CuAgNi刷絲載流磨損試驗(yàn)研究

摘? 要：以CuAgNi材料的刷絲和黃銅表面鍍Ag材料的滑環(huán)組成導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副，應(yīng)用于風(fēng)電變槳系統(tǒng)中傳遞電流和信號(hào)。以風(fēng)電裝置的實(shí)際工作條件為試驗(yàn)基礎(chǔ)，進(jìn)行載流摩擦磨損試驗(yàn)，分析此摩擦副載流磨損的成因以及磨損機(jī)制，同時(shí)對(duì)滑動(dòng)摩擦條件下此摩擦副主要的磨損形式進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：CuAgNi;風(fēng)電;載流磨損;滑動(dòng)摩擦

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： A conductive sliding ring friction pair is composed of a CuAgNi brush wire and a sliding ring coated with Ag on a brass surface， which is used to transmit current and signal in a wind turbine rotor system. Based on the actual working conditions of wind power unit test， load flow friction and wear experiment was carried out， to analyze the cause of the friction pair of current-carrying wear and wear mechanism，and to study the main friction forms in the condition of sliding friction.

Keywords： CuAgNi;Wind power;On-stream wear sliding; Friction

1 載流磨損試驗(yàn)

運(yùn)用加速磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)CuAgNi電刷絲與黃銅表面鍍Ag滑環(huán)進(jìn)行磨損試驗(yàn)，由于正常情況下導(dǎo)電滑環(huán)的壽命可達(dá)到10年以上，為縮短試驗(yàn)時(shí)間，采用加速磨損的試驗(yàn)方法，在轉(zhuǎn)速200rpm，接觸載荷0.5N，電流0.2A進(jìn)行載流摩擦磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)后得到CuAgNi電刷絲的表面形貌如圖1所示。

圖1 CuAgNi電刷絲載流磨損后形貌

從圖1中可以看出，CuAgNi電刷絲表面材料出現(xiàn)脫落，而且還有犁溝、麻點(diǎn)和凹坑，并且出現(xiàn)了銀色物質(zhì)熔融之后積成的瘤。電刷絲的磨損形式主要是疲勞磨損、黏附磨損、磨粒磨損以及電弧侵蝕。

2 載流磨損機(jī)理分析

CuAgNi和黃銅表面鍍Ag兩種固體材料相接觸，接觸表面并不是完全光滑的，而是無(wú)數(shù)個(gè)離散的微凸體接觸。導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副工作過(guò)程中有電流通過(guò)，當(dāng)電流通過(guò)接觸表面的微凸體時(shí)，微凸體之間的微小間隙會(huì)產(chǎn)生靜電場(chǎng)，由于靜電場(chǎng)發(fā)射電子的作用，微凸體間隙之間的氣體將會(huì)被電離，從而形成微電弧。微小電弧會(huì)導(dǎo)致接觸材料在接觸點(diǎn)發(fā)生電弧侵蝕，而侵蝕程度的嚴(yán)重與否受到接觸材料微凸體接觸點(diǎn)多少的影響，接觸點(diǎn)越少，產(chǎn)生的微電弧就越多，電弧侵蝕程度就越嚴(yán)重。

在導(dǎo)電滑環(huán)工作的過(guò)程中，電刷絲和滑環(huán)之間需要傳遞電流，導(dǎo)致電接觸材料的磨損形式要比不傳遞電流的摩擦副的磨損形式更加復(fù)雜，不僅有機(jī)械磨損，還有電氣磨損。如圖2所示，電刷絲和滑環(huán)接觸面微凸體上同時(shí)存在摩擦力和電流，工作過(guò)程中接觸表面的溫度不斷升高，接觸材料溫升將引起其表面的熱氧化，從而導(dǎo)致材料的物理性質(zhì)發(fā)生改變，材料遭到破壞。周而復(fù)始的破壞以及熱氧化作用便形成了載流摩擦副的磨損。

S.Kubo用表達(dá)式：

WS=a·Eb? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

表示了電弧能量與電弧侵蝕量之間的關(guān)系。其中，WS表示材料的電弧侵蝕量;E表示材料的電弧能量，與電弧電壓U、電流I、電弧燃熾時(shí)間t有關(guān);a、b是接觸材料相關(guān)的系數(shù)。根據(jù)以上公式可以得出結(jié)論，CuAgNi電刷絲的電弧侵蝕程度不僅與工作時(shí)電流的大小有關(guān)，還與接觸材料本身的各項(xiàng)物理系數(shù)有關(guān)。CuAgNi電刷絲和黃銅表面鍍Ag滑環(huán)摩擦副接觸材料表面在電流的作用下產(chǎn)生熱量。

在加速磨損試驗(yàn)中，CuAgNi電刷絲和黃銅表面鍍Ag滑環(huán)摩擦副接觸材料在滑動(dòng)摩擦作用下，循環(huán)應(yīng)力使得接觸材料達(dá)到疲勞極限，電刷絲表面材料被剝離，出現(xiàn)大量的凹坑，形成疲勞磨損。同時(shí)電流通過(guò)微凸體，且在微凸體間形成電弧，電弧的放電和高溫引起電刷絲和滑環(huán)之間的接觸材料的轉(zhuǎn)移和熔融，導(dǎo)致電氣磨損，電氣磨損的形式主要是電弧侵蝕，受到電弧侵蝕的材料表面化學(xué)腐蝕現(xiàn)象明顯，存在大的剝落坑和磨粒等。電流引起的焦耳效應(yīng)使電刷絲材料發(fā)生相變，導(dǎo)致材料表面軟化，材料流動(dòng)性和延展性的增強(qiáng)，引起黏附磨損，同時(shí)脫落的材料在接觸材料表面形成第三體磨粒磨損，導(dǎo)致電刷絲材料表面出現(xiàn)犁溝，磨粒磨損也使CuAgNi電刷絲表面出現(xiàn)更多的凹坑和麻點(diǎn)，加速疲勞磨損。

結(jié)論

綜上所述，CuAgNi材料的電刷絲和黃銅表面鍍Ag材料的滑環(huán)組成的導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副載流磨損的過(guò)程中既有機(jī)械磨損又伴隨著電氣磨損，磨損形式復(fù)雜多樣，電氣磨損的形式主要是電弧侵蝕，電弧侵蝕加劇機(jī)械磨損。CuAgNi電刷絲的載流磨損形式以黏附磨損、疲勞磨損、磨粒磨損以及電弧侵蝕為主。

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