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  • 頭條遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究
    2019-05-08 來(lái)源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)本文利用銷(xiāo)盤(pán)式高速載流摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī),進(jìn)行了浸金屬碳磨銷(xiāo)與銅盤(pán)的載流摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。獲得與壓力載荷、滑動(dòng)速度、電流密度相關(guān)的摩擦力的特性規(guī)律,并利用鏡相顯微鏡結(jié)合不同實(shí)驗(yàn)條件下浸金屬碳磨銷(xiāo)的表面形貌進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上建立了摩擦力回歸模型。

    1導(dǎo)語(yǔ)

    電氣化鐵路受電弓與接觸網(wǎng)(弓網(wǎng))系統(tǒng)的載流摩擦性能是影響列車(chē)受流和受電弓滑板磨損的關(guān)鍵因素。論文研究了摩擦力與弓網(wǎng)間壓力載荷、滑動(dòng)速度、電流密度的特性規(guī)律;在此基礎(chǔ)上建立了摩擦力模型。

    2研究背景

    電氣化鐵路中,受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線組成一對(duì)特殊摩擦系統(tǒng),即摩擦接觸系統(tǒng)和電接觸系統(tǒng),兩者之間彼此影響,共同作用,具有復(fù)雜性和交叉性。受電弓與接觸網(wǎng)(弓網(wǎng))系統(tǒng)的載流摩擦磨損性能直接影響電力機(jī)車(chē)的動(dòng)力供應(yīng)和弓網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)成本。而載流摩擦磨損是滑動(dòng)電接觸的主要特征,其中摩擦力是造成接觸磨損的主要因素,因此針對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)摩擦力的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

    3論文所解決的問(wèn)題及意義

    本文利用銷(xiāo)盤(pán)式高速載流摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī),進(jìn)行了浸金屬碳磨銷(xiāo)與銅盤(pán)的載流摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。獲得與壓力載荷、滑動(dòng)速度、電流密度相關(guān)的摩擦力的特性規(guī)律,并利用鏡相顯微鏡結(jié)合不同實(shí)驗(yàn)條件下浸金屬碳磨銷(xiāo)的表面形貌進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上建立了摩擦力回歸模型。

    4論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

    1)利用實(shí)驗(yàn)機(jī)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到摩擦力特性規(guī)律。

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    圖1 高速載流摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    圖2 不同電流密度下摩擦力隨壓力載荷變化曲線

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    (a) 25 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    (b) 45 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2

    圖3 不同壓力載荷下銷(xiāo)試樣的表面形貌

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    (a) 35 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    (b) 35 N, 120 km/h, 83.5 A/cm2

    圖4 實(shí)驗(yàn)中不同電流密度下銷(xiāo)試樣的表面溫度

    2)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在理論分析的基礎(chǔ)上,采用支持向量機(jī)的方法建立摩擦力回歸模型,采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

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    圖5 MSE指標(biāo)進(jìn)化曲線

    表1 參數(shù)值

    SVR模型

    C

    ε

    γ

    MSE

    摩擦力

    95.9462

    0.0100453

    0.237179

    2.70231×10-3

    5

    1)載流摩擦過(guò)程中,摩擦力會(huì)先經(jīng)歷一個(gè)跑合期,這個(gè)期間摩擦力先從較小的初始值快速增 加再逐漸趨于穩(wěn)定,然后再進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定期。跑合期時(shí)間的長(zhǎng)短與多個(gè)因素有關(guān),不同條件下跑合時(shí)長(zhǎng)不同。而穩(wěn)定期的摩擦力圍繞一個(gè)基本不變的中值上下波動(dòng),其波動(dòng)呈顯著的正態(tài)分布。

    2)弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸下摩擦力隨壓力載荷的增加而增大,隨電流密度的增加而減小,隨滑動(dòng)速度的增加而增大。并且隨著壓力載荷的增加,摩擦力的增大幅度逐漸變緩。

    3)在弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸中,電流具有一定的潤(rùn)滑作用。在壓力載荷與滑動(dòng)速度不變的情況下,電流密度增加導(dǎo)致接觸表面的溫度升高是造成摩擦力減小的主要原因。

    4)應(yīng)用支持向量機(jī)建立了弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸下以壓力載荷、電流密度和滑動(dòng)速度作為自變量,以摩擦力作為因變量的 SVR 回歸模型。采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型具有良好的預(yù)測(cè)精度和泛化能力,為今后弓網(wǎng)系統(tǒng)摩擦力的進(jìn)一步研究提供了參考。

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    本文引用

    郭鳳儀, 陳明陽(yáng), 陳忠華,時(shí)光, 回立川. 弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2018, 33(13): 2982-2990.

    Guo Fengyi, Chen Mingyang, Chen Zhonghua, Shi Guang, Hui Lichuan. Research on Friction Characteristics and Modeling of Pantograph-Catenary Sliding Electrical Contact[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(13): 2982-2990.

    團(tuán) 隊(duì) 及 作 者 簡(jiǎn) 介

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    電器基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)6項(xiàng)國(guó)家級(jí)(包括5項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)霍英東教育基金會(huì)青年教師基金)和15項(xiàng)省部級(jí)科研項(xiàng)目及校企合作橫向課題30余項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文200余篇,其中被SCI、EI收錄50余篇;榮獲國(guó)家、?。ú浚┛萍吉?jiǎng)勵(lì)6項(xiàng),獲得國(guó)家發(fā)明等專利18項(xiàng)。公開(kāi)出版《電接觸理論及其應(yīng)用技術(shù)》、《電器學(xué)》、《礦山智能電器》等著作與教材。

    遼寧工程技術(shù)大學(xué)郭鳳儀等:弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦力特性與建模研究

    郭鳳儀

    郭鳳儀,博士生導(dǎo)師,遼寧省首批特聘教授?,F(xiàn)任遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院院長(zhǎng)。兼任中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電器智能化系統(tǒng)及應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電接觸與電弧專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)電氣專家委員會(huì)副主任委員、遼寧省普通高等學(xué)校電氣類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)委員,遼寧省電工技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、美國(guó)IEEE 會(huì)員、日本IEICE 會(huì)員等?!豆さV自動(dòng)化》、《遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)》編委會(huì)委員。首屆國(guó)家煤礦安全技術(shù)會(huì)診專家。

    先后負(fù)責(zé)完成國(guó)家自然科學(xué)基金、霍英東教育基金會(huì)青年教師基金等省部級(jí)以上縱向課題20 余項(xiàng),完成橫向科研項(xiàng)目30 余項(xiàng)。獲國(guó)家及省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)6 項(xiàng)。出版學(xué)術(shù)著作3 部,在國(guó)內(nèi)外重要期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文200 余篇,其中SCI、EI收錄60 余篇,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)多次應(yīng)邀參加IEEE Holm、ICEC、GD 等重要國(guó)際會(huì)議并做學(xué)術(shù)報(bào)告。申請(qǐng)或授權(quán)國(guó)家專利18 項(xiàng)。

    主要研究方向?yàn)殡娖骰A(chǔ)理論及其應(yīng)用、電器智能化技術(shù)及應(yīng)用、礦山機(jī)電工程技術(shù)。