- 頭條遼寧工程技術大學郭鳳儀等：弓網滑動電接觸摩擦力特性與建模研究2019-05-08 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語本文利用銷盤式高速載流摩擦磨損實驗機，進行了浸金屬碳磨銷與銅盤的載流摩擦磨損實驗。獲得與壓力載荷、滑動速度、電流密度相關的摩擦力的特性規律，并利用鏡相顯微鏡結合不同實驗條件下浸金屬碳磨銷的表面形貌進行了理論分析。在此基礎上建立了摩擦力回歸模型。
1導語
電氣化鐵路受電弓與接觸網（弓網）系統的載流摩擦性能是影響列車受流和受電弓滑板磨損的關鍵因素。論文研究了摩擦力與弓網間壓力載荷、滑動速度、電流密度的特性規律；在此基礎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導線組成一對特殊摩擦系統，即摩擦接觸系統和電接觸系統，兩者之間彼此影響，共同作用，具有復雜性和交叉性。受電弓與接觸網（弓網）系統的載流摩擦磨損性能直接影響電力機車的動力供應和弓網系統的維護成本。而載流摩擦磨損是滑動電接觸的主要特征，其中摩擦力是造成接觸磨損的主要因素，因此針對弓網系統摩擦力的研究具有現實意義。
3論文所解決的問題及意義
本文利用銷盤式高速載流摩擦磨損實驗機，進行了浸金屬碳磨銷與銅盤的載流摩擦磨損實驗。獲得與壓力載荷、滑動速度、電流密度相關的摩擦力的特性規律，并利用鏡相顯微鏡結合不同實驗條件下浸金屬碳磨銷的表面形貌進行了理論分析。在此基礎上建立了摩擦力回歸模型。
4論文方法及創新點
1）利用實驗機獲得的實驗數據，得到摩擦力特性規律。
圖1 高速載流摩擦磨損實驗機
圖2 不同電流密度下摩擦力隨壓力載荷變化曲線
(a) 25 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2
(b) 45 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2
圖3 不同壓力載荷下銷試樣的表面形貌
(a) 35 N, 120 km/h, 50.1 A/cm2
(b) 35 N, 120 km/h, 83.5 A/cm2
圖4 實驗中不同電流密度下銷試樣的表面溫度
2）基于實驗數據，在理論分析的基礎上，采用支持向量機的方法建立摩擦力回歸模型，采用遺傳算法進行參數優化。
圖5 MSE指標進化曲線
表1 參數值
SVR模型
C
ε
γ
MSE
摩擦力
95.9462
0.0100453
0.237179
2.70231×10-3
5
1）載流摩擦過程中，摩擦力會先經歷一個跑合期，這個期間摩擦力先從較小的初始值快速增 加再逐漸趨于穩定，然后再進入一個相對穩定期。跑合期時間的長短與多個因素有關，不同條件下跑合時長不同。而穩定期的摩擦力圍繞一個基本不變的中值上下波動，其波動呈顯著的正態分布。
2）弓網滑動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）在弓網滑動電接觸中，電流具有一定的潤滑作用。在壓力載荷與滑動速度不變的情況下，電流密度增加導致接觸表面的溫度升高是造成摩擦力減小的主要原因。
4）應用支持向量機建立了弓網滑動電接觸下以壓力載荷、電流密度和滑動速度作為自變量，以摩擦力作為因變量的 SVR 回歸模型。采用遺傳算法進行參數優化，通過實驗數據驗證了模型具有良好的預測精度和泛化能力，為今后弓網系統摩擦力的進一步研究提供了參考。
本文引用
郭鳳儀, 陳明陽, 陳忠華,時光, 回立川. 弓網滑動電接觸摩擦力特性與建模研究[J]. 電工技術學報, 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 隊 及 作 者 簡 介
遼寧工程技術大學
電器基礎理論及其應用研究團隊先后承擔6項國家級（包括5項國家自然科學基金1項霍英東教育基金會青年教師基金）和15項省部級科研項目及校企合作橫向課題30余項。在國內外重要學術期刊發表論文200余篇，其中被SCI、EI收錄50余篇；榮獲國家、省（部）科技獎勵6項，獲得國家發明等專利18項。公開出版《電接觸理論及其應用技術》、《電器學》、《礦山智能電器》等著作與教材。
郭鳳儀
郭鳳儀，博士生導師，遼寧省首批特聘教授。現任遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院院長。兼任中國電工技術學會理事、中國電工技術學會電器智能化系統及應用專業委員會委員、中國電工技術學會電接觸與電弧專業委員會委員、中國煤炭工業技術委員會電氣專家委員會副主任委員、遼寧省普通高等學校電氣類專業教學指導委員會副主任委員、中國煤炭學會煤礦自動化專業委員會委員，遼寧省電工技術學會常務理事、美國IEEE 會員、日本IEICE 會員等。《工礦自動化》、《遼寧工程技術大學學報》編委會委員。首屆國家煤礦安全技術會診專家。
先后負責完成國家自然科學基金、霍英東教育基金會青年教師基金等省部級以上縱向課題20 余項，完成橫向科研項目30 余項。獲國家及省部級科技獎勵6 項。出版學術著作3 部，在國內外重要期刊發表學術論文200 余篇，其中SCI、EI收錄60 余篇，帶領團隊多次應邀參加IEEE Holm、ICEC、GD 等重要國際會議并做學術報告。申請或授權國家專利18 項。
主要研究方向為電器基礎理論及其應用、電器智能化技術及應用、礦山機電工程技術。
