載流摩擦磨損機理研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的進步，社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類探索領域的不斷擴大，遇到了眾多特殊工況下的摩擦學問題，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行改進，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

2、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CETR UMT—2試驗機上用自行設計的夾具，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，磨損體積損失相應增大；電流、法向壓力和速度等的綜合作用導致摩擦表面的溫升，是影響載流摩

3、擦副的摩擦磨損特性的重要因素，相應于溫度增大，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極時的磨損量；表面輪廓分析表明，鋼鋁復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??；不同極性條件下摩擦系數(shù)都比較接近，受電靴接正

4、極時的摩擦系數(shù)略微較接負極時大。 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增大。建立的磨損量—法向壓力—速度三維關(guān)系模型（W—F—V model）能與實際的試驗結(jié)果較好的吻合，它對于載流摩擦磨損

5、系統(tǒng)磨損的定量預測，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，電弧燒蝕導致了比機械

6、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、基于摩擦學的三公理，