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1、对电力机车受电弓滑板材料发展趋势的几点探讨对电力机车受电弓滑板材料发展趋势的几点探讨摘要：摘要：现代铁路已经进入电气化高速发展的时期，电力机车速度的不断提高会致使机车受电弓滑板材料与接触网导线频繁发生碰撞和离线，大大影响了电力机车的受流，制约了铁路系统的高速发展。本文结合国内外电力机车受电弓滑板材料的发展状况，对我国铁路电力机车在高速化发展方向的机车受电弓滑板材料发展趋势进行了初步的探索和展望。关键词：关键词：电力机车 受电弓滑板材料 材料发展目目 录录摘要：.1关键词：.1目 录.21.受电弓滑板的主要磨耗形式.11.1 机械磨损.11.2 电气磨损.22.受电弓滑板材质分类及其性能特点.2
2、2.1 纯金属滑板.22.2 粉末冶金滑板.22.3 碳滑板.22.4 浸金属碳滑板.32.5 碳铜复合材料滑板.33. 国内外电力机车受电弓滑板材料的发展.33.1 前苏联电力机车受电弓滑板材料的发展.33.2 日本电力机车受电弓滑板材料的发展.43.3 欧洲电力机车受电弓滑板材料的发展.53.4 我国电力机车受电弓滑板材料的发展.64.我国未来受电弓滑板材料发展趋势.75.结束语.71对电力机车受电弓滑板材料发展趋势的几点探讨对电力机车受电弓滑板材料发展趋势的几点探讨引言：引言：在电气化铁路时代，铁路运输系统向高速和重载化发展的同时也给社会带来了巨大的利益。随着列车速度的不断提高，弓线间的
3、摩擦不断加剧，对受电弓滑板材料的综合性能提出了越来越高的要求。列车高速运行的过程中，一方面，弓线间的摩擦加剧，受电弓滑板磨损加大，弓、线寿命降低，同时受电弓滑板表面摩擦还会伴随产生大量的热，致使滑板表面升温，引起滑板表面状况恶化；另一方面，当受电弓滑板遇到接触网上的分段绝缘器等时会产生阶跃式的冲击，造成瞬间离线拉弧现象，在接触点处产生 3000以上的高温导致接触点软化甚至熔融，致使滑板表面质量下降。本文介绍了电力机车受电弓滑板的主要磨耗形式、受电弓滑板材料的类型及其性能特点、国内外受电弓滑板材料的发展以及我国未来受电弓滑板材料的发展趋势。电力机车受电弓滑板对其材料的性能有着十分苛刻的要求，受电
4、弓滑板材料一般应满足以下性能：良好的导电性、抑制离线电弧的产生和抗电弧烧伤性、良好的减磨耐磨性、足够的强度、对自然环境强的适应性、小的电阻率和接触电阻、便于实现轻量化和标准化、对接触网导线损伤小、价格低等。1.1.受电弓滑板的主要磨耗形式受电弓滑板的主要磨耗形式机车受电弓滑板在滑动中从接触网导线上获得电流,与接触网导线构成了一对机械与电气耦合的特殊摩擦副,这种摩擦副中主要存在着两种性质的磨损机械磨损与电气磨损。1.11.1 机械磨损机械磨损 机械磨损是滑板在接触网导线上滑动时由于二者之间发生摩擦或冲击而引起的磨损。摩擦是一种能量转换过程,有物理、化学、电化学等复杂现象。其中包括摩擦副材料及周围
5、介质之间的相互作用,表层材料的转移等，摩擦结果导致磨损。在压力作用下，相互接触的两物体表面因为摩擦，接触点产生瞬时高温，引起两者发生粘着，相互移动时又将被剪切断开，使两物体发生滑溜。摩擦就是粘着与剪断交替进行的跃动式过程。摩擦时粘着点的形成和破坏导致磨损。摩擦表面有磨粒磨损痕迹，出现薄片状磨屑，在摩擦过程中加剧磨损。由于滑板沿导线高速滑行，其高温粘着，冲击碎裂倾向十分严重，由此造成的磨损在2滑板总磨损中占有相当比重，可见提高抗粘着性和机械强度是减小滑板磨损的有效途径。1.21.2 电气磨损电气磨损 受电弓滑板与接触网导线的工作特性在本质上属于电接触范畴。其磨损情况也突出地表现出电磨损的特点。滑
6、板与导线因某种原因接触不良或离线等将产生火花或电弧，引起电气磨损，并且会产生小雨滴状的磨屑。在接触受流时由于电流通过引起温升，据实际测定，滑板摩擦面上的温度可达 250600，导致接触表面物理状态发生变化，如氧化等，造成附加机械磨损，从而加大了磨损。电气磨损的特点是磨损随受流量、离线时间及离线频率的增加而增大，因此接触导线电气磨损较为严重的情况一般在容易发生离线、导线与滑板接触质量较差处发生。此外，导线及滑板的缺陷处也往往是电气磨损严重的部位。磨耗与滑板的材料密切相关，还受到霜露雪等水分环境的氧化、腐蚀磨损。 2.2.受电弓滑板材质分类及其性能特点受电弓滑板材质分类及其性能特点2.12.1 纯
7、金属滑板纯金属滑板钢、铜等纯金属滑板机械强度高、取材方便、使用寿命长、成本低、引发弓网事故障碍概率小、但对接触导线磨耗大，特别对铜接触导线磨耗严重，现己不使用。如 1961 年我国第一条电气化铁道开通，接触导线为铜质导线，电力机车采用法国进口电力机车，滑板为钢板条，列车最高运行速度小于 70km/h。由于钢滑板和接触导线的亲和力较强，接触导线磨耗十分严重，运行不到 5 年，使用的 TCG-100 铜接触导线的高度由 11.8mm 磨耗为 9.4mm。2.22.2 粉末冶金滑板粉末冶金滑板粉末冶金滑板分为铜基和铁基两类。铜基粉末冶金滑板机械强度较好，表面硬度适中，滑板和导线的磨耗比较匹配。针对粉
8、末冶金滑板材质润滑较少、含油较低的缺点，铁道部科学研究院金属与化学研究所推出了机械复合式铜基粉末冶金滑板。这种滑板可随时提供润滑，大大地降低节对接触导线的磨耗，同时其自身的耐磨性也比较好，表面硬度稍高，不易出现断裂、不均匀磨损等现象，自身含有润滑材料，能减轻对导线的磨耗，但由于其表面硬度远高于铜线硬度，即使在润滑作用较好的前提下对铜导线的磨耗也是比较大的。不少机务段在铜导线区段仍采用这种滑板，主要是为避免弓网故障的发生。32.32.3 碳滑板碳滑板碳滑板对导线磨耗低，可延长导线使用寿命，但机械强度低，易出现断裂、掉块，引发弓网故障概率大，使用寿命短，适用范围受限制。碳滑板由碳条和铝托承担，使用
9、寿命达几十万公里。产品中还带有安全气管，以确保在碳条发生断裂时受电弓能自选降落，从而保护电网。但这类整体式滑板目前仍然存在高速通过弯道时易刮弓和打弓、碳块断裂、与铝托粘接质量不稳定、价格偏高等问题。2.42.4 浸金属碳滑板浸金属碳滑板分为整体式和组装式两类，具有较好的电学性能，基本解决了碳滑板机械强度低的问题，耐磨性能大为提高，能根本解决导线磨耗过快的问题。但抗冲击力不足，易出现掉块，使用过程中需要整形，价格过高，维护成本高。目前准高速电气化铁路使用的是从德国进口的浸金属滑板。随着干线电气化铁路和城市轻轨建设的快速发展及国际市场的变化，浸金属碳滑板的需求量将会不断增大。2.52.5 碳碳铜复
10、合材料滑板铜复合材料滑板是以铜为基本骨料，其中加以不同比例的石墨粉、铁粉、铬粉及钼铁合金中至少一种制成的硬质金属粉作为碳增强体，加以铜粉、锡粉组成的混合料经混合均匀压制成形，最后采用加压或常压的方式进行烧结而制成的。制备具有优良物理性能的碳铜复合材料的关键是改善铜基体与碳增强体的润湿性，最有效的途径是机体合金化和碳增强体的表面处理。碳粉表面依次进行化学镀、电镀铜的方法，使碳粉粒子具有良好的导电性，且可通过控制电镀时间来控制镀层厚度，使碳粉在作复合填料方面有了更广泛的应用前景。3.3. 国内外电力机车受电弓滑板材料的发展国内外电力机车受电弓滑板材料的发展受电弓滑板是电力机车获得动力来源的重要集电
11、元件,滑板质量是影响受流质量的一个关键因素,而受流质量又直接关系到弓网电弧的产生。滑板安装在受电弓最上部,直接与接触线接触。滑板在静止或滑动状态下从接触线上获得电流,为机车供应电力,维持其正常运行,一般传导电流为 100400A。随着列车速度的不断提高，目前国际上最高商业运行速度已接近,弓网相对滑动速度约言,要求受电弓滑板的综合性能也越来越高,世界各国对电力机车受电弓滑板尤其是滑板4材料的研究也在不断深入。3.13.1 前苏联电力机车受电弓滑板材料的发展前苏联电力机车受电弓滑板材料的发展1969 年前苏联在 1500V 直流电气化铁道区段上开始试用粉末冶金滑板。19721976 年,在保加利亚
12、、匈牙利、东德、波兰、前苏联和捷克等国对完善电气化铁道的接触网及受流问题进行的综合科学技术研究中,针对粉末冶金滑板进行了专门研究并在适宜区段推广应用,其中前苏联对铁基粉末冶金滑板的研究更为深入。3.23.2 日本电力机车受电弓滑板材料的发展日本电力机车受电弓滑板材料的发展日本是高速电气化铁路发达的国家,1964 年日本东海道新干线正式开通了世界上第一条高速铁路,列车运行速度达到了 210km/h。新干线的开通使日本列车的平均速度由 64km/h 提高到 210km/h,使电力机车同时也使受电弓滑板材料的研究与应用进入了一个新时期。(1)速度低于 64km/h 阶段新干线开通前,日本电气化列车的平均速度不超过64km/h,受电弓滑板材料经历了由纯铜、石墨到铜系烧结材料的过程。电气
