强电流滑动电接触下的最优载荷研究

电力机车靠受电弓滑板与接触网导线的滑动接触来为机车供应电力，实际应用中，二者接触时的相对滑动速度和通过电流是根据运行情况需要不断进行调整变化的，当滑动速度和通过电流变化后载荷（接触压力）也应随之变化并保持最优，才能最大限度的减少摩擦磨损并使载流性能达到最佳状态。项目针对粉末冶金滑板、浸金属碳滑板、碳滑板与铜接触线和铜合金接触线，进行载流条件下的摩擦磨损实验，研究强电流滑动接触中载荷对摩擦系数、磨损率、接触温度、电流稳定性及表面形貌的影响；从最佳摩擦学性能（磨耗最小）和最佳载流性能（电流稳定性最好）二方面来综合考虑，确定最优载荷；通过对摩擦副表面的形貌及化学成分分析，以及实验条件、实验数据的变化关系，利用固定电接触理论和机械摩擦学方面的理论，研究载流摩擦接触中载荷对磨损的作用机理，探讨最优载荷与电流和速度之间的量化关系；提出受电弓滑板与接触导线在强电流滑动接触下最优载荷的调整规律。

针对电力机车受电弓滑板与接触网导线之间的滑动电接触问题，进行了强电流滑动电接触下的最优载荷研究。利用自行研制的滑动电接触实验机模拟弓网系统的运行工况，在不同的实验条件下对受电弓滑板与接触导线之间进行了大量的载流摩擦实验。结合实验研究与理论分析，得到了在不同的接触载荷、接触电流和滑动速度条件下，受电弓滑板与接触网导线之间的摩擦磨损特性、载流稳定性以及接触电阻和接触面温升的变化规律。研究表明磨损率随载荷的增加呈现“U”型变化趋势，存在一个使磨损率最小的最佳接触载荷，且该最佳接触载荷不是定值，而与摩擦副材料，接触电流，滑动速度、润滑和阻尼等接触条件有关，一定电流条件下，最佳载荷值随速度的增大而增大；接触电阻和接触电流在高速滑动电接触过程中围绕一个中值上下波动，接触斑点数目的改变是影响电流波动的根本原因，接触载荷增大，接触面积增大，塑性形变面积比例增大，载流稳定性变好。接触面温升也随载荷呈现“U”型变化趋势，并且在载流摩擦过程中，当电流足够大时，接触电阻热是导致接触面温升的主要因素。. 通过分析接触载荷、滑动速度和接触电流对接触电阻模型的影响，得出滑动电接触接触电阻的计算模型，并采用基于遗传算法的高斯-牛顿迭代算法对模型中的待定参数进行了求解；根据传热学原理、有限元方法和边界条件，建立了滑板温度场的模型；分别以磨损率、接触温升为输出，以接触载荷为输入，进行模型逆问题求解，获取相应输出目标要求下的最优载荷数值；利用神经网络建立接触载荷与电流稳定系数、滑动速度、接触电流之间的关系模型，通过模型得出特定速度和电流条件下满足电流稳定性要求的最小接触载荷；采用支持向量机对实验数据进行回归建模，通过算法寻找特定运行工况下的最佳载荷及对应的Pareto最优解，使得滑板磨损率与受流质量均达到最优。采用数据拟合建立磨损率与电流相对稳定系数计算模型，通过粒子群算法、信噪比多目标决策和制定的电流稳定性评价指标(ε≤30%)，获得了磨损率和受流稳定性最佳时的最优载荷确定方法。 . 全面完成计划任务书所规定的研究内容。共发表（含已录用）期刊论文10篇，发表会议论文7篇，获辽宁省科技进步三等奖１项。