авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Совершенствование методов и средств неразрушающего контроля элементов контактной сети и токоприемников электроподвижного состава электрифицированных железных

-- [ Страница 3 ] --

Последующие теоретические и экспериментальные исследова-ния позволили определить наиболее информативные часто-ты ультразвуковых колебаний, равные 5 и 10 мГц.

Таким образом, измерения коэффициента ослабления у.з. колебаний позволяют (при использовании частот 5 и 10 мГц) достаточно надежно оценивать как «тепловую» предысторию, так и прочностной ресурс провода. Предпочтительней является частота 10 мГц.

Для выяснения механизма разупрочнения контактного провода проводились металлографические исследования. Микроструктуру провода изучали на поперечных и продольных шлифах (рис. 5).

В качестве микрообъекта, отвечающего за изменение прочности провода, для анализа было выбрано действительное зерно. Подготовку образцов и подсчет размеров зерен проводился по ГОСТ 21073.0-75 – ГОСТ 21073.4-75. Предлагаемый государственными стандартами средний размер зерна в нашем случае мало информа-тивен. Поэтому подсчет количества зерен производился с разбивкой по размерным группам. Было принято 7 размерных групп, мкм. Подсчет количества зерен в группах в поперечных и продольных сечениях проводили по фотографиям микроструктур (рис. 5, 6).

В связи с неоднородностью микроструктуры провода по сечению выделялись зоны: 1– в середине, 2– на краю в области контакта, 3– на краю в области галтели, вне зоны контакта.

а б

Рис. 5. Микроструктура образцов провода:

а – поперечное сечение; б – продольное сечение

Одновременно определялись обобщенные и усредненные значения твердости зерен различных размеров из разных зон исследуемых образцов. Причем значения твердости зерен в поперечном сечении уменьшаются линейно в зависимости от степени нагрева провода. Минимальная твердость зерен обнаружена в образце провода, нагретого до температуры 250 0С. В продольном сечении отмеченной закономерности не наблюдается (рис. 7).

Проведенными исследованиями установлено, что при температурных нагрузках в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации происходит разупрочнение провода, сопровождающееся уменьшением твердости зерен.

В условиях эксплуатации контактный провод претерпевает как механический износ, так и циклическое действие нагрева, обусловленное прохождением по участку подвижного состава. Температурное циклирование совместно с постоянной растяги-вающей нагрузкой приводит к уменьшению прочности и к удлинению провода, т. е. уменьшению его сечения по всей длине.

 Распределение зерен в поперечном-20

Рис. 6. Распределение зерен в поперечном сечении: 1- исходный образец; 2 – образец 3 (нагрев до 140 0С); 3 – образец 8 (нагрев до 250 0С); 4 – образцы после эксплуатации

Процесс происходит тем интенсивнее, чем большее количество температурных циклов испытывает провод. При этом наблюдаются изменения структуры материала и уменьшение значений предела упругой деформации.

Нагрев провода до температуры 240 0С приводит к значительному его утонению по сравнению с проводами без нагрева или при нагреве до 100 0С. Однако обрыв провода только по причине уменьшения сечения маловероятен, эксплуата-ционные службы железной дороги не могут допустить настолько очевидное уменьшение поперечного сечения провода по всей длине, не заменив его новым.

 Микротвердость зерен: 1 – исходный-21

Рис. 7. Микротвердость зерен: 1 – исходный образец в состоянии поставки; 2 – образец 3 (нагрев до 140 0С); 3 – образец 8 (нагрев до 250 0С)

В практике отмечаются случаи появления локальной пластической деформации провода, которая может быть связана с наличием дефектов внешнего или вну-треннего строения провода. К внутренним дефектам можно от-нести крупные включения окислов меди и дефекты микроструктуры. Эти дефекты, являясь препятствиями для движения дислокаций при пластической деформации, способствуют образованию мест локального их скопления и в дальнейшем приводят к образованию микротрещин и пор. Кроме этого, крупные неметаллические включения, например CuO, внутри провода могут приводить к повышенному локальному нагреву и местному разупрочнению провода.

При изучении механизма разупрочнения провода, связанного с процессами в области контакта графитовой вставки токоприемника электроподвижного состава и кон-тактного провода, было отмечено следующее.

Графитовые вставки, бывшие в эксплуатации различное время, на своей поверхности наряду с признаками износа от трения, имели локальные лунки с краями непра-вильной формы и диаметром от 1 до 10 мм. Причиной появления этого вида износа являются возникающие при движении удары и нарушения контакта, сопровождающиеся искрением и дугообразованием.

В лабораторных условиях проведен эксперимент по воздействию дуги на поверхность графитовой вставки. При этом наблюдалось взрывообразное разрушение поверхности вставок с образованием лунок, подобных обнаруженным ранее на образцах, бывших в эксплуатации. Изношенная поверхность графитовой вставки вызывает увеличение плотности тока в местах контакта (контактных мостиках) и способствует перегреву провода. В зависимости от продолжительности и температуры теплового воздействия возможна различная степень его разупрочнения, хотя сила тока в проводе остается в пределах допустимого, и автоматические защитные устройства не отключат электропитание.

 Удлинения провода в зависимость от-22

Рис. 8. Удлинения провода в зависимость от силы растяжения при различной длительности дугового воздействия: 1 – без воздействия;

2 – продолжительность дугового воздействия 3 с; 3 – 6 с; 4 – 12 с; 5 – 15 с

Процессы, происходящие в области контакта между медным проводом и контактной графитовой вставкой, можно рассматривать по аналогии с электроэрозионным процессом. Искровой механизм разрушения провода может приводить к образованию относительно небольших дефектов. Больший по размеру дефект вызывает только дуга. При этом нагрев провода дугой может привести к снижению его прочностных свойств в локальном объеме. На рис. 8 приведены зависимости удлинения контактных проводов от нагрузки, поверхность которых подвергалась дуговому воздействию различной длительности.

Увеличение времени воздействия приводит к постепенному уменьшению предела прочности и предела текучести и одновременно к росту удлинения. Но чем меньше длительность дугового процесса и больше выделяемая мощность, тем локальнее будет место перегрева и выше температура нагрева. Последнее способствует переводу материала в жидкое состояние и часто сопровождается образованием эрозионной лунки. Последующая эксплуатация провода с поврежденной поверхностью в виде эрозионной лунки приведет к многократным дуговым процессам в этом месте и дальнейшему локальному разупрочнению за счет эффекта накопления термических и структурных изменений.

При проведении акустических измерений (на частотах 5 мГц и 10 мГц) было отмечено, что амплитуда переотраженных у.з. импульсов от образца к образцу меняется не по экспоненциальному закону, т. е. происходят не монотонные изменения амплитуды переотраженных импульсов. Однако сглаженная монотонно убывающая огибающая для однотипных образцов остается неизменной.

Полученные результаты позволяют разработать методы и средства идентификации мест на контактном проводе, в которых структура материала соответствует переплавленному. В качестве информативного параметра следует выбрать удельное ослабление или коэффициент ослабления у.з. колебаний.

На этом принципе была построена аппаратура по оценке остаточного ресурса контактного провода и передана в электротехнические лаборатории Дальневосточной, Забайкальской и Красноярской железных дорог.

Третий раздел посвящен исследованию теплового износа контактных проводов, изготовленных на основе меди, в результате воздействия подвижной электрической дугой. Применение методов математического моделирования позволило получить оценки характерных параметров процесса термической усталости, определить количественные критерии образования различных дефектных структур в контактной зоне провода.

Модельное решение задачи находится с помощью метода «источников». Было принято, что характерный размер тела значительно больше характерного размера основания источника, областью нагрева в безразмерных координатах является полубесконечная область. Первоначально решение задачи представляется в виде суммы тепловых воздействий от подвижного точечного источника с координатами (, 0, 0):

(, ), (4)

где – начальное установившееся распределение температуры; = – расстояние рассматриваемой точки «()» до основания подвижной дуги;

– время действия точечного источника; – характерные значения параметров материала.

Тепловое влияние от подвижного источника меньше, чем от неподвижного, расположенного над точкой наблюдения с тем же распределением теплового потока для электрической дуги

, (5)

где r – расстояние до неподвижного источника, см; – координаты точки перемещения дуги, =, мм, (рис. 9).

Распределение температуры со временем t в рассматриваемой точке определяется в основном поступлением тепла от подвижной дуги из некоторой окрестности этой точки

. (6)

 Модель отрезка контактного провода,-42Рис. 9. Модель отрезка контактного провода, подверженного влиянию дуги

При и r=0 значение температуры равно бесконечности, что существенно отличается от действительной. В этом заключается особенность и недостаток решения уравнения теплопроводности по методу источников. С течением времени происходит выравнивание температуры.

Температура в окрестности данной точки падает и одновременно вне ее повышается вследствие отдачи тепла из области значительного нагрева во внешнюю область. Для оценки значений пределов Х, Y находится производная по времени

, (7)

где

. (8)

Определяются корни уравнения :

. (9)

Подинтегральное выражение отрицательно во временном интервале в области 

Следовательно, . Кроме того, подтвердили оценку характерного размера области нагрева контактного провода подвижной дугой (при =0,01 с), см

. (10)

Поглощаемая на контакте тепловая мощность дуги определяется соотношением (в исходных значениях переменных)

, (11)

где – площадь основания дуги; , , , – падение напряжения, мгновенное значение тока, частота и время от предшествующего перехода тока через нуль до момента размыкания контактов (=0).

Нагрев контактного провода от воздействия электрической дуги происходит в масштабах быстрого времени ( ~ ).

Некоторые результаты расчетов представлены на рис.10.

а б
 Нагрев точки контакта подвижной-63  Нагрев точки контакта подвижной-64
Рис. 10. Нагрев точки контакта подвижной дугой медного (а) и бронзового (б) контактных проводов в зависимости от тока дуги, при температуре окружающей среды Т=0 0С, при r=0,2 см и времени воздействия дуги: 1 – t=0,001 c; 2 – t=0,01 c; 3 – t=0,1 c; 4 – t=1 c


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.