随着电气化铁路的快速发展,作为电力机车重要的受流部件,受电弓滑板／接触线的工作条件变得极为苛刻。本论文基于列车提速后产生的一系列弓网问题,在高速载流摩擦磨损试验机上开展了如下载流摩擦磨损试验并得到相应的结论。1.在高速载流条件下,滑板／接触线之间接触电阻在列车运动过程中不断变化。电阻变化引起焦耳热的变化进而影响着系统的温升。温度的升高会使材料的物理和化学特性发生变化,加剧材料的磨损。在本文的第三章利用环—块式高速载流摩擦磨损试验机模拟高速列车弓网系统在速度v=50～200 km/h、电流I=50～250 A、接触压力Fn=30-140 N条件下的运行工况,研究弓网间离线距离、接触压力、相对滑动速度对接触电阻的影响,并对相应工况滑板的磨损形貌进行了分析。试验研究发现：在一定范围内,接触电阻随接触压力的增加而减小,随相对滑动速度的增大而增大；当弓网系统接触状态良好时,弓网间的接触电阻很小,在0.0224Ω左右；当弓网系统接触不良时,在一定范围内接触电阻随离线距离的增加而增加。接触电阻与载流效率的关系显示：载流效率随接触电阻的增加而减小。随着相对滑动速度的增加,碳滑板的电弧烧蚀磨损愈发严重。2.由于滑板材料接触表面温升变化对滑板的磨损有很大的影响,探究影响滑板接触表面温升变化的因素显得至关重要,本文第四章分析了碳滑板表面温升与电弧放电、滑动速度、接触压力和电流的关系,并探讨了磨损形貌随温升变化的规律。试验结果表明：碳滑板接触表面的温升随滑动速度、电流和电弧放电能量的增加而增加,随接触压力的增加而减小。电弧能量与滑板温升的相关性分析表明,两者存在非常强的相关性。碳滑板的磨损形貌观察显示,随着滑块接触表面温升的增加,滑块的磨损机制从粘着的机械磨损演变为电弧烧蚀为主。接触表面不同的温升对应着不同的磨损机制：温升△t=50℃左右时,碳滑板表面以粘着形式的机械磨损为主；温升△t=90℃左右时,碳滑板表面以机械磨损为主,并出现少量的烧蚀区域；温升在△t=180～200℃左右时,碳滑板表面出现大量的烧蚀区域,以电弧烧蚀磨损为主；温升在Δt=300℃左右时,碳滑板易出现热应力裂纹,以电弧烧蚀磨损为主。3.材料转移是滑板材料在电弧侵蚀下的主要磨损形式之一。本文第五章通过试验研究材料转移对滑板磨损的影响,探索影响材料转移的因素,分析研究载流条件下不同接触副(铜合金滑板材料、铝合金滑板材料和纯碳滑板材料／纯铜接触线和铜银合金接触线)的材料转移机理。试验发现不同材料在试验过程中的材料转移量有很大的差异,从而使得磨损量有很大的差异。试验结果显示：三种滑板材料在磨损过程中材料转移率不同,其中铝合金滑板材料在试验过程中材料转移率最大,其次是铜合金滑板材料,纯碳滑板转移量和磨损量最少。三种滑板材料的转移率均随着接触压力、相对滑动速度和电弧放电能量的增加而增加。不同材料的材料转移形式主要由材料本身的特性所决定：铝合金滑板发生材料转移,主要是因为发生熔融喷溅和粘着磨损而产生；铜合金滑板材料转移主要是因为发生了氧化磨损；纯碳滑板主要是因为材料的升华和粘着黏附而转移。EDS分析表明：材料转移的方向是双向的；磨损形貌的SEM分析表明：在没有电流的情况下,铝合金滑板的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损；铜合金滑板的磨损机制主要为粘着、磨粒和氧化磨损；纯碳滑板的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。在有电流的情况下：铝合金滑板表面除了有片状剥离层外还有电弧烧蚀和熔融现象；铜合金滑板表面有少量的电弧烧蚀和大量的划痕；纯碳滑板磨损表面有烧蚀点和热应力裂纹。4.本文第六章以大量试验数据为基础,综合考虑诸多因素(接触压力、电流、滑动速度、时间、摩擦系数和电弧能量)对纯碳滑板磨损量的影响,分析各项参数与纯碳滑板磨损量之间的相关性。利用各参数变量投影重要性指标(VIP),研究各参数对纯碳滑板磨损量的影响程度。采用偏最小二乘回归方法(Partial Least-square regression, PLS)建立各项影响参数和纯碳滑板磨损量之间的模型公式,进行纯碳滑板材料磨损量的预测。试验分析结果表明：纯碳滑板磨损量与各自变量均存在一定的线性相关性,其中磨损量与电流、速度和电弧放电能量高度相关。各参数对磨损量的影响程度表明：电弧放电能量和速度对纯碳滑板磨损影响最大,其次是时间和电流,摩擦系数和接触压力影响较弱。基于PLS方法,综合考虑接触压力、电流、速度、电弧放电能量和摩擦系数对滑板磨损量的影响,得到滑板磨损量预测模型,用该模型预测到的磨损量与实测磨损量之间的相对误差小于10%。预测的磨损量与实际的磨损量基本相符,该方法可为实际运行列车碳滑板磨损量的预测提供参考。