弓网滑动电接触失效与接触载荷控制方法研究
发布时间：2021-06-29 17:20
在高速电气化铁路中,受电弓滑板与接触网导线摩擦副的接触状态直接影响到电力机车的运行稳定性、摩擦磨损性能及受流质量。而随着列车不断提速,弓网间的动态接触压力载荷变化加剧,受电弓与接触线在高速状态下的动态接触越来越不稳定。针对这一实际问题,本文进行了弓网滑动电接触失效与接触载荷控制方法的研究。本文通过滑动电接触实验机进行载流摩擦磨损实验,根据实验数据分析得到了接触电阻随接触电流、滑动速度、压力波动幅度和压力波动频率变化的特性规律:接触电阻随着滑动速度的增大而快速增大;随着波动频率的增大接触电阻稍微增大;接触电阻随波动幅度的增大整体有增大的趋势,但是增大缓慢;接触电阻随着接触电流的增大快速减小。采用极限学习机（ELM）建立了接触电阻与接触电流、滑动速度、压力波动幅度、压力波动频率的预测模型;将接触电阻和电流稳定系数综合考虑提出了弓网滑动电接触失效判据。并分析了弓网接触失效机理:接触压力波动幅度和滑动速度增大使得弓网间摩擦振动加剧,接触电阻增大超过临界值,接触失效。在此基础上根据接触电阻概率分布建立了失效概率模型,最后分析给出了一定工况条件下弓网滑动电接触的失效概率。以弓网二元耦合模型为研究对...
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电接触分类Figure2.1Electricalcontactclassification
辽宁工程技术大学硕士学位论文8导致接触失效；另一类失效规律是某种失效因素始中存在，而这在电接触过程中，这种失效因素可能出现也可能不出现，当接触因素出现时就会导致接触失效。2.2弓网系统概述电力机车运行中弓网系统是一种典型的滑动电接触，机车运行过程中通过受电弓滑板与接触网导线相对滑动来获得机车运行所需要的电能。因此对于弓网接触材料的选择具有严格的要求，滑板和接触线选择时总体要求具有抗干扰性、抗腐蚀、硬度大、耐磨损和导电性能良好等特点。在高速列车运行过程中，电网单相向接触网供电，接触网电流经过受电弓滑板到机车内部牵引驱动系统，之后通过回流装置至轨道，由轨道回到接触网，形成回路。弓网系统示意图如图2.2所示：图2.2弓网系统示意图Figure2.2Pantograph-catenarysystemschematic2.2.1受电弓介绍受电弓是安装在电力机车车顶用来获取接触网上电流的装置，主要由弓头、支架、铰链座和传动装置组成。按照结构受电弓可大致分为四大类:双臂式、单臂式、垂直式和石津式。双臂式受电弓由于自身结构特点的特殊导致保养成本很高，且它发生故障后很有可能将接触导线扯断，所以在实际应用中很少使用双臂式受电弓。单臂式受电弓运行噪音低，可以减少运行过程中噪声对弓网系稳定性的影响，且当机车运行突然发生故障时，不会突然扯断电车线，是目前实际中应用较多的受电弓类型。因此从实际应用角度考虑，本文选用单臂式受电弓为研究对象。弓网系统运行中，受电弓要进行升弓和降弓动作。升弓时，首先电动空气阀将空气压入驱动气缸内，气缸内压强增大，活塞压缩降弓弹簧，下臂杆转动滑板上抬，受电弓升高，在升至接触导线附近时缓慢上升，之后快速与导线相接，防止弹跳。降弓时，驱
?趸?げ??さ?阻。弓网间的接触电阻就等于收缩电阻与膜电阻之和。弓网间接触状态的好坏与接触面间接触电阻的大小有密切的联系。2.3.3弓网间电流的传导方式滑动电接触中，电流通过接触面会影响表面膜的形成、接触面形貌、引发接触面生热、改变靠近表面区域的结构以及产生微弧，结果造成接触电阻的根本改变。对于任意给定的电流都有一个相应的收缩临界值，使通过电流时不引起接触区域的永久改变。电流在接触区域的传导依靠载流子的移动，载流子包括电子、各种正负离子和空穴。电流的传导方式可以概括为以下三种方式[49]，图2.4为电流传导途径：图2.4电流实际传导途径Figure2.4Actualconductionpath(1)通过直接接触传导摩擦副相互接触时，电流通过接触面微凸峰上的导电斑点传导，由于实际的导电斑点数量和尺寸都很小，所以此时真正的接触面积小，电流会汇集在接触点流过。这种传导方式是接触区域内电流的主要传导方式。(2)通过氧化膜传导随着滑动的进行，接触材料表面的金属元素活性增强，金属元素遇到氧气时，当接触面温度上升一定值时，金属元素与氧气发生化学反应，生成氧化膜。氧化膜会产生膜电阻，电流微弱通过氧化膜。(3)通过空气层传导当接触区域中电场强度增加且超过空气中的临界场强值时，空气中的原子会发生电
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁继电器温度冲击失效机理及工艺控制研究[J]. 肖斌,杨文英,翟国富,沈国文. 电器与能效管理技术. 2019(06)
[2]电磁继电器触点动熔焊失效机理与试验验证[J]. 任万滨,王腾雨,张旭,韦健民. 电工材料. 2018(04)
[3]弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响[J]. 魏文赋,张婷婷,高国强,吴广宁. 高电压技术. 2018(05)
[4]弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究[J]. 郭凤仪,陈明阳,陈忠华,时光,回立川. 电工技术学报. 2018(13)
[5]大电流对碳滑块/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的影响[J]. 付文明,武云龙,刘力,陈光雄. 润滑与密封. 2017(09)
[6]基于预测控制的弓网系统半主动控制策略研究[J]. 任志玲,林冬,王月,张广全. 系统仿真学报. 2017(05)
[7]基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制[J]. 张强,袁铸钢,许德智. 控制理论与应用. 2017(02)
[8]环境应力下铁路电器触点失效机理分析及寿命建模[J]. 李文华,关欣,周露露,王立国. 机车电传动. 2017(02)
[9]弓网电弧等离子体光谱特性实验[J]. 胡怡,魏文赋,雷栋,高国强,吴广宁. 电工技术学报. 2016(24)
[10]基于粒子群算法的单星干扰源定向方法[J]. 钟锡健,张更新,谢智东. 计算机工程与应用. 2017(13)
博士论文
[1]基于状态估计的高速铁路受电弓主动控制方法研究[D]. 鲁小兵.西南交通大学 2018
[2]弓网系统主动及半主动控制研究[D]. 杨岗.西南交通大学 2014
[3]高速铁路弓网电弧动态特性研究[D]. 王万岗.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]基于铁道车辆动力学仿真的特征谱研究[D]. 侯明林.西南交通大学 2016
[2]高速弓网受流系统的滑动电接触参数匹配[D]. 白金花.兰州交通大学 2014
[3]强电流滑动电接触下最优载荷的研究[D]. 王铁军.辽宁工程技术大学 2014
[4]城市轨道交通弓网动态仿真与主动控制策略的研究[D]. 郝雪.西南交通大学 2013
本文编号：3256837
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电接触分类Figure2.1Electricalcontactclassification
辽宁工程技术大学硕士学位论文8导致接触失效；另一类失效规律是某种失效因素始中存在，而这在电接触过程中，这种失效因素可能出现也可能不出现，当接触因素出现时就会导致接触失效。2.2弓网系统概述电力机车运行中弓网系统是一种典型的滑动电接触，机车运行过程中通过受电弓滑板与接触网导线相对滑动来获得机车运行所需要的电能。因此对于弓网接触材料的选择具有严格的要求，滑板和接触线选择时总体要求具有抗干扰性、抗腐蚀、硬度大、耐磨损和导电性能良好等特点。在高速列车运行过程中，电网单相向接触网供电，接触网电流经过受电弓滑板到机车内部牵引驱动系统，之后通过回流装置至轨道，由轨道回到接触网，形成回路。弓网系统示意图如图2.2所示：图2.2弓网系统示意图Figure2.2Pantograph-catenarysystemschematic2.2.1受电弓介绍受电弓是安装在电力机车车顶用来获取接触网上电流的装置，主要由弓头、支架、铰链座和传动装置组成。按照结构受电弓可大致分为四大类:双臂式、单臂式、垂直式和石津式。双臂式受电弓由于自身结构特点的特殊导致保养成本很高，且它发生故障后很有可能将接触导线扯断，所以在实际应用中很少使用双臂式受电弓。单臂式受电弓运行噪音低，可以减少运行过程中噪声对弓网系稳定性的影响，且当机车运行突然发生故障时，不会突然扯断电车线，是目前实际中应用较多的受电弓类型。因此从实际应用角度考虑，本文选用单臂式受电弓为研究对象。弓网系统运行中，受电弓要进行升弓和降弓动作。升弓时，首先电动空气阀将空气压入驱动气缸内，气缸内压强增大，活塞压缩降弓弹簧，下臂杆转动滑板上抬，受电弓升高，在升至接触导线附近时缓慢上升，之后快速与导线相接，防止弹跳。降弓时，驱
?趸?げ??さ?阻。弓网间的接触电阻就等于收缩电阻与膜电阻之和。弓网间接触状态的好坏与接触面间接触电阻的大小有密切的联系。2.3.3弓网间电流的传导方式滑动电接触中，电流通过接触面会影响表面膜的形成、接触面形貌、引发接触面生热、改变靠近表面区域的结构以及产生微弧，结果造成接触电阻的根本改变。对于任意给定的电流都有一个相应的收缩临界值，使通过电流时不引起接触区域的永久改变。电流在接触区域的传导依靠载流子的移动，载流子包括电子、各种正负离子和空穴。电流的传导方式可以概括为以下三种方式[49]，图2.4为电流传导途径：图2.4电流实际传导途径Figure2.4Actualconductionpath(1)通过直接接触传导摩擦副相互接触时，电流通过接触面微凸峰上的导电斑点传导，由于实际的导电斑点数量和尺寸都很小，所以此时真正的接触面积小，电流会汇集在接触点流过。这种传导方式是接触区域内电流的主要传导方式。(2)通过氧化膜传导随着滑动的进行，接触材料表面的金属元素活性增强，金属元素遇到氧气时，当接触面温度上升一定值时，金属元素与氧气发生化学反应，生成氧化膜。氧化膜会产生膜电阻，电流微弱通过氧化膜。(3)通过空气层传导当接触区域中电场强度增加且超过空气中的临界场强值时，空气中的原子会发生电
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁继电器温度冲击失效机理及工艺控制研究[J]. 肖斌,杨文英,翟国富,沈国文. 电器与能效管理技术. 2019(06)
[2]电磁继电器触点动熔焊失效机理与试验验证[J]. 任万滨,王腾雨,张旭,韦健民. 电工材料. 2018(04)
[3]弓网电弧对牵引传动系统电气特性的影响[J]. 魏文赋,张婷婷,高国强,吴广宁. 高电压技术. 2018(05)
[4]弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究[J]. 郭凤仪,陈明阳,陈忠华,时光,回立川. 电工技术学报. 2018(13)
[5]大电流对碳滑块/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的影响[J]. 付文明,武云龙,刘力,陈光雄. 润滑与密封. 2017(09)
[6]基于预测控制的弓网系统半主动控制策略研究[J]. 任志玲,林冬,王月,张广全. 系统仿真学报. 2017(05)
[7]基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制[J]. 张强,袁铸钢,许德智. 控制理论与应用. 2017(02)
[8]环境应力下铁路电器触点失效机理分析及寿命建模[J]. 李文华,关欣,周露露,王立国. 机车电传动. 2017(02)
[9]弓网电弧等离子体光谱特性实验[J]. 胡怡,魏文赋,雷栋,高国强,吴广宁. 电工技术学报. 2016(24)
[10]基于粒子群算法的单星干扰源定向方法[J]. 钟锡健,张更新,谢智东. 计算机工程与应用. 2017(13)
博士论文
[1]基于状态估计的高速铁路受电弓主动控制方法研究[D]. 鲁小兵.西南交通大学 2018
[2]弓网系统主动及半主动控制研究[D]. 杨岗.西南交通大学 2014
[3]高速铁路弓网电弧动态特性研究[D]. 王万岗.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]基于铁道车辆动力学仿真的特征谱研究[D]. 侯明林.西南交通大学 2016
[2]高速弓网受流系统的滑动电接触参数匹配[D]. 白金花.兰州交通大学 2014
[3]强电流滑动电接触下最优载荷的研究[D]. 王铁军.辽宁工程技术大学 2014
[4]城市轨道交通弓网动态仿真与主动控制策略的研究[D]. 郝雪.西南交通大学 2013
本文编号：3256837
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3256837.html
