滑动电接触实验机改进与接触面耦合热的实验仿真研究

论文摘要

弓网系统滑动电接触研究的是载流条件下受电弓滑板与接触网导线之间的滑动摩擦，实现电能的传递，以及此过程中的物理、化学现象之间的相互影响。为了深入研究摩擦磨损特性，对原有的电接触实验机进行了改进，得到了更加稳定、精确的数据。并基于此对弓网系统滑动电接触的过程进行了论述，以弓网系统受流为研究对象，对法向载荷如何影响受电弓滑板和接触导线之间载流磨损特性进行了实验研究。得到了不同相对滑动速度以及电流条件下的滑板磨损与法向载荷之间的关系，并对摩擦磨损机制进行了深入分析。弓网系统摩擦磨损的影响因素不是独立的，而是相互联系的。温度作为间接影响因素，受到工况条件的影响，并反过来作用于摩擦磨损。依据稳态热传导理论，考虑环境的热对流和热辐射的影响，以及接触电阻热和摩擦热双重作用，采用ANSYS有限元方法建立弓网系统铜锡导线/浸铜碳滑板的接触热耦合计算模型，用以模拟滑动电接触的摩擦副温升的影响因素。发现耦合最高温度随电流和速度的增大而增大；耦合最高温度随法向载荷的增大呈现先减小后增大的“U”型变化趋势。建立了静止状态和运行状态下接触斑点温升在接触网导线体内传递的数学模型，可模拟实际实验条件无法达到的极值条件下的温度变化趋势。对铁路系统运行具有一定指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 论文的主要工作
• 2 电气化铁路弓网滑动电接触理论概述
• 2.1 电接触概述
• 2.2 弓网系统滑动电接触
• 2.3 弓网系统接触表面热效应
• 3 滑动电接触实验机改进设计及实验参数测量方式
• 3.1 滑动电接触实验机改进的必要性
• 3.2 高性能滑动电接触实验机工作原理
• 3.2.1 电动机和变频器选取
• 3.2.2 大电流发生器
• 3.3 弓网系统滑动电接触材料
• 3.3.1 接触网导线
• 3.3.2 受电弓滑板
• 3.4 实验参数的测量
• 3.4.1 接触网导线磨耗量的测量
• 3.4.2 摩擦系数的测量
• 3.4.3 摩擦副相对滑动速度和横向移动台移动速度的实现与测量
• 3.4.4 接触网导线与滑板接触面温度的测量
• 3.4.5 接触电压和电流的给定与在线测量
• 4 实验方案及实验结果分析
• 4.1 实验方案及实验结果
• 4.1.1 接触特性实验方案
• 4.1.2 实验结果
• 4.2 理论分析
• 4.2.1 载流磨损分析
• 4.2.2 温度与电弧对磨损性能影响
• 4.3 本章小结
• 5 弓网系统摩擦副温度场分析
• 5.1 ANSYS 有限元仿真软件
• 5.2 滑动电接触热源与散热情况分析
• 5.3 摩擦副接触面发热过程基本假设
• 5.4 弓网系统有限元模型的建立
• 5.5 有限元模型的加载与求解
• 5.5.1 接触电阻及其引起的边界热流量
• 5.5.2 摩擦运动引起的边界热流量
• 5.5.3 电弧热引起的边界热流量
• 5.5.4 热扩散边界条件
• 5.6 仿真模型有效性分析
• 5.7 基于仿真模型的受电弓滑板温度场分析
• 5.8 仿真模型耦合温度数据对比和分析
• 5.9 接触网导线热模型的建立
• 5.10 耦合热对接触网导线的热影响
• 5.10.1 静止状态下焦耳热对接触网导线的影响分析
• 5.10.2 运动状态下耦合热对接触网导线的影响分析
• 5.11 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集