搜索
摘要世界上第一条高速铁路是1964年开通的日本东海岛新干线，发展至今已有53年。近年来国内高速铁路飞快发展，随着列车速度的提高，受电弓与接触网关系的问题日益突出。动车组是通过受电弓从接触网上获取电能，所以良好的弓网接触是保证列车取流的必要条件，受电弓的滑板成了重中之重，列车运行时如何减少受电弓滑板的损耗，提高受电弓滑板质量已经成为高速铁路技术的重要问题。动车组受电弓滑板材料如今各国都在加紧研发，它所涉及的材料学问题是其解决受电弓滑板损耗的基础，早期接触网线多采用纯铜或铜合金材料，而在受电弓滑板方面，其材料经历了纯金属滑板、粉末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板邓发展过程。本毕业设计通过对国内和国外高速动车组受电弓的分析、介绍，对DSA250型高速动车组受电弓结构、作用方面做出论述，对比国外先进的材料学技术，提出自己的优化、改良方案。关键词：DSA250型受电弓；石墨烯；改良型石墨烯受电弓I目录摘要......................................................................................................................第1章绪论..........................................................................................................11.1研究背景.........................................................................................................11.2国内外高速动车组受电弓滑板材料发展......................................................11.3国内外受电弓材料研究现状.........................................................................21.4本毕业设计的主要工作.................................................................................2第2章基础理论..........................................................................................................32.1DSA250型受电弓原理...................................................................................32.2DSA250型受电弓滑板材料学研究...............................................................32.3滑板材质电阻.................................................................................................42.3.1磨粒磨损..............................................................................................42.3.2电磨损..................................................................................................4第3章DSA250受电弓介绍.........................................................................................63.1DSA250型受电弓...........................................................................................63.2受电弓模型的种类.........................................................................................6第4章新型材料石墨烯..............................................................................................74.1石墨烯的概述.................................................................................................74.2石墨烯的发现历史.........................................................................................74.3石墨烯的各种功能特性.................................................................................84.4石墨烯新材料的结构特点.............................................................................8第5章DSA250型受电弓滑板材料工艺...................................................................125.1DSA250受电弓的发展历程......................................................................125.2DSA250型受电弓的优缺点.........................................................................12第6章优化改进后的DSA250型受电弓滑板..........................................................146.1受电弓碳滑条检修的正常标准...................................................................146.2改进建议.......................................................................................................146.2.1.快速降弓阀的改进建议.....................................................................146.2.2改变DSA250型受电弓滑板............................................................15II参考文献：............................................................................................................16致谢..................................................................................................................171DSA250型受电弓滑板的材料改进方案第1章绪论1.1研究背景1897年，第一台电力机车在柏林世博会上问世，相比于内燃机车，电力机车节约能量、绿色环保、牵引力大、过载能力强而且维修量少，在许多发达国家得到了广泛应用。一个多世纪以来，世界各国的电气化铁路取得了突飞猛进的发展。时至今日，全世界的高速电气列车毫无例外采用弓网系统获取电能。动车组受电弓需要在高速运行的条件下从接触网获取电能，并确保良好的受流特性，以保证列车安全平稳运行。只有保持受电弓滑板与接触网间的可靠接触，才能保证弓网系统良好的受流特性。否则，可能发生离线现象，产生严重后果。众所周知，列车通过与接触网接触获取电能，受电弓滑板一旦与接触网不能充分接触，首先会对列车的通讯线路造成影响，其次影响动车组列车的正常供电，甚至可能导致车内产生过电压，影响行车安全。弓网离线瞬间可能发生燃弧，造成受电弓滑板烧蚀，缩短其使用寿命。受电弓滑板材料学作为高速列车弓网关系的研究核心，是影响弓网受流质量的关键因素。良好的弓网受流特性，要求受电弓滑板具有较好的导电性与耐磨性。我国在受电弓滑板材料方面的研究起步较晚，目前我国动车组使用的受电弓大多是引进于德国、法国的。研究动车组受电弓滑板材料是很有必要的。1.2国内外高速动车组受电弓滑板材料发展在1964年日本新干线的开通之后，在列车的高速行驶中，含铜量多的铜系滑板材料和铜接触导线间亲和力较强，接触线磨损严重；而石墨滑板材料的抗冲击能力较差。这时，铁系滑板材料应用而生，铁系滑板材料在高速滑动时形成的铁氧化物减少了磨损，从而使滑板材料磨损减轻。进入20世纪80年代，高速列车运行速度达到210-240km/h，铁系材料磨耗值也达到新高，不得已又开发了浸金属碳滑板材料。2继日本之后，20世纪70年代欧洲各国也发展了高速铁路，法国的TGV，德国的ICE和西班牙的AVE都具有代表性的高速铁路。起初他们使用的受电弓滑板材料为铜合金和纯碳滑板，由于铜合金滑板材料对接触网导线的亲和力大，现在也由于磨损逐渐受到限制。20世纪90年代欧洲也发明了浸金属碳滑板材料，其电阻率低、强度高、磨耗率小，得到广泛应用。国内方面，1961年第一条电气化铁路选用铜质导线，滑板材料为软钢滑板。在1967年改用碳滑板材料，但由于碳滑板材料的机械强度较低，冲击韧性差，很快被淘汰。20世纪80年代初，铜基粉末冶金滑板材料在国内得到广泛运用，20世纪90年代开始采用组织致密的浸金属碳滑板材料，近几年，我国高速电气化铁路使用的滑板材料基本上都是浸金属碳滑板材料。1.3国内外受电弓材料研究现状首先是Ti3SiC2材料。它是一种结构、导电和自润滑多功能混一的新型材料。其强度、电阻率和自润滑性能指标皆优于碳基材料和其他受电弓滑板材料，其耐高温性、抗氧化性及可加工性是现用受电弓滑板材料无法相比的。另一种潜在应用材料是碳-金属纤维滑板。它是以金属纤维、金属粉末、金属丝网或它们的混合物增强碳基体，采用适当的混料方式均匀的分布在基体中，然后进行冷压或热压，再经过高温烧结得到的复合材料。再一种应用材料就是C/C符合材料。C/C复合材料是碳纤维强化的碳复合材料，它将碳纤维重叠起来，经过压缩成型和烧结而制备的碳系复合材料。C/C复合材料与现用的碳系滑板相比，电阻率稍高一些，但其密度小，而且质量轻，弯曲强度和耐冲击强度均是现用碳系滑板的2倍，从而展现了良好的应用前景。1.4本毕业设计的主要工作在分析论证的基础上，着重对高速动车组受电弓滑板进行分析，分析其滑板材料的导电性以及耐磨性等方面。分析以DSA250型高速受电弓为例，主要完成以下内容，分析DSA250型受电弓的组成结构，提出新型材料石墨烯，并对材料进行说明阐述，对目前DSA250型受电弓进行分析，对其优缺点加以说明，提出优化改良后的新型受电弓滑板材料。3第2章基础理论2.1DSA250型受电弓原理目前采用的DSA