【摘要】：石墨/銅自潤滑摩擦集電材料已廣泛應(yīng)用于受電弓滑板和電刷等導(dǎo)電摩擦器件,是高速列車電力牽引系統(tǒng)的常用配副材料。而列車運(yùn)行速度的不斷提高,對其在該領(lǐng)域的應(yīng)用提出了更高的要求。制備新型摩擦集電材料,研究其摩擦磨損性能,可為開發(fā)確保列車安全運(yùn)行的接地裝置材料提供參考依據(jù)。本文采用粉末冶金法制備了不同石墨含量的銅基自潤滑復(fù)合材料,分別研究了石墨含量對復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)、物理性能和摩擦磨損性能的影響,并探討了其磨損機(jī)理的變化;另外對接地電刷載流摩擦副的滑動摩擦過程進(jìn)行了有限元模擬分析。進(jìn)口接地電刷材料是由銅、石墨和SiO_2組成的石墨/銅復(fù)合材料,石墨和SiO_2在銅基體中均勻分布,銅基體呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);電刷的組織結(jié)構(gòu)與成分不是引起異常磨耗的關(guān)鍵因素,可以作為復(fù)合材料制備的依據(jù)。制備得到的石墨/銅復(fù)合材料比較均勻致密,致密度能夠達(dá)到96%左右。石墨含量能夠影響石墨在銅基體中的分布狀態(tài),含量達(dá)到20 wt.%時,石墨顆粒之間產(chǎn)生聯(lián)結(jié),部分位置呈網(wǎng)狀分布。隨著石墨含量的增大,復(fù)合材料的密度和相對密度都降低,孔隙率增大,石墨含量超過15 wt.%時,相對密度降低明顯;復(fù)合材料的硬度和導(dǎo)電率也隨石墨含量增大而降低。隨著石墨含量的增大,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率都呈先降低后升高趨勢,在石墨含量為15 wt.%時達(dá)到最低值;石墨含量低于15 wt%時,磨損形式主要為黏著磨損和磨粒磨損,石墨含量15 wt.%的磨損表面損傷較小,石墨含量達(dá)到20 wt%時,磨損形式主要為黏著磨損和疲勞磨損。在40 N,600 r/min和60N,400 r/min條件下,摩擦過程中復(fù)合材料的摩擦系數(shù)更穩(wěn)定,磨損表面損傷較小,摩擦磨損性能較好。利用ANSYS Workbench進(jìn)行建模分析,得到了接觸盤和接地電刷摩擦副溫度場和應(yīng)力場的分布情況。摩擦副的高溫區(qū)出現(xiàn)在摩擦接觸位置,并由內(nèi)經(jīng)向外呈梯度分布,接地電刷的高溫區(qū)偏向摩擦出口處。應(yīng)力場伴隨著溫度場的變化而變化,并與溫度場相互作用。電流的加入使摩擦副的溫度和應(yīng)力增大,沒有改變溫度場和應(yīng)力場的分布狀態(tài)。
【圖文】：

內(nèi)部電機(jī)后通過接地系統(tǒng)到鋼軌，再由鋼軌回到電網(wǎng)。（a）接觸網(wǎng)與受電弓系統(tǒng) （b）上接觸式集電靴圖1.1 電力機(jī)車受電裝置Fig. 1.1 Powered device of electric locomotive受電弓滑板是電氣化鐵路弓網(wǎng)受電系統(tǒng)的重要組成部分，接觸網(wǎng)與受電弓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.1(a)所示。接觸網(wǎng)導(dǎo)線根據(jù)列車對牽引供電的要求不同，具有不同選擇。

對其造成電蝕。接地電刷與車軸共同構(gòu)成車體的接地系統(tǒng)，接地電刷在接地系統(tǒng)中起至關(guān)重要的作用，因此對于接地電刷材料的研究同樣是摩擦集電材料的一個發(fā)展方向。圖1.2 動車接地裝置Fig. 1.2 Grounding device of bullet train（2）電刷系統(tǒng)方面的應(yīng)用電刷是電動機(jī)、發(fā)電機(jī)或其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定部分和轉(zhuǎn)動部分之間傳輸電能的裝置，廣泛適用于各種交直流發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)、電瓶直流電動機(jī)等，是電機(jī)的重要組成部分。前面提到的接地電刷，同樣是電刷在軌道交通接地系統(tǒng)中的一種應(yīng)用。圖1.3為電刷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。一般情況下，電刷固定不動，，接觸盤處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)，電刷與接觸盤滑動導(dǎo)電接觸。接觸盤要求具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、良好的耐腐蝕性及與電刷良好的匹配性，材質(zhì)多為鋼質(zhì)或銅質(zhì)。青銅鑄件接觸盤比鋼質(zhì)接觸盤具有更好的滑動性能，應(yīng)用范圍
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U260.4;TB333

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本文編號：2606293