載流摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的研制及滑板材料摩擦磨損和載流性能研究.pdf

1、以國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(西部特殊環(huán)境下材料損傷與防護(hù)研究50432020)和國家“973”課目(強(qiáng)氧化環(huán)境下材料的磨損機(jī)制2007CB607603)為依托，基于摩擦學(xué)特性不是材料所固有的特性而是系統(tǒng)的特性的原理，針對現(xiàn)有的低電流、低載荷和低滑動速度的摩擦學(xué)試驗(yàn)機(jī)及其在此基礎(chǔ)上獲得的摩擦學(xué)規(guī)律和結(jié)論，已經(jīng)不能滿足目前和將來鐵路機(jī)車提速的需要的現(xiàn)狀，為此對高速鐵路滑板材料載流摩擦學(xué)特性的試驗(yàn)設(shè)備與滑板材料載流摩擦學(xué)性能開展系統(tǒng)深入的研究

2、。本論文開展的主要研究內(nèi)容和所取得的成果如下： 1、首次開發(fā)了大電流、高速度和重載荷的載流摩擦磨損專用試驗(yàn)機(jī)，能夠穩(wěn)定提供恒定交流電流密度2.5 A/mm<'2>，相對滑動速度100 m/s(12000 r/min)，載荷可達(dá)500 N(3.2MPa)，脈動沖擊載荷可達(dá)20 N，為研究提速接觸網(wǎng)和滑板的高速載流摩擦學(xué)特性及其機(jī)理，以及開發(fā)新型高耐磨性、高載流性能滑板材料提供了先進(jìn)可靠的試驗(yàn)手段(該機(jī)已獲得一項(xiàng)實(shí)用新型專利，ZL2

3、006 2 0096036.5)。 2、對銅基粉末冶金材料和浸金屬碳材料的使用參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明銅基粉末冶金材料的最佳使用參數(shù)為電流0.45 A/mm<'2>、載荷0.37 MPa、滑動速度40 m/s，而浸金屬碳材料的最佳使用參數(shù)為電流0.45 A/mm<'2>、載荷0.37 MPa、滑動速度50 m/s，在此參數(shù)下，材料的耐磨性最好。這與現(xiàn)階段使用銅基粉末冶金滑板和浸金屬碳滑板的電力機(jī)車的最佳運(yùn)行參數(shù)完全一致，這表

4、明：鐵路系統(tǒng)對這兩種滑板材料選擇的使用參數(shù)是非常正確的；同時也表明，所研制的載流高速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)具有很好的模擬性，能夠滿足今后研究、開發(fā)新型高耐磨性滑板材料及其配副導(dǎo)線材料，研究配副使用參數(shù)的優(yōu)化，載流摩擦學(xué)過程和作用機(jī)理等問題的需要。 3、對銅基粉末冶金材料和浸金屬碳材料的耐磨性、減摩性、回路電流相對穩(wěn)定性和摩擦系數(shù)相對穩(wěn)定性及其影響參數(shù)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明： (1)銅基粉末冶金材料與QCr0.5配副時，電流

5、不能超過0.45 A/mm<'2>，載荷不能超過0.45。MPa，滑動速度不能超過40～50 m/s，(其中電流0.3 A/mm<'2>，載荷0.37 MPa下，滑動速度不能超過50 m/s；電流0.45 A/mm<'2>，載荷0.37 MPa下，滑動速度不能超過40 m/s)否則磨損會急劇增大。 (2)浸金屬碳材料與QCr0.5配副時，電流不能超過0.45 A/mm<'2>，載荷不能超過0.55MPa，滑動速度不能超過50 m

6、/s，(其中電流0.37 A/mm<'2>，載荷0.37 MPa下，滑動速度可以達(dá)到40 m/s 電流0.45 A/mm<'2>，載荷0.37 MPa下，滑動速度不能超過50 m/s；電流0.6A/mm<'2>，載荷0.37 MPa下，滑動速度不能超過40 m/s)否則磨損會迅速增大。 (3)浸金屬碳材料的耐磨性顯著優(yōu)于銅基粉末冶金材料的，其磨損率比銅基粉末冶金材料的磨損率降低了54.8％-79.8％；其次，浸金屬碳材料的載流穩(wěn)

7、定性也優(yōu)于銅基粉末冶金材料的。 (4)浸金屬碳材料的減摩性不如銅基粉末冶金材料的，其摩擦系數(shù)比銅基粉末冶金材料的摩擦系數(shù)大，其值分別大了14.4％-150％；同時，浸金屬碳材料的摩擦穩(wěn)定性也不如銅基粉末冶金材料的。 4、研究過程中發(fā)現(xiàn)，載流摩擦過程比傳統(tǒng)摩擦過程受系統(tǒng)參數(shù)的影響更復(fù)雜，參數(shù)對摩擦副摩擦性能的影響規(guī)律也不完全相同，如摩擦系數(shù)波動較大，為此首次提出、并考察了載流摩擦過程中的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性、回路電流的穩(wěn)定性，