高速接触网关键零部件疲劳失效机理及寿命预测

Because of the rugged operation environments and sophisticated operating condition of high-speed catenary, the fluctuation, vibration and impact when train-set runs under catenary would easily cause fatigue failure of key parts and then subsequently faults between catenary and pantograph, which influences seriously the operation security of high-speed railway. In order to resolve the problems such as undefined fatigue failure mechanism and life predictingdifficulties, this project proposes the research of Fatigue Failure Mechanism and Life Prediction of High-speed Catenary Key Parts. Based on load spectrum and characteristics of high-speed catenary key parts, this project carries out researches on mechanism of fretting fatigue failure, impact fatigue failure and corrosion fatigue failure of key parts, and explores the effect of high current on fatigue failure and fatigue life. Accordingly, life prediction model is established and relevant experimental confirmations are developed. By aforementioned work, improvements on fatigue damage and life prolongation of high speed catenary key parts are suggested. This project aims at revealing fatigue failure mechanism of high speed catenary key parts, proposing a life prediction method, therefore providing theoretical basis and technological support for life prediction and health management of high-speed catenary key parts, which is of great instruction significance for China high speed railway maintenance system.

高速接触网运行环境恶劣、工况复杂，动车组通过时接触网产生的波动、振动和冲击容易引起其关键零部件发生疲劳失效而导致弓网事故，严重影响高速铁路的运行安全。针对目前高速接触网关键零部件的疲劳失效机理尚不明确、寿命预测困难等难题，本项目提出“高速接触网关键零部件疲劳失效机理及寿命预测”研究。在获取零部件有效载荷谱的基础上，重点开展高速接触网关键零部件微动疲劳失效、冲击疲劳失效和腐蚀疲劳失效机理的研究，同时，探究大电流作用对其疲劳失效及疲劳寿命的影响，从而建立关键零部件的寿命预测模型，并开展相关的试验验证。在此基础上，提出高速接触网关键零部件疲劳损伤的改善方法与延寿措施建议。项目旨在揭示高速接触网关键零部件的疲劳失效机理，提供一套关键零部件系统的寿命预测方法，为高速接触网关键零部件的寿命预测与健康管理提供重要的理论基础和技术支撑，对完善中国高铁维修维护体系具有重要指导意义。

高速接触网运行环境恶劣、工况复杂，动车组通过时接触网产生的波动、振动和冲击容易引起其关键零部件发生疲劳失效而导致弓网事故，严重影响高速铁路的运行安全。针对目前高速接触网关键零部件的疲劳失效机理尚不明确、寿命预测困难等难题，本项目提出了“高速接触网关键零部件疲劳失效机理及寿命预测”研究，其主要研究内容及成果如下:（1）在关键零部件的载荷谱及其特性方面：建立了面向零部件载荷仿真的弓网动态仿真系统，并经过高铁线路的现场实测验证了其有效性，在此基础上开展了基于弓网动态仿真的关键零部件载荷仿真，获得了关键零部件的典型工况；（2）在关键零部件的疲劳失效机理方面：通过对实际线路的观测，获取了吊弦在现场工况下的振动行为，并分析了影响吊弦疲劳寿命差异的因素，研究了吊弦用CuMg0.4合金的弯曲微动疲劳行为和微动磨损行为、定位线夹用Cu-Ni-Si合金的微动磨损和微动腐蚀行为，以及过载、载荷形式、加工方式和服役环境对Cu-Ni-Si合金疲劳性能和破坏机理影响，研究了电流对吊弦整体弯曲微动疲劳的影响、轴向激励与激励下螺栓结构的松动机理，以及定位装置的磨损机理；（3）在关键零部件的疲劳寿命预测方面：研究了定位支座用Al-Si-Mg合金疲劳性能，以及材料缺陷对Al-Si-Mg合金疲劳性能的影响，研发了吊弦疲劳试验装置，通过吊弦疲劳台架试验及冲击载荷疲劳试验，分析了吊弦横向振动行为对疲劳寿命的影响，并建立了吊弦疲劳寿命预测模型，得到了大电流对吊弦疲劳寿命的影响；（4）在关键零部件疲劳损伤的改善方法与延寿措施方面：开展了吊弦抗微动疲劳设计，研究了微粒子喷丸处理工艺对定位线夹用Cu-Ni-Si合金疲劳性能的优化作用，提出了零部件安装优化和改进建议。项目为高速接触网关键零部件的寿命预测与健康管理提供了重要的理论基础和技术支撑，对完善中国高铁接触网的维护维修体系具有重要指导意义。