不同分离速度小电流滑动摩擦单电弧行为及烧蚀危害

使用自制单点式载流摩擦试验机,采用球(T2铜)/板(T2铜)载流摩擦副,在电流20 A、电压20 V、水平相对滑动速度为10 mm/s的条件下,研究单载流摩擦伴生电弧及其危害。研究结果表明:单伴生电弧的演变过程可分为萌生、金属蒸汽电弧、过渡、空气电弧及湮灭5个阶段。随着时间变化,电流逐步减小,电压逐步增大,最终达到开路电压。中间3个阶段的功率相差不大,电弧功率达到稳定值时,其大小约为110 W,约是滑动接触时消耗功率的5.5倍。单电弧的烧蚀区域存在熔融区、喷溅区、溅落区和热影响区,但熔融区、喷溅区、溅落区3个区域的界线和方向不明确。小电流单电弧条件下,板试样的烧蚀区表面变得光滑平整。随着分离速度的增加,单电弧的功率和燃弧时长变化不大。单伴生电弧的最大弧长逐渐增大,烧蚀区面积先减小后增大,烧蚀区的表面平整程度增大。     

典型材料载流摩擦行为

用多种典型载流摩擦材料在自制载流摩擦试验机上系统研究了材料、载荷、相对滑动速度和电流对摩擦/载流行为的影响,探讨了载流摩擦过程中的表面行为。研究结果表明:摩擦磨损行为和电接触行为相互耦合,具有非常复杂的关系;接触压力、电流和相对滑动速度的变化显著影响载流/摩擦磨损行为,高相对滑动速度和大电流使摩擦磨损特性和载流特性明显下降;电弧侵蚀明显加大材料损伤;电弧对载流摩擦行为作用的途径包括氧化、熔融和最终的接触表面粗糙化。     

载流摩擦参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响

以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,采用单因素试验法,研究了电流、速度、载荷对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响,借助扫描电子显微镜和能谱仪观察摩擦表面形貌和元素分布。试验结果表明:随着电流和速度的增加,C/C复合材料/QCr0.5摩擦副的起弧率增加;载荷为70 N时起弧率最小;磨损形貌观察发现:起弧率较高情况下,磨损表面有大量的电弧侵蚀坑和转移铜。     

受电摩擦磨损的研究现状

介绍了目前国内外受电摩擦磨损的研究现状 ,受电摩擦副的摩擦磨损机理。资料表明 ,电场中摩擦副的确受到诸如电流、电压、电弧等电力学条件的影响 ,磨损率随电流的增加而增加 ,摩擦系数虽然也增加 ,但在试验过程中变化较大 ;载流条件下的磨损形式是粘着磨损和磨粒磨损 ,而无电流条件下的磨损形式主要是粘着磨损。同时本文也指出了研究的不足之处     

相对滑动速度对铜-石墨复合材料载流摩擦性能的影响

针对服役条件对材料载流摩擦性能的重要影响及摩擦磨损的不均匀,采用铜-石墨复合材料与QCr0.5配副,研究了相对滑动速度对载流摩擦性能的影响.结果表明:随着相对滑动速度增加,铜-石墨复合材料的摩擦因数平均值略有增加,波动增加.磨损率先略有增加,速度超过30 m/s后急剧增加.磨损面分为机械磨损区和电弧侵蚀区,机械磨损以犁...     

石墨含量对铜/石墨材料高速载流摩擦性能的影响

采用自制销盘式HST-100高速载流摩擦磨损试验机,对不同石墨含量的铜/石墨材料进行载流摩擦试验,考察其摩擦磨损性能和载流质量。用JSM-5610LV型扫描电子显微镜和能谱仪分析磨损表面,研究其摩擦磨损机理。研究结果表明:石墨质量分数为10%的铜/石墨复合材料的摩擦磨损性能好,不同速度下磨损率在1.2 mg.m-1左右,石墨质量分数为5%和10%的铜/石墨材料的载流效率为75%～85%,载流稳定性在20%左右,明显优于石墨质量分数为15%的铜/石墨材料;综合考虑,石墨质量分数为10%的铜/石墨复合材料的性能最好,该材料的摩擦磨损机制主要是塑性变形,含有电弧侵蚀。     

分离速度对滑动载流摩擦过程中电弧及其烧蚀的影响

滑动载流摩擦中电弧的产生及烧蚀对摩擦副的寿命及可靠性具有重要影响。利用自行设计的点接触载流摩擦磨损试验机,研究了摩擦副的分离速度对电弧形态、电弧能量以及烧蚀表面的影响。研究结果表明:随着分离速度的增加,电弧被拉长的速度加快,电弧能量以及摩擦副表面的烧蚀程度降低。烧蚀表面的形貌可分为3个椭圆层:最外层为热影响区,中间层为喷溅产物沉积区,中心层为熔融区。热影响区和喷溅产物沉积区,在燃弧的不同时期对摩擦副的烧蚀程度也不同,起弧方向的烧蚀程度大于熄弧方向的烧蚀程度。     

极性对载流电弧演化及其烧蚀的影响

在自制的载流电弧试验机上进行了极性对载流电弧的演化过程和烧蚀影响试验。试验结果表明:当钨探针为阳极、铜试样为阴极时,载流电弧燃烧剧烈,燃弧时间长,大量蒸气溢出,载流摩擦副的烧蚀严重;当钨探针为阴极、铜试样为阳极时,载流电弧燃烧剧烈程度明显减弱,燃弧时间短,少量蒸气溢出,载流摩擦副的烧蚀较轻。载流电弧具有明显的极性特性,从带电粒子的产生机理、电弧状态和电弧烧蚀机理方面进行了分析,发现阳极材料蒸发气化是电弧燃烧的主要影响因素,可通过分散电子对阳极材料的热输入来抑制电弧燃烧,缩短金属蒸气态电弧存在时间以减轻电弧烧蚀。     

紫铜/铬青铜摩擦磨损过程中电弧特性

以紫铜/铬青铜为摩擦副,在HST-100高速载流摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,试验过程中使用高速摄像机拍摄电弧放电的过程。研究结果表明:随着电流增大,摩擦因数降低,磨损率、电弧燃弧率及电弧能量均增大;电弧放电现象是随机的;紫铜/铬青铜的磨损行为主要有黏着磨损、熔融喷溅、氧化和塑性变形。     

滚动转速对GCr15钢载流摩擦电损伤的影响

针对轴承GCr15钢载流摩擦电损伤的问题,以61808型轴承为样品,研究了不同滚动转速下轴电流击穿行为和载流摩擦磨损特性。研究结果表明:随着轴承转速从100 r/min增加至800 r/min,轴承击穿电压从6. 6 V增加至7. 8 V,最终的系统电阻从3. 15Ω增加至10. 55Ω。轴承击穿后,GCr15钢表面形成电弧烧蚀坑和球状颗粒,并发生氧化反应,电弧影响区在滚动过程中被碾压成片状。而轴承单纯机械滚动和处于未击穿状态时,GCr15钢表面损伤以擦伤划痕和磨粒磨损为主。     

载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行了试验,用高速摄像机拍摄电弧图像,研究了载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:电弧面积和电弧能量有很好的相关性。随着电弧面积的增大,C/C复合材料的磨损率升高,摩擦因数先减小后增大,材料的磨损机制由磨粒磨损为主转化为电弧侵蚀为主。在电弧侵蚀下,材料磨损后的表面被氧化。     

相对湿度对铜材料载流磨损的影响

利用气氛可控单点载流磨损试验机,在滑动电接触条件下,研究了相对湿度对铜材料载流磨损的影响。研究结果表明:相对湿度和电流的共同作用影响了载流磨损机制,相对湿度的增加和电流的介入增加了铜材料的表面氧化程度。当相对湿度为10%、60%和92%时,通10 A电流的磨损深度比未通电时分别下降了0.628μm、0.672μm和2.187μm。当相对湿度为10%时,铜表面发生了严重的黏着磨损,且随着电流的增加黏着磨损仍然大量存在。当相对湿度为92%时,随着电流的增加,黏着磨损得到改善。不通电时,相对湿度的增加有助于铜的摩擦化学氧化,但并未显著改善黏着磨损;通电时,发生电化学氧化有助于形成氧化膜,从而降低黏着磨损。     

基于电弧图像的脉冲TIG焊电弧形态及特征温度演变规律

脉冲电流钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)保护电弧焊广泛应用于高品质焊接制造。研究电弧形态、灰度和温度等特征参数随脉冲电流的变化规律,有助于更深入地理解脉冲TIG焊的电弧动态物理特性,更好地评判焊接过程的稳定性和控制焊缝成形质量。该文通过同步采集焊接过程的脉冲电流及对应的电弧图像,借助于图像处理和标准温度法计算求解了脉冲TIG焊的电弧形态、灰度及特定位置的温度,分析了其随脉冲电流周期性变化的规律。试验结果表明,脉冲TIG焊的电弧形态、灰度、特定位置的温度等特征参数与脉冲电流的变化同步,同步精度在0.1 ms以内。在脉冲电流前后沿的电流突变过程中,电弧在电流增加时的形态扩张和温度上升速度快于电流减小时的形态收缩和下降速度。在钨极下方1 mm处,电弧温度在脉冲电流增加时的平均上升速度为11 613 K/ms,在脉冲电流减小时的平均下降速度为5 710 K/ms。距离钨极越近,电弧灰度在电流突变前后的变化越小,但电弧温度的变化越大。     

滑动电接触表面微观形貌影响因素分析

为研究滑动电接触中粗糙度参数和粗糙面磨损均匀程度与摩擦副表面粗糙度的关系,在不同条件下开展载流实验,分析接触电流、接触压力、滑动速度和运行时间对摩擦副表面粗糙度的影响.研究结果表明:在相同条件下,运行时间越长、滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,磨损越不均匀;接触压力越大,接触面粗糙度值越小,磨损越不均匀;随着接触电流的增加,接触面的粗糙度值呈现先减小后略微增加的变化趋势,磨损越来越均匀.     

基于神经网络的受流器滑块材料载流磨损预测

针对我国电气化铁路和磁浮交通对受流器滑块材料的性能要求,采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜石墨材料,考察了该材料的载流磨损行为.结果表明:试样的磨损率随着试验载荷、速度、电流密度的增加而增大.载流条件下电流产生的电弧热是磨损率增加的主要因素.建立了摩擦磨损试验参数与磨损率之间的人工神经网络模型.以载荷、速度、电流密度作为网络的3个输入,以运行100km后试样的磨损率作为网络的1个输出,调试设计了一个3×3×1的反向传播(BP)神经网络.对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对材料载流滑动磨损的作用,预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的磨损预测要求.     

滑动电接触表面粗糙度与接触电阻特性

为获得弓网摩擦副滑动电接触电阻与摩擦副表面材料粗糙度的关系,研究摩擦副表面粗糙度特性对接触电阻的影响,开展载流摩擦实验.从微观方面探究了接触电阻的变化规律,获得了接触压力、滑动速度、接触电流等不同实验条件对粗糙度和接触电阻的影响.研究结果表明:接触压力、接触电流越大,滑动时间越长,接触面粗糙度值越小,接触电阻越小;滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,接触电阻越大.     

不同相对湿度下铜/石墨配副载流摩擦性能研究

为探索铜/石墨载流摩擦副的安全服役环境,研究了不同湿度大气环境中石墨/紫铜配副的载流摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜、能谱和光学显微镜分析了磨损表面.研究结果表明:随着相对湿度从0％增加至80％,载流摩擦因数和接触电阻在30％湿度条件下达到最大值,然后呈下降趋势;石墨磨损量从0.2 mg增加至1.1 mg;铜盘磨损表面...     

高速载流摩擦试验机的研究与应用

为满足我国高速电气化铁路的发展要求,研制新型的高速列车受电弓-滑板材料的试验研究。我们研制了HST-100型高速载流摩擦磨损试验机,其主要性能完全满足模拟高速铁路实际工况下的速度、载荷及电流等参数的要求,能够对不同材质的摩擦配副材料进行高速工况条件下的载流摩擦磨损试验。     

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.      

整流式故障电流限制器对高压断路器开合能力的影响

该文指出整流式故障电流限制器在限流过程中降低了短路电流幅值,改变了短路电流波形,明显地影响到高压断路器的关合开断能力。应用电磁暂态程序(EM TP)仿真计算了整流式故障电流限制器对高压断路器关合开断过程有影响的7种因素,包括开断电流值、三相开断时后两相开断电流值、短路电流最大值、电流过零前的电流下降率、电弧能量、恢复电压幅值及上升率。计算分析表明电流过零前的下降率较同样幅度的正弦电流可增大到6倍,电弧能量可增大50%,短路电流峰值将降至25%,后开相电流可增大29%。这些对高压断路器的开断、关合能力影响很大。