1]。引起接觸區(qū)域溫度升高的原因有很多，如弓網(wǎng)振動(dòng)壓力、滑動(dòng)摩擦、接觸電流、接觸線暴露于低溫潮濕環(huán)境[2]下、寒凍環(huán)境下覆冰[3]等。近年來(lái)，惡劣環(huán)境帶來(lái)的列車(chē)安全運(yùn)行問(wèn)題層出不窮。由于弓網(wǎng)系統(tǒng)需要維持在一定溫度范圍內(nèi)才能更好地保持電氣性能，所以對(duì)特殊環(huán)境下弓網(wǎng)系統(tǒng)載流摩擦副表面溫升特性進(jìn)行研究具有重要意義[4]。

M Szulborski 等[5]通過(guò)建立高壓斷路器三維有限元耦合仿真模型，研究了接觸系統(tǒng)在接觸對(duì)上的電動(dòng)力特性，得出電動(dòng)力的值在2 kN 時(shí)接觸點(diǎn)的嚴(yán)重變形會(huì)造成接觸系統(tǒng)損壞的結(jié)論。F Guo 等[6]建立考慮粗糙面的滑動(dòng)電接觸溫度場(chǎng)仿真模型，分析表面粗糙度和分形參數(shù)對(duì)接觸面溫度的影響，得出了隨著分形維數(shù)增加或分形粗糙度減小，接觸區(qū)域溫度不斷降低的結(jié)論。H Zhao 等[7]采用Fluent 流體仿真軟件建立電弧侵蝕模型，分析直流28 V電源下發(fā)生電弧時(shí)電弧能量對(duì)飛機(jī)鋁板結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理，可用于預(yù)測(cè)電弧對(duì)物體的損傷程度。A Maharaj 等[8]建立氦等離子體的流體動(dòng)力學(xué)模型，研究等離子體在高壓和小電流條件下的放電演化過(guò)程，得出了鞘層模型和熱力學(xué)性質(zhì)對(duì)電勢(shì)有顯著影響的結(jié)論。Z Han 等[9]建立弓網(wǎng)電弧磁流體仿真模型，研究不同車(chē)速條件以及正面氣流影響下弓網(wǎng)電弧的運(yùn)動(dòng)特性。J Deng[10]建立考慮流-固-電多物理場(chǎng)耦合的換流變壓器內(nèi)部的電弧放電仿真模型，計(jì)算故障能量為230 kJ 時(shí)內(nèi)部壓力和強(qiáng)度的變化特征，為減少換向器故障火災(zāi)提供了有效的數(shù)值模擬方法。Z Yang 等[11]建立受電弓電弧的磁流體動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)考慮橫向側(cè)風(fēng)和輸入電流對(duì)電弧動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，詳細(xì)研究其對(duì)電弧溫度和電弧電壓的影響。周昱涵等[12]建立了二維磁流體動(dòng)力學(xué)模型探究高海拔地區(qū)的弓網(wǎng)電弧運(yùn)動(dòng)特性，得出了采用更大半徑的接觸線或者減小接觸線底部的曲率可以有效加快電弧運(yùn)動(dòng)，從而減輕電弧燒蝕的結(jié)論。

近年對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)溫升特性的研究主要集中在波動(dòng)載荷、電弧侵蝕、受流質(zhì)量以及摩擦磨損[13]等方面，對(duì)于惡劣氣候環(huán)境如降雨、覆冰、峽谷風(fēng)等的研究[14]較少。川藏鐵路所在地區(qū)的環(huán)境氣壓比起國(guó)內(nèi)其他地區(qū)顯著降低。國(guó)內(nèi)外關(guān)于低氣壓環(huán)境的主要研究聚焦于電弧的運(yùn)動(dòng)特性[15]，而對(duì)于整體弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸區(qū)域溫度的研究很少。本文建立滑動(dòng)電接觸粗糙表面微觀接觸模型，結(jié)合運(yùn)行速度和接觸電流對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫升的規(guī)律，計(jì)算并分析流-固多場(chǎng)耦合下不同氣壓與流速對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)流場(chǎng)和壓力的影響特性。為低氣壓條件下弓網(wǎng)滑動(dòng)摩擦副建模優(yōu)化以及降低極端環(huán)境對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊提供了理論支持。

1 仿真模型與邊界條件

1.1 三維粗糙表面形貌模擬

粗糙表面之間的接觸是以接觸斑點(diǎn)的形式存在的，實(shí)際的接觸表面是粗糙且不連續(xù)的。本文將弓網(wǎng)接觸問(wèn)題等效為粗糙表面與光滑表面之間的接觸問(wèn)題，其中滑板表面為粗糙表面，接觸線為剛性光滑表面。

本文采用了W-M函數(shù)來(lái)建立滑動(dòng)電接觸的粗糙表面接觸模型[16]，分形方程如式（1）和式（2）所示。首先對(duì)實(shí)體滑板表面粗糙度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其次采用結(jié)構(gòu)函數(shù)法[17]計(jì)算分形維數(shù)D和分形粗糙度G，最后根據(jù)式（1）所建立的粗糙表面三維模擬圖如圖1 所示。其中分形維數(shù)D代表粗糙表面輪廓的起伏程度，D越大則表明粗糙表面的輪廓越復(fù)雜。特征尺度參數(shù)G模擬粗糙表面形貌的高度，G越大表明表面粗糙峰值越高。

圖1 三維分形粗糙表面帷幕

式中：L為取樣長(zhǎng)度，即視在接觸面的邊長(zhǎng)，m；D為二維幾何的分形維數(shù)，2＜D＜3；G為分形粗糙度，m；γ為尺度參數(shù)，γ＞1，通常取γ=1.5；M為用于構(gòu)造隨機(jī)形貌的不同方向的疊加脊數(shù)量，通常取M＞10；φmn為[0，2π]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)相位；nmax為最高頻率分量階數(shù)；int[·]為最高頻率的最大整數(shù)；LS為截止頻率。

1.2 幾何模型構(gòu)建

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自制的高性能滑動(dòng)電接觸實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)際尺寸對(duì)固體模型進(jìn)行建模，建模流程如圖2所示。圖3所示為所建立的流-固耦合三維弓網(wǎng)系統(tǒng)模型圖，圖中圓環(huán)部分為銅接觸線，其圓環(huán)半徑為491 mm，截面半徑為8 mm，磨損量為1 mm，運(yùn)動(dòng)方式設(shè)定為繞圓環(huán)圓心旋轉(zhuǎn)。圓環(huán)左側(cè)為浸金屬碳材料的受電弓滑板，其形狀為平行六面體，尺寸為250 mm×25 mm×10 mm，受電弓滑板沿長(zhǎng)度方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圓環(huán)右側(cè)為銅材質(zhì)的電刷，尺寸為200 mm×30 mm×10 mm。浸金屬碳滑板的楊氏模量為1 260 MPa，泊松比為0.425，電導(dǎo)率為7 800 S∕m，導(dǎo)熱系數(shù)為260 W∕（m·K），密度為2 400 kg∕m3，恒壓熱容為700 J∕（kg·K）。銅接觸線的楊氏模量為110 000 MPa，泊松 比 為0.35，電 導(dǎo) 率 為5.56×107S∕m，導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為380 W∕（m·K），密 度 為8 700 kg∕m3， 恒 壓 熱 容 為380 J∕（kg·K）。接觸部分的摩擦因數(shù)均為0.2，流體計(jì)算域尺寸為1 500 mm×1 200 mm×100 mm，材料為空氣。

圖2 固體模型建立流程

圖3 三維流-固耦合弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸模型

1.3 網(wǎng)格剖分與基礎(chǔ)假設(shè)

為了提高模型精度和收斂性，采用用戶(hù)控制網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格剖分，網(wǎng)格剖分圖如圖4 所示。普通物理學(xué)部分定義粗化網(wǎng)格，流體動(dòng)力學(xué)部分定義為常規(guī)網(wǎng)格。根據(jù)空氣流動(dòng)屬性，在流體與固體模型交界處采用邊界層自動(dòng)收縮狹窄區(qū)域。最后完整網(wǎng)格包含596 820 個(gè)域單元、39 312個(gè)邊界單元和6 047個(gè)邊單元。四面體網(wǎng)格單元有53 072 個(gè)，三角形單元有38 856 個(gè)，最小單元質(zhì)量為0.02，平均單元質(zhì)量為0.66，能夠滿(mǎn)足網(wǎng)格耦合計(jì)算要求。該模型的建立需滿(mǎn)足如下假設(shè)：（1）假設(shè)材料表面各項(xiàng)同性；（2）考慮到接觸區(qū)域溫升的溫度范圍，忽略電弧熱；（3）忽略表面對(duì)表面的輻射傳熱。

圖4 網(wǎng)格剖分

1.4 流-固耦合控制方程

基于納維-斯托克斯理論，守恒定律根據(jù)以下幾個(gè)方程進(jìn)行描述，其中質(zhì)量守恒方程為：

動(dòng)量守恒方程為：

能量守恒方程為：

式中：ρ為密度，kg∕m3，Cp為恒壓熱容，J∕（kg·K），T為絕對(duì)溫度，K；u為速度矢量，m∕s；q為傳導(dǎo)熱通量，W∕m2；qr為輻射熱通量，W∕m2；αp為熱膨脹系數(shù)；τ為黏性應(yīng)力張量，Pa；Q為除黏性耗散外的熱源，W∕m3。

1.5 邊界條件與參數(shù)設(shè)定

本文參考青藏高原所處空氣熱力學(xué)參數(shù)劃分出6 個(gè)氣壓等級(jí)，分別為50、60、70、80、90 和101 kPa。流體域的外表面為熱絕緣邊界，圖3 的流體計(jì)算域左側(cè)定義為流體入口，設(shè)定充分發(fā)展的流動(dòng)，給定初始平均速度為5 m∕s，右側(cè)設(shè)定為開(kāi)放邊界，正應(yīng)力為0。

2 低氣壓條件下弓網(wǎng)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及粗糙表面特性仿真研究

2.1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下弓網(wǎng)模型可行性驗(yàn)證

設(shè)置以下兩種工況條件：（1）滑動(dòng)速度為50 km∕h，接觸電流為60 A，接觸壓力為60 N；（2）滑動(dòng)速度為80 km∕h，接觸電流為80 A，接觸壓力為60 N。初始環(huán)境溫度為293.15 K，運(yùn)行時(shí)間為100 s。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)滑動(dòng)電接觸粗糙表面接觸區(qū)域溫度分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與仿真研究。圖5 所示為自行研制的高性能滑動(dòng)電接觸實(shí)驗(yàn)機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用紅外熱像儀拍攝并捕捉接觸區(qū)域最高溫度，如圖6（a）和圖7（a）所示。在同樣的工況條件下進(jìn)行仿真，計(jì)算出接觸區(qū)域最高溫度結(jié)果如圖6（b）和圖7（b）所示。由圖6 可知，第一種工況下實(shí)驗(yàn)與仿真得到的滑板表面溫度的最大值分別為39.4、36.4 ℃，誤差為3 ℃。由圖7 可知，第二種工況下實(shí)驗(yàn)與仿真得到的滑板表面溫度的最大值分別為46.1、45.2 ℃，誤差為0.9 ℃。仿真模型與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接觸區(qū)域溫度高度吻合，可知仿真模型具有較高的精度和系統(tǒng)可行性。

圖5 高性能滑動(dòng)電接觸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖6 I=60 A，F(xiàn)=60 N，v=50 km∕h工況下滑板表面瞬態(tài)溫度

圖7 I=80 A，F(xiàn)=60 N，v=80 km∕h工況下滑板表面瞬態(tài)溫度

2.2 低氣壓條件對(duì)弓網(wǎng)接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)溫升的影響

對(duì)不同氣壓下的滑動(dòng)電接觸粗糙表面接觸區(qū)域的穩(wěn)態(tài)溫度進(jìn)行仿真計(jì)算。設(shè)定如下仿真條件：滑動(dòng)速度為400 km∕h，接觸電流為500 A，接觸壓力為60 N，氣壓等級(jí)分別為50、60、70、80、90、101 kPa，仿真時(shí)間設(shè)定為600 s。根據(jù)仿真結(jié)果獲得了不同氣壓對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫度的影響規(guī)律，如圖8 所示，氣壓越低，粗糙表面接觸區(qū)域的穩(wěn)態(tài)溫度越高。隨著氣壓降低，接觸區(qū)域的溫度時(shí)間常數(shù)增加。起初45 s 溫度上升階段，氣壓越低，溫度增長(zhǎng)速率越大。這是由于氣壓越低，空氣密度越小，滑板表面散熱越慢，進(jìn)而導(dǎo)致滑板表面的溫升越高。

為了研究低氣壓環(huán)境下滑動(dòng)速度與接觸電流對(duì)粗糙表面接觸區(qū)域溫度的影響，在滑動(dòng)速度分別為200、400 km∕h，接觸電流分別為400、700、1 000 A 的條件下進(jìn)行仿真，仿真時(shí)間仍設(shè)定為600 s。如圖9 所示，當(dāng)接觸電流一定時(shí)，隨著氣壓從50 kPa增大到101 kPa，接觸區(qū)域的穩(wěn)態(tài)溫度逐漸降低，并且氣壓越高，溫度降低的速率越慢。低速條件下的穩(wěn)態(tài)溫度比高速下要高，這是由于高速運(yùn)行時(shí)接觸面的散熱加快，其溫度也更易達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此外，滑動(dòng)速度對(duì)不同氣壓等級(jí)下的接觸區(qū)域溫度會(huì)存在不同程度的影響。在氣壓過(guò)低或更接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，速度對(duì)接觸面溫度的影響較小。而氣壓分在60、70、80 kPa 時(shí)，速度對(duì)接觸面溫度的影響更大。圖10 所示為不同氣壓等級(jí)下接觸電流對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫度的影響。當(dāng)滑動(dòng)速度一定時(shí)，隨著氣壓的升高，接觸面溫度不斷下降，且低氣壓范圍內(nèi)溫度下降更快。而氣壓一定時(shí)，不同的接觸電流對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫度的影響不大。

圖9 不同速度下氣壓等級(jí)與接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)溫升的關(guān)系

圖10 不同電流下氣壓等級(jí)與接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)溫升的關(guān)系

2.3 低氣壓條件下氣體流速對(duì)弓網(wǎng)接觸區(qū)域溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)的影響

為了研究不同氣壓條件下穩(wěn)態(tài)溫度對(duì)接觸線周?chē)鲌?chǎng)分布的影響，基于表1 所示的參數(shù)對(duì)流體域進(jìn)行仿真計(jì)算[18]。取接觸壓力為60 N，接觸電流為400 A，滑動(dòng)速度為400 km∕h，空氣流速為5 m∕s，氣壓等級(jí)分別為50、70、90、101 kPa，仿真時(shí)間為1 000 ms，單步時(shí)間為10 ms，采用MUMPS 求解器，仿真計(jì)算出4 種氣壓等級(jí)下接觸剖面溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)云圖分布。

表1 不同氣壓條件下平均環(huán)境溫度與滑板接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)平均溫度對(duì)應(yīng)表

圖11 所示為不同氣壓等級(jí)與速度場(chǎng)之間的關(guān)系，可以看出當(dāng)流速一定時(shí)，隨著氣壓從50 kPa 增大到101 kPa，速度場(chǎng)最大值從4.5 m∕s 減小到4.24 m∕s。這是由于氣壓升高導(dǎo)致空氣動(dòng)力黏度增加，其流動(dòng)性有所減弱，因此速度也會(huì)下降。圖12 所示為50 kPa 氣壓下溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)分布特性。弓網(wǎng)接觸部分作為穩(wěn)態(tài)熱源，其溫度分布非常集中，而流體域所處溫度較低且分布比較分散。接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)溫度與環(huán)境溫度差異較大，因此高溫仍然集中于受電弓滑板表面。流體從左側(cè)入口進(jìn)入，因而滑板左側(cè)的流體速度場(chǎng)等值線分布較集中。弓網(wǎng)接觸部分對(duì)氣流的阻斷效應(yīng)使滑板上表面與接觸線左側(cè)產(chǎn)生黏性流動(dòng)，空氣流動(dòng)性下降，流體在接觸區(qū)域左側(cè)聚集停滯，因此速度變小。而在接觸線上方氣流具有較強(qiáng)的爬坡效應(yīng)，因此在水平方向形成流場(chǎng)拖尾，隨后又下沉在弓網(wǎng)接觸右側(cè)集中形成渦流。受電弓滑板下方無(wú)障礙物阻隔，因此速度等值線分布密集。

圖11 不同氣壓等級(jí)與速度場(chǎng)的關(guān)系

圖12 50 kPa氣壓下溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)分布

為了研究不同氣壓和流速作用下弓網(wǎng)接觸模型氣體速度場(chǎng)的分布，設(shè)定如下仿真條件：接觸壓力為60 N，接觸電流為400 A，滑動(dòng)速度為400 km∕h，取氣壓等級(jí)分別為70、90、101 kPa，氣體流速分別為1、3、5 m∕s，仿真時(shí)間為1 000 ms，單步時(shí)間為10 ms。

當(dāng)氣壓分別為70、90、101 kPa時(shí)氣體速度場(chǎng)的云圖分別如圖13～15 所示。當(dāng)氣壓相同時(shí)，隨著流速?gòu)? m∕s增大到5 m∕s，接觸線內(nèi)部氣流沿水平方向移動(dòng)形成的拖尾現(xiàn)象更明顯，體現(xiàn)在云圖中為藍(lán)色加深。而當(dāng)流速一定時(shí)，隨著氣壓等級(jí)從70 kPa增大到101 kPa時(shí)，接觸線內(nèi)部形成的藍(lán)色拖尾在水平方向的范圍逐漸拓寬。此外，當(dāng)氣體流速為5 m∕s時(shí)，隨著氣壓升高，接觸線背風(fēng)面的低速場(chǎng)，即藍(lán)色部分聚集程度降低，氣體流速小時(shí)對(duì)背風(fēng)面速度場(chǎng)的影響較小。流體入口側(cè)在上下兩端分別形成高速漩渦，旋渦中心紅色加深即速度很大。受電弓滑板左端，即迎風(fēng)面速度場(chǎng)較小，接觸線迎風(fēng)面速度場(chǎng)呈現(xiàn)弧形分布，與導(dǎo)線形狀契合，背風(fēng)面低速場(chǎng)分布集中。

圖13 70 kPa條件下流速分別為1、3、5 m∕s時(shí)速度場(chǎng)云圖分布

圖14 90 kPa條件下流速分別為1、3、5 m∕s時(shí)弓網(wǎng)速度場(chǎng)云圖分布

圖15 101 kPa條件下流速分別為1、3、5 m∕s時(shí)速度場(chǎng)云圖分布

2.4 低氣壓條件下瞬態(tài)流場(chǎng)壓力分布特征分析

為了研究不同氣壓等級(jí)對(duì)弓網(wǎng)接觸模型的風(fēng)壓分布特征的影響，設(shè)定如下仿真條件：接觸壓力為60 N，接觸電流為400 A，滑動(dòng)速度為400 km∕h，空氣流速為5 m∕s，氣壓等級(jí)分別為50、70、90、101 kPa，仿真時(shí)間為1 000 ms，單步時(shí)間為10 ms。

以氣壓50 kPa 為例，圖16 所示為弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸模型二維切面瞬態(tài)壓力的等值線云圖。當(dāng)t=0 ms 時(shí)滑板和接觸線受到的壓力主要分布在接觸線左側(cè)外部以及右側(cè)外內(nèi)部。當(dāng)t=10 ms時(shí)，滑板左端受到氣流沖擊形成中高壓區(qū)，最大壓力達(dá)到6.64 Pa，接觸線左外側(cè)作為迎風(fēng)面，表面壓力處于高正壓區(qū)，滑板另一端和接觸線左內(nèi)側(cè)作為背風(fēng)面處于低負(fù)壓區(qū)。氣流沿水平方向流動(dòng)，所以接觸線右內(nèi)側(cè)表面壓力處于次高正壓區(qū)，右外側(cè)作為背風(fēng)面處于低負(fù)壓區(qū)。隨著時(shí)間推移，在t=40 ms 和t=1 000 ms可以看出，表面壓力等值線會(huì)更加集中并且形成明顯的正壓力斑，這是由于氣流受到滑板和接觸線的阻斷產(chǎn)生了回流，而原本處于氣流右側(cè)的等值線繼續(xù)向遠(yuǎn)離接觸線側(cè)偏移。

圖16 50 kPa氣壓下切面瞬態(tài)壓力等值線分布

在z軸方向上截取不同水平切面（xoy面）作為壓力檢測(cè)面，z軸方向上的高度取值分別為-20、-10、0、5、10、20、30 mm，如圖17 所示，仿真計(jì)算了不同氣壓條件下z軸距離變化與對(duì)應(yīng)切面所受到壓力值之間的關(guān)系，如圖18 所示。結(jié)果表明，隨著z軸距離的增大，不同高度切面所受壓力先增大后減小，環(huán)境氣壓與對(duì)應(yīng)切面所受壓力成正比。根據(jù)三維弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸粗糙表面接觸固體域模型尺寸可知，在z軸方向距離分別為-20、-10、20、30 mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的切面未能穿過(guò)固體模型，氣流發(fā)展平穩(wěn)且難以產(chǎn)生黏滯行為，因此受到壓力較小。而z軸方向距離分別為0、5、10 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)切面以不同程度的方式橫穿接觸線和受電弓滑板，由于接觸線剛性桿件的阻擋作用，迎風(fēng)面氣流沖擊效應(yīng)較大，所以受到壓力也會(huì)增大，而在遠(yuǎn)離接觸線和受電弓滑板的高度上壓力再次減小。

圖17 不同z軸距離下水平切面示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于W-M函數(shù)建立三維隨機(jī)粗糙表面，并依據(jù)納維-斯托克斯方程建立了流-固耦合的滑動(dòng)電接觸粗糙表面接觸模型，利用該仿真模型針對(duì)氣壓對(duì)弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸粗糙表面穩(wěn)態(tài)溫度、周?chē)鷼饬鲌?chǎng)、壓力分布的影響進(jìn)行研究。主要結(jié)論如下。

（1）滑板接觸區(qū)域穩(wěn)態(tài)溫度隨氣壓的降低而升高，且氣壓越低，升溫速率越快。當(dāng)接觸電流一定時(shí)，在極低氣壓和標(biāo)準(zhǔn)氣壓附近時(shí)，滑動(dòng)速度對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫度的影響較小，而氣壓處于中間等級(jí)時(shí)其影響很大。當(dāng)滑動(dòng)速度一定時(shí)，接觸電流對(duì)接觸面穩(wěn)態(tài)溫度的影響較小。溫度場(chǎng)分布集中在弓網(wǎng)接觸部分周?chē)?/p>

（2）氣流速度會(huì)對(duì)弓網(wǎng)模型造成不同程度的沖擊。當(dāng)氣壓相同時(shí)，隨著氣體流速增大，接觸線內(nèi)部氣流沿水平方向形成的拖尾現(xiàn)象更加明顯。而當(dāng)流速一定時(shí)，隨著氣壓的增大，接觸線內(nèi)部形成的拖尾在水平方向的范圍逐漸拓寬，接觸線背風(fēng)面低速聚集程度逐漸減小。

（3）弓網(wǎng)接觸模型在不同高度的水平切面上所受壓力不同，靠近受電弓滑板和接觸線的高度上氣壓與對(duì)應(yīng)切面所受壓力成正比，而在遠(yuǎn)離接觸線和受電弓滑板的高度上受到的壓力會(huì)減小。

圖18 不同氣壓條件下z方向距離與壓力的關(guān)系