【摘要】： 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,社會經(jīng)濟的發(fā)展,人類探索領(lǐng)域的不斷擴大,遇到了眾多特殊工況下的摩擦學(xué)問題,高速電氣化鐵路系統(tǒng)的受流是典型的載流條件下的特殊摩擦磨損問題,目前尚未見到地鐵中使用的鋼鋁復(fù)合式第三軌和受電靴的載流摩擦磨損特性及機理的研究。 本文通過對銷-盤摩擦磨損試驗機的夾具和控制部分進(jìn)行改進(jìn),研制了載流摩擦磨損試驗裝置,并用其首次試驗研究了地鐵鋼鋁復(fù)合式第三軌與受電靴摩擦副之間的載流摩擦磨損特性。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(EDX)、X射線衍射分析儀(XRD)、和表面輪廓臺階儀等微觀手段,系統(tǒng)研究了電流、速度、極性、法向壓力等對鋼鋁復(fù)合式第三軌與受電靴摩擦副之間的載流摩擦磨損特性,揭示了摩擦副的磨損機制;試驗還在CETRUMT-2試驗機上用自行設(shè)計的夾具,研究了支撐剛度對載流摩擦磨損特性的影響。研究得到的主要結(jié)論和結(jié)果如下: 1、隨著電流和速度的增大,磨損體積損失相應(yīng)增大;電流、法向壓力和速度等的綜合作用導(dǎo)致摩擦表面的溫升,是影響載流摩擦副的摩擦磨損特性的重要因素,相應(yīng)于溫度增大,磨損體積損失增大;表面過渡層中的水膜電解出的氧離子導(dǎo)致受電靴材料的結(jié)合力削弱,表面逐漸疲勞而破壞,受電靴接正極時的磨損量略大于接負(fù)極時的磨損量;表面輪廓分析表明,鋼鋁復(fù)合軌的磨損量隨著速度的增大略有增大,但磨損量比受電靴的銷試樣小得多,只在微米量級。隨著電流的增大,摩擦系數(shù)出現(xiàn)較小范圍內(nèi)的波動,有先增大然后減小的趨勢;隨著速度的增大,摩擦系數(shù)減小;不同極性條件下摩擦系數(shù)都比較接近,受電靴接正極時的摩擦系數(shù)略微較接負(fù)極時大。 2、載流時摩擦系數(shù)隨著法向壓力的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢,而無電時摩擦系數(shù)隨著法向壓力的增大呈現(xiàn)出減小的趨勢。載流磨損體積損失隨著法向壓力的增大均呈現(xiàn)出現(xiàn)先快速減小而后緩慢增大的“U”形變化趨勢,發(fā)現(xiàn)存在一個最佳法向壓力,此壓力下的磨損體積損失最小,且隨著速度的增大最佳法向壓力相應(yīng)增大。建立的磨損量-法向壓力-速度三維關(guān)系模型(W-F-Vmodel)能與實際的試驗結(jié)果較好的吻合,它對于載流摩擦磨損系統(tǒng)磨損的定量預(yù)測,對于最優(yōu)磨損條件的確定等都具有積極的意義。地鐵第三軌受流時,對應(yīng)于一定的運行速度,最佳法向壓力是最佳的工作壓力,此時既能保證順利受流,又能使得摩擦副材料總損失量較小,從而對確保行車安全,降低維護(hù)頻率,節(jié)約地鐵運行成本等都有一定的實用價值。 3、鋼鋁復(fù)合軌和受電靴的受電磨損機制主要是機械磨損和電氣磨損,四種機械磨損機制分別為粘著磨損、磨粒磨損、氧化磨損和疲勞磨損。電氣磨損和機械磨損相互加強,電弧燒蝕導(dǎo)致了比機械磨損大得多的磨損,磨損過程表現(xiàn)為多種機制綜合作用的結(jié)果。 4、變支撐剛度試驗結(jié)果表明:加載系統(tǒng)的支撐剛度對載流摩擦磨損有影響,不同的支撐剛度條件下,隨著載荷降低,載荷的振幅均增大,且彈性加載的載荷振幅總體上小于剛性加載;對變形能的試驗揭示了彈簧的摩擦耗能與變形能的比值越大,吸振能力越強,載流磨損量越小。實際載流工況中,采用合理的支撐剛度加載,能較好地降低載荷的振幅,減少電弧燒蝕,保證良好的受流。 5、基于摩擦學(xué)的三公理,建立了載流摩擦磨損系統(tǒng)構(gòu)成圖和系統(tǒng)過程圖,以及載流摩擦磨損電傳導(dǎo)電路模型,為載流摩擦磨損的研究奠定了分析基礎(chǔ),能較好的解釋電因素對摩擦磨損的作用。研究結(jié)果在很大程度上豐富對載流摩擦磨損的研究,對接續(xù)的研究工作具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH117.1
【圖文】：

和機動車數(shù)量的迅猛增長，乘坐地鐵像巴黎人一樣出行，方便、快捷和經(jīng)濟的交通已成為大城市市民的新夢想。圖2一l弓網(wǎng)受流系統(tǒng)圖2一2第三軌受流系統(tǒng)1563年地鐵(Subway，Metro，Masstransitrailway，unde譽oundrailway)產(chǎn)生于英國倫敦，最初由蒸汽機驅(qū)動，1890年實現(xiàn)了電氣化。中國最早的地鐵是建設(shè)始于1965年北京地鐵「64]，目前，已開始運營地鐵的城市有北京，天津，上海，廣州，深圳，武漢，南京，大連，重慶，香港，臺北，高雄等12個城市共440公里，中國是人口大國，但是目前中國地鐵的通車總里程還沒有英國倫敦市一個城市多。隨著近些年來中國經(jīng)濟的高速增長

eontacts”tem)和接觸軌(通常稱第三軌— Thirdrail， Contaetrail，Conduetorrall，)兩種形式[63]。架空式接觸網(wǎng)主要用于電氣化鐵路干線、城市地面和工礦電機車電力牽引線路和地鐵(見圖2一l)，第三軌式接觸網(wǎng)(見圖2一2)主要用于地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌 (lightrailtransit，LRT)。如圖2一3所示，第三軌供電系統(tǒng)就是在列車行走的兩條運行軌(Runningrail)以外，再加上第三軌 (Thirdrail， ConduetorRail， EleetrieRail)。第三軌通常設(shè)于其中一條運行軌的外側(cè)或兩運行軌之間，電動列車轉(zhuǎn)向架伸出的受流器(見圖2一4)通過集電靴(又稱流靴

受電靴側(cè)部接觸受流(c)下部接觸受流(d)圖2一6接觸軌的二種接觸受流方式受電靴一一一 一一一 一一 一 iii{{{八八八{(lán)八八 八一一一甲一幾廠{六廠嘆}廠 廠鉚鉚釘了 }}}一 一 一一 一 一 {{{{{不銹鋼帶鋁本體圖2一7鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌圖2一8鋼鋁復(fù)合軌結(jié)構(gòu)和上接觸式受電靴發(fā)達(dá)國家使用第三軌導(dǎo)電初期，采用的是低碳鋼導(dǎo)電軌，我國早期的北京地鐵、天津地鐵也是采用的低碳鋼導(dǎo)電軌(DU52型)，但是隨著快速軌道交通的發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，工程人員對導(dǎo)電軌提出了更高的要求，他們一直在尋找低碳鋼導(dǎo)電軌的一種新的替代材料以及新型結(jié)構(gòu)，目的是增加導(dǎo)電軌的導(dǎo)電性、減少電流損耗和加大導(dǎo)電軌的一次輸電距離、減少變電站的數(shù)量、減小機械磨損、降低電化學(xué)腐蝕、減輕導(dǎo)電軌重量、使搬運及裝配更容易和較低的制造成本。通常一些金屬材料如鋁、銅等具有極好的導(dǎo)電性能，

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 董霖;李豐學(xué);陳光雄;;復(fù)合軌不銹鋼覆層/浸金屬石墨受電靴摩擦磨損特性試驗[J];西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 姜國強;弓網(wǎng)滑動電接觸摩擦磨損行為研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2010年

2 丁濤;電氣化鐵路受電弓/接觸線摩擦磨損性能及電特性研究[D];西南交通大學(xué);2011年

3 任志玲;弓網(wǎng)系統(tǒng)載流摩擦磨損性能及其最優(yōu)載荷研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 盧瑜挺;滑板傾角對弓網(wǎng)系統(tǒng)碳滑板/銅接觸線滑動摩擦磨損性能影響[D];西南交通大學(xué);2011年

2 王鑫;受電弓/接觸網(wǎng)系統(tǒng)電弧放電機理研究[D];西南交通大學(xué);2011年

3 李詠梅;碳/銅摩擦副載流摩擦磨損特性與表面粗糙度關(guān)系的研究[D];西南交通大學(xué);2011年

4 鄭潤國;Cu-La_2O_3復(fù)合材料的制備及摩擦磨損性能研究[D];燕山大學(xué);2011年

5 趙燕霞;柔性接觸條件對載流摩擦磨損特性的影響[D];河南科技大學(xué);2011年

6 賈巍;滑動電接觸磨耗機理研究與實驗機性能改進(jìn)[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2011年

7 卜俊;溫度對弓網(wǎng)系統(tǒng)載流磨損的影響[D];西南交通大學(xué);2010年

8 滕騰;隨機振動下受電靴與第三軌接觸振動規(guī)律研究[D];北京交通大學(xué);2012年

9 韓丙光;基于DSP的受電弓主動控制試驗裝置的研制[D];北京交通大學(xué);2012年

10 曾翠婷;導(dǎo)電軌用6063鋁合金TTP曲線測定及熱處理工藝研究[D];中南大學(xué);2012年

本文編號：2799110