计及机械和电气特性的弓网表面热流分析和计算

针对弓网高额取流所产生的高温热侵蚀,提出一种弓网表面热流源计算评估方法。指出弓网表面温升主要由摩擦、接触电阻和电弧的作用而产生;分析和计算3种温升的热侵蚀过程和影响因素,并选取京津城际客运铁路基础参数进行仿真。仿真结果表明,摩擦热、焦耳热和电弧热一般同时存在并相互影响。分析得出弓网接触压力、风速影响、行车速度、电流变化等对接触线和滑板表面热流的影响规律。     

受电弓双滑板下的弓网电接触稳态热流分析与验证

针对我国电气化铁路高速、重载下弓网高温引起的弓网热侵蚀问题,提出一种针对弓网滑动电接触在双滑板电接触点下的稳态热模型,说明弓网滑板双点取流和单点取流的热流分布差别。首先从双滑板接触点角度分析弓网受流,依据稳态热平衡方程构建了电接触在双滑板电接触点下的稳态热模型,并给出了边界条件;然后通过非接触式红外热像检测进行了不同条件参数下的稳态双滑板接触点受流测温实验与模型对比;最后验证了该弓网电接触在双滑板电接触点下的稳态热模型可以计算不同弓网接触压力、不同车速、双滑板不同受流、不同距离等情况下的稳态温度分布,并证实了模型的可行性和有效性。     

地铁车辆弓网静态电接触的多场耦合模型及温升分析

当地铁到站或在线路上因故临时停车时，接触网仍需为列车提供电流，此时弓网接触部件因处于静止状态而存在局部过热的情况，严重时可能导致滑板热损伤甚至造成接触线断线事故。因此，地铁停车期间弓网电接触的温升研究具有重要意义。地铁列车弓网接触是热、力、电多物理场耦合的复杂行为，而弓网接触力、滑板热导率和接触线截面形状对弓网电接触有重要影响。本文针对受电弓滑板与接触线静态取流的工况，研究了接触电阻和接触热导的变化规律与建模方法，建立了热-力-电耦合的三维有限元分析模型，分析弓网接触力、滑板材料热传导率以及接触线磨耗对接触温升的影响。结果显示，增大弓网接触力、选用高热导率的滑板材料和改良接触线截面轮廓均可降低弓网接触温升。研究结果对接触线结构优化、滑板材料的选取及保障列车安全运行有重要参考价值。     

受电弓滑板受流摩擦中体温升的模拟计算分析

滑动受流条件下，滑板材料的温升是决定其摩擦磨损机制的主要因素，文章采用有限元计算与实测温升相结合的分析方法，系统研究了不同热源（包括电孤热、接触电阻热、摩擦热以及体电阻热）对各种滑板材料体温升的影响，结果表明，不同滑板材料由摩擦热引起的体温升相近且数值较小，滑板材料中金属元素所占的比例愈多，电弧热对体温升的影响愈大，而接触电阻热的影响则愈小，体电阻热的影响可忽略不计。铜基粉末冶金滑板由于富含金属元素，耐电孤性能最差，浸金属碳滑板具有良好的综合受流磨损性能。     

受电弓与接触网系统电接触特性

依据电接触理论对弓网系统电接触特点、接触电阻、稳态热效应及电弧的产生进行分析研究。结果表明：弓网系统具备固定、滑动及可分离等方面的电接触特性;弓网系统电火花现象与滑板和接触线材料的导电性能密切相关,铜镁接触线与碳滑板2种较高电阻率的材料组合决定了两者的接触电阻比较大,使得滑动接触过程中的电火花现象剧烈。取流量较大的电动列车在起步或低速运行时,由接触电阻引起的热能有可能导致滑板和接触线局部过热,必要时应采取措施减小弓网接触电阻。弓网系统电弧对周围环境虽产生电磁干扰,但却能保证电动列车正常取流的连续性。     

高速铁路弓网电弧试验系统

高速动车组通过弓网电接触获取电能。随着动车组运行速度的提高,受轨道不平顺、接触网波动以及受电弓弓头振动等因素的影响,弓网电接触状态恶化,使得弓网电弧频繁发生,弓网电弧对接触网导线、受电弓滑板侵蚀严重,影响受流质量,制约动车组速度进一步提升,因此有必要对弓网电弧进行系统研究。本文分析弓网滑动受流过程,研制一套弓网电弧试验系统。该系统能够模拟弓网柔性平直接触、滑板"Z"字形运动及垂向沉浮运动等弓网运动状态。并利用该系统对弓网接触电阻和电弧电气参数、形貌特征进行试验研究。     

滑板材料受流摩擦时接触点瞬态温升对磨损性能的影响

采用有限元法对不同滑板材料(包括纯碳材料、浸金属碳材料以及铜基粉末冶金材料)在滑动受流时由摩擦力和接触电阻引起的接触点瞬态温升进行了分析计算,同时根据滑板材料的热失重(TGA)和差热分析(DTA)试验结果,分析了各种滑板材料在受流摩擦时的磨损行为.研究表明,在试验参数为压力70 N、电流200 A以及滑动速度80 km·h-1的条件下,电流是引起碳系滑板材料接触点温升的主要因素,并造成纯碳滑板接触区亚表层的高温氧化现象,浸金属碳滑板由于材料致密氧化速度较慢,同时强度相对也高,因而具有良好的耐受流磨损性能;而铜基粉末冶金滑板材料受流摩擦时的接触点温升低于其氧化温度,所以引起其高受流磨损量的主要因素不是接触点温升,而是电弧侵蚀引起的摩擦表面严重破坏以及蜡基润滑剂的失效所致.     

弓网系统电弧的产生及其影响

弓网系统电弧的产生与弓网接触电阻、电动列车的取流量大小有关.电弧能维持电动列车取流的连续性,但对弓网系统产生电气磨损,并对环境带来电磁干扰.通过改变弓网系统的振动特性、选取合适的弓网接触压力、合理匹配滑板与接触线的材料、改进接触线的生产工艺、提高接触网的施工质量等,能有效减少弓网系统电弧现象.可以根据列车一定取流量及运行速度时的电弧次数与持续时间对弓网接触特性进行评价.     

高速铁路弓网电接触研究综述

针对弓网电弧产生机理、电弧能量损耗、载流摩擦磨损规律、弓网材料的选取等方面,综述了国内外对弓网电弧和载流摩擦的研究现状,指出了弓网电接触研究过程中存在的问题,提出了该领域今后可能发展的方向,为更深入的研究打下基础.     

弓网电弧磁流体动力学模型

弓网电弧在接触面上产生的瞬时高温是造成接触面材料烧蚀的主要原因。研究弓网电弧的温度分布特征,有助于改进接触面材料,增强其耐电弧侵蚀能力,进而提高弓网系统服役性能。本文基于磁流体动力学(MHD)理论,考虑电弧的物理参数以及电磁、热和辐射等现象,建立弓网电弧数学模型。通过对流体力学计算软件FLUENT进行二次开发,计算了静态弓网电弧弧柱区域和两极板表面的温度分布。结果表明:电弧极板表面温度低于电弧弧柱温度,受电弓滑板表面温度高于接触网导线表面温度;提高滑板材料的热导率能够有效降低电弧发生时受电弓滑板表面的温度。     

电力机车受电弓发展综述

电力机车速度不断提高导致弓网电弧加剧,已经严重制约了高速铁路的发展.本文从受电弓的结构和滑板材料角度阐述国内外电力机车减小弓网电弧危害的现状以及发展,并分析了受电弓滑板的发展趋势.最后从电气角度分析了弓网电弧的产生机理,指出在现有的机械手段的基础上还应结合弓网电弧的电气特性进行研究,从而找到抑制和消除弓网电弧的方法.     

我国高速铁路弓网相互作用特点

从几何特征、动态性能、材料接口及电接触等方面对京津城际、武广、郑西等高速铁路受电弓与接触网相互作用的特点进行分析。结果表明,高速铁路弓网系统不仅能满足我国铁路互联互通要求,而且高速接触网的几何参数能够与高速列车使用的受电弓相匹配;铜合金接触线和碳滑板的组合能使弓网系统的磨耗量降至最低,且能保证弓网接触点不出现过热;弓网系统的动态性能可以确保高速列车的取流可靠性和取流质量。我国高速铁路弓网系统的性能还可进一步优化．     

一种非接触式接触网动态拉出值实时测量方法

针对目前铁路供电检测领域静态拉出值测量流程繁琐、效率低、测量值与实际动态拉出值存在一定偏差等问题,提出一种基于实时图像处理的非接触式动态拉出值测量方法。该方法利用可见光相机实时检测定位受电弓区域,通过边缘检测算法得到受电弓的中心点坐标;借助弓网接触点必然存在高温的特点,利用红外相机得到精确的弓网接触点;通过预先对红外和可见光相机进行相应标定得到弓网接触点在可见光图像中的坐标,计算弓网接触点距受电弓中心的距离,进而得到接触线相对受电弓中心的动态拉出值。该方法具有一定推广应用价值。     

电力机车弓网电接触研究现状分析

文章针对弓网电接触性能对电力机车提速的影响,从运行参数、车体振动、电弧和电火花、接触材料等方面进行分析,详细阐述了电力机车弓网电接触的影响因素及研究成果,并根据各相关因素的影响提出研究建议。     

弓网系统电弧侵蚀接触线时的热分析

电弧是受电弓-接触网系统在滑动受流过程中的一种现象。电弧虽能维持电动列车取流的持续性，但对弓网系统会产生电气侵蚀，并对环境带来电磁干扰。作者依据瞬态热传导理论建立弓网系统电弧烧蚀模型，通过热传导计算，推导出温度与时间、距离之间的关系。在MATLAB环境下编制程序，分别对静止电弧和运动电弧在2种热流输入情况下接触线的热过程进行仿真计算。结果表明，静止电弧和运动电弧对接触线的电气侵蚀程度不同。静止电弧在极短的时间内就能引起铜接触线表面熔化。不同速度的运动电弧对接触线表面的侵蚀程度不同，列车运行速度越高，电弧对接触线表面的侵蚀程度越轻微。     

地铁受电弓滑板磨耗分析

受电弓与接触网(简称弓网系统)动态受流是通过滑动接触实现的,因此在弓网运行的过程中势必会带来接触线和受电弓滑板的机械磨耗和电气磨损,因此有必要结合弓网系统运行的实际工况,分析影响接触线和受电弓滑板磨耗的主要原因,找出相应的对策。文章基于接触线和滑板的实际磨耗状态,设计一套试验系统,在线测试可能影响接触线和滑板磨耗的技术参数,分析该实际线路中造成二者磨耗的主要原因,并提出改善建议。     

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。     

城市轨道交通接触网打火拉弧原因及影响分析

通过分析接触网与受电弓系统之间的接触电阻与压力、电流、速度等的关系,总结了弓网系统滑动电接触特性,结合电气学电弧理论和运营实际测试,分析了接触网打火拉弧现象产生的原因,对其产生的影响做了归纳,并就减轻城市轨道交通接触网打火拉弧现象提出了建议措施。     

轮轨摩擦温升有限元分析

基于有限元法和移动热源法,建立了轮轨摩擦非稳态传热计算模型,分析了车轮全滑动工况下三维模型和二维模型计算结果的异同,以及轮载、摩擦系数和相对滑动速度对钢轨摩擦温升的影响.结果表明,二维模型能模拟轮轨摩擦过程中钢轨纵截面温度变化规律;三维模型不仅能模拟钢轨纵截面温度变化规律,而且能模拟摩擦热的横向分布规律.车轮滑动过程中,摩擦热在轨面上引起的热影响区宽度在接触斑横向宽度范围内;接触斑中心处热影响层最厚,越靠近横向两侧,热影响层越薄.轮重不仅影响钢轨表面最高摩擦温升,而且影响热影响区域的大小;相对滑动速度越大,热影响层深度和宽度分别变浅和变宽;摩擦系数越大,热影响区越大.     

基于DSP的电弧式弓网离线检测系统

利用电气化铁路中弓网离线电弧的光谱特性,设计了一种应用紫外传感器和DSP技术相结合的检测系统,实现了对弓网电弧的非接触检测,从而得到准确的弓网离线情况,并且对系统的硬件及软件进行了设计,最后对系统仍需完善的部分进行了总结.