弓网系统滑动电接触瞬态温度场仿真研究.PDFVIP

第３６卷 第３期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．３ ２０１７年３月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｒ． ２０１７ 弓网系统滑动电接触瞬态温度场仿真研究 郭凤仪，刘　 帅，王智勇 （辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛１２５１０５） 摘要： 弓网系统瞬态温升会影响摩擦副的材料特性，进而加速系统磨耗。 为减小弓网系统温度场 引起的磨损，对其瞬态特性进行了研究。 利用ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件建立了仿真模型，利用试 验机，采用非接触式测温方法，验证了模型的有效性。 对温度场瞬态过程进行仿真研究，结果表明， 运行过程中，最高温度区由接触面逐渐转移至碳板内部，温度由接触区向四周呈递减趋势；在碳板 接触区后端出现“高温拖尾”现象，拖尾长度随时间逐渐增大。 上述研究结论对进一步研究滑板温 度特性具有借鉴意义。 关键词： 弓网系统；滑动电接触；瞬态温度场；高温拖尾现象 中图分类号：ＴＭ５０１　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 文章编号：１００３⁃３０７６（２０１７）０３⁃００２９⁃０６ 由于列车实际运行过程中，弓网电流、速度与接 １　 引言 触压力等工况条件是实时变化的，温度场常常处于 受电弓与接触网组成的弓网系统是列车受流的 瞬态变化过程中，因此研究瞬态温度场更能体现实 重要环节，温升特性是影响其摩擦磨损的直接因 际情况。 系统瞬态温升会影响摩擦副材料特性，进 ［１］ 而影响系统磨耗。 为减小磨损，本文分析运行过程 素 。 弓网载流系统是多物理场耦合系统，系统温 升是焦耳热、摩擦热与电弧热综合作用的结果，须对 中温度场的分布规律，利用有限元软件 ＣＯＭＳＯＬ 多种热源进行耦合分析。 Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ建立了弓网滑动电接触仿真模型，并通 近年来，针对弓网系统温度场问题，国内外研究 过实验进行验证。 最后，对接触面瞬态温度场分布 人员进行了一些实验与仿真研究。 Ａｄｒｉａｎ Ｐｌｅｓｃａ［２］ 情况进行仿真分析。 等进行了不同工况条件下滑动电接触稳态热分析； ２　 仿真建模 ［３］ Ｃｏｓｔｉｃａ Ｎｉｔｕｃａ 等对弓网系统接触点稳态温升进行 ［４］ ２１　 热源分析与基本假设 了热分析；Ｋ． Ｇ． Ｒｏｗｅ 等利用试验机研究得到了 ［５］ 摩擦副表面的热由多种热源耦合产生，又以热 温升与摩擦的关系。 火文辉 等利用 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件，对电流、速度、接触压力造成的弓 密度的形式进入弓网系统，影响温度场。 总体温升 ［６］ ［１０］ 网接触面温度变化进行量化；张玉燕 等模拟了滑 是多种热源耦合 的结果，主要包括摩擦热、焦耳 ［７］ 热与电弧热。 摩擦热与速度、材料摩擦系数、法向接 动电接触表面温度变化过程；胡艳 等对碳滑板滑 动温升及其对磨损的影响进行了实验研究；王英［８］ 触压力等参数有关，摩擦热流密度Ｑ为：ｆ ［９］ Ｑ ＝μＦ ·ｖ （１）