碳2f碳-石墨材料的制备与性能分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文参考文献....................................................................................................................58哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限................................................62致谢...............................................

2、.........................................................................63VI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论近些年，世界范围内时速在300km/h以上高速列车相继开通，其给生活带来了便利，为社会的进步作出了贡献。但列车速度的提高也带来了许多新的科学技术问题。高速列车滑板与接触网滑动接触，从25~27kV高压的接触网将500A~1000A左右的电流传输到机车，对滑板材料性能的要求变得极其苛刻。尽管所用材料几经改进，目前仍难以达

3、到比较理想的使用要求，多年来一直是高速铁路技术发展的关键性课题。1.1弓网系统介绍受电弓安装在列车顶部，保证电力机车运行时的稳定受流。滑板宽25~35mm、高15~25mm、长大于800mm，安装在受电弓顶部，与接触网滑动接触获得动力，其所组成的弓网系统如图1-1所示。接触网受电弓滑板受电弓图1-1电力列车弓网系统的照片电力机车受电弓沿接触线高速滑动，引起接触线上、下振动的横波。为实现电气化列车的高速化，必须保证受电弓在沿接触线高速滑行时接触良好。根据国外高速电气化列车实际的运行经验，当列车的运行速度在波动传

4、播速度的70%以[1]下时，可以达到稳定的受流状态。如我国的武广高速波动速度为536km/h，所允许的最高速度为375.2km/h。其波动传播速度ν与接触线的架线张力T和线密度ρ1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1/2（单位长度的重量）有关，ν=3.6(T/ρ)。当列车速度越大，接触线的架线张力越大，上下振动对滑板的冲击越大，所以对滑板的强度和韧性要求更高。滑板与接触线的电接触特点是小接触面大电流，电流达到数百安，如图1-2所示。火车的提速，功率越来越大，但为增加弓网接触的稳定性，受电弓数目越来越少（当有多个受

5、电弓存在时，前面的受电弓与接触网接触较好，后面的受电弓容易脱离产生电弧，当火车速度的提高时，这种情况更为严重，为改善弓网系统间的动态性能，高速列车受电弓数目减少，现一般只有一个受电弓，同时也降低了高速列车在运行过程中所产生的噪音），使得单根滑板的受流更大。弓网的接[2]触电阻由两部分组成，第一部分是收缩电阻：电流路径收缩，有效导电面积减小，出现附加电阻；第二部分是膜电阻：准金属接触时，电子通过极薄的膜时产生附[3]加电阻。阻值大小可用（1-1）表示：?1+?2???=；（1-1）4?式中，H为弓线两者中较软材

6、料的接触硬度；F为弓线间接触力；ρ1、ρ2分别为接触材料电阻率。接触电阻存在，列车取流时，接触点的焦耳热使接触点局部区域温度升高，严重时可达到接触网材料的软化点。高速铁路设计规范规定铜合金接触线的允许最高工作温度为150℃。为降低接触面温度，提高弓网接触的可靠性，一方面减少产热，另一方面增大散热。减少产热可以通过减小接触材料的电阻率和改善接触材料的硬度从而增大接触面来实现；增加散热速率即通过提高接触材料的热导率达到。(a)接触面状况(b)导电斑点[3]图1-2弓网接触示意图滑板与接触线在工作过程中由于机械、电

7、气和化学等方面的原因使材料从滑板和接触线表面移走，降低弓网系统的性能和可靠性。由于接触电缆的维护成本很高，为减小接触电缆的磨损在选用滑板材料时，摩擦系数小是其首要考虑因素。2哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在保证接触线磨损小时，滑板自身的磨损主要为电弧和机械磨损。高速运行产生的振动使弓网瞬时离开，高压（25kV）使空气电离，产生电弧，3000℃以上，如[4,5]图1-3所示。其中电弧磨损最为严重。为减小电弧磨损提高滑板寿命，由受电弓的结构（如图1-4所示，支撑弹簧保证高低不一的接触网与滑板恒定接触）考虑，可通过

8、减小滑板质量来提高滑板与接触电缆的随动性，从而降低离线率使电弧减少，另一方面增加滑板材料中的高熔点组元含量来提高滑板的耐弧性。图1-3弓网离线电弧图1-4受电弓结构简图另外，随着速度的提升，弓网的接触力变大，如图1-5所示。滑动过程中对滑板的机械磨损更为严重，从而对滑板的耐磨性要求更为苛刻。3哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[6]图1-5弓网接触力与速度的关系综上，随着电气化列车向高速化发展，对滑板材