【摘 要】
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铁路系统在人们的日常出行中承担着越来越重要的角色。铁路继电器是铁路系统中重要的组成部件,其长期工作的安全可靠性直接影响铁路的稳定运输,因此对于铁路继电器接触性能的研究显得十分必要。触点表面形貌变化和污染直接影响着触点的接触性能。本文将恒定温度应力加速寿命试验后的铁路继电器作为研究对象,重点从触点表面微观形貌和表面污染物成分两方面入手,分析影响触点接触性能的机理。文章首先对试验方案和试验条件进行简要
【基金项目】
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河北省自然科学基金项目(E2016202206);
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铁路系统在人们的日常出行中承担着越来越重要的角色。铁路继电器是铁路系统中重要的组成部件,其长期工作的安全可靠性直接影响铁路的稳定运输,因此对于铁路继电器接触性能的研究显得十分必要。触点表面形貌变化和污染直接影响着触点的接触性能。本文将恒定温度应力加速寿命试验后的铁路继电器作为研究对象,重点从触点表面微观形貌和表面污染物成分两方面入手,分析影响触点接触性能的机理。文章首先对试验方案和试验条件进行简要阐述,简述继电器的内部结构和工作原理。其次,计算试验后动静触点表面的三维粗糙度参数,采用灰色关联度分析方法分析接触电阻和粗糙度参数Sz、Sa、Sq、Sp、Sv之间的相关性,表明继电器的接触电阻与各粗糙度参数均具有较强的关联性,动、静触点表面的粗糙度共同影响接触电阻;与静触点相比,动触点表面形貌与接触电阻的相关性更强,对继电器接触电阻的影响更大。然后,应用图像处理提取触点烧蚀区域,并计算烧蚀区域的周长和大小。为了提高检测的精准率,对触点表面的形貌图进行多种前期处理。采用灰色关联度的分析方法对烧蚀区域大小与接触电阻的关系进行分析。结果表明与静触点性比,动触点表面烧蚀区域的大小与接触电阻的关联性更强。结合粗糙度与接触电阻相关性分析结果可知,动触点表面的形貌变化对继电器接触性能的影响更大。最后,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析手段对试验后的触点表面进行元素组分和价态的分析,推断触点表面生成的化合物和表面污染物的来源。试验后动、静触点之间发生明显的由静触点到动触点的材料转移现象。经过对触点表面的元素分析,发现试验后的触点表面生成污染膜。试验后的触点接触部位引入Si污染;在电弧放电的作用下,触点表面以及环境中的有机物燃烧生成含C物质沉着于触点表面;试验后的触点表面存在Ag单质、氧化银(Ag2O)和碳酸银(Ag2CO3),并且两两之间存在物质转换;表面银材料发生氧化反应,O元素多位于接触部位;同时触点表面材料还与空气中的腐蚀性气氛发生化学反应,生成Ag Cl等导电性差的化合物,使得触点表面膜电阻增大,接触性能变差。本文通过对试验后的动、静触点表面的微观形貌特征和污染物成分进行分析,从影响继电器接触性能机理的角度进行了探讨,得到了表面形貌和污染均对继电器接触性能产生影响,对于继电器触头材料的改进、触头的生产加工工艺以及继电器接触性能退化的研究具有一定的理论指导意义。
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