第61卷第8期機(jī)械工程學(xué)報Vol.61No.82025年4月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2025摘要：受電弓滑板與接觸網(wǎng)線滑動接觸是列車在運(yùn)成本和安全。對近年來國內(nèi)外圍繞受電弓滑板摩擦理；分析相對滑動速度、接觸壓力、載流條件、弓演化歷程，重點(diǎn)介紹目前廣泛應(yīng)用的各類銅基增強(qiáng)需要國內(nèi)外學(xué)者開展進(jìn)一步研究，如受電弓滑板磨(StateKeyLaboratoryofTractionPoAbstract：Slidingcontactbetweenpantographslideplateandcontactwireistheprimarymoperation.Itscurrentreceivingqualityandreliabilityaredirectlyrelachievementsonthefrictionanmainwearmechanismofpantographslidesisexpounded.Thpressure,current-carryingcondition,pantograph-catenarystructureparametersaevolutionaryhistoryofpantographslidematerialislisted,andvariouscoandtheirfrictionandwearpropertiesareintroheavyloadofrailtransit,thewearofpantographslideplatehasbecomeanimportantconteproblemsthatneedfurtherresearchbyplatewear,wearbehaviorofpantographslideplateunderextremeenvironmentalconditions,activecontroltechapplicationofwearresistantmaterials.*四川省國際科技創(chuàng)新合作(2022YFH0075)和牽引動力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室管理標(biāo)準(zhǔn)的提高，對列車牽引、供電系統(tǒng)的可靠性和安全性提出了更高要求[1]。弓網(wǎng)系統(tǒng)是電氣化鐵路的重要組成部分之一，列車通過位于受電弓頂端的滑板與接觸網(wǎng)的滑動接觸來獲取電能。良好的弓網(wǎng)關(guān)系需要滑板能夠與接觸網(wǎng)線保持長時間的穩(wěn)定接觸，由于一直暴露在自然環(huán)境下，工作環(huán)境多變且惡劣，需要滑板兼具導(dǎo)電、耐磨等特性，在保障主要采取預(yù)防性維修對其服役狀態(tài)進(jìn)行保障，通過目視測量方法檢查滑板表面剩余高度和表面狀態(tài)，來，受電弓滑板異常磨耗的情況時有發(fā)生，主要表現(xiàn)為磨耗率超限、表面形貌異常和偏磨等，主要原因包括材料匹配異常[9]、接觸壓力不足[10]、弓網(wǎng)關(guān)的異常磨耗會對車輛檢修維護(hù)造成一定影響，需要頻繁更換滑板以維持列車安全運(yùn)行，這將大幅增加維護(hù)成本，降低檢修效率。如果滑板在運(yùn)行過程中磨耗到限，甚至還會觸發(fā)自動降弓，影響列車正點(diǎn)針對上述影響受電弓滑板磨耗的相關(guān)因素，國內(nèi)外學(xué)者從滑板磨損機(jī)理、列車運(yùn)行相關(guān)參數(shù)役環(huán)境、弓網(wǎng)接觸副材料等方面對受電弓滑板摩擦磨損性能進(jìn)行了相關(guān)研究。本文將從以上幾個方面討論服役過程中各項(xiàng)條件對其磨耗的影響，綜述幾種典型滑板材料特性及未來發(fā)展趨勢，為進(jìn)一步探究滑板減磨抗磨機(jī)制和方法，解決實(shí)際工程中出現(xiàn)即機(jī)械磨損、電氣磨損及機(jī)械電氣耦合磨損，滑板機(jī)械磨損主要包括磨粒磨損、黏著磨損、摩擦氧化、表面疲勞四種形式，它們或是交替發(fā)生是同時進(jìn)行，對表面磨損共同作用。其中，能使表面直接產(chǎn)生材料脫落的為磨粒磨損和表面疲勞損傷，而黏著磨損和氧化磨損則是通過材料轉(zhuǎn)移或是黏著磨損是始終存在的。分布在摩擦副表面的粗糙峰發(fā)生相對接觸，這些接觸區(qū)域?qū)惺茌^大的局部應(yīng)力，誘發(fā)黏著磨損中以塑性變形為起因的第一類膠合；而摩擦、電流和電弧帶來的熱量將導(dǎo)致接觸副表面出現(xiàn)溫升，進(jìn)而引起表面材料軟化、接觸點(diǎn)抗剪切能力減弱，誘發(fā)第二類膠合。由于膠合的出現(xiàn)，表面材料或是遷移至另一個表面，或是發(fā)生提出了黏著磨損的物理模型，認(rèn)為在滑動過程中摩擦副表面由于黏著效應(yīng)發(fā)生材料轉(zhuǎn)移，隨著滑動距離的增加，黏附物質(zhì)不斷積累并生長，直到表面黏附的物質(zhì)達(dá)到臨界尺寸，因粘結(jié)強(qiáng)度無法支撐其繼續(xù)吸附而導(dǎo)致脫落，轉(zhuǎn)變?yōu)槟バ疾⑴懦?，其過程如的載流摩擦磨損性能，發(fā)現(xiàn)含有相同金屬元素的浸銅碳滑板和純銅合金導(dǎo)線的磨耗率最大，黏著磨損最為嚴(yán)重，這是因?yàn)橄嗤饘僭刂g的黏著效應(yīng)較強(qiáng)，黏著磨損更易發(fā)生在相容性更好的同類金屬材料表面硬突起物或粗糙峰在摩擦過程中引起表面材料脫落而形成的固體顆粒。碳系滑板由于與金屬2025年4月磨粒磨損一般可分為二元磨損和三元磨損，其中二元磨損是指材料摩擦副表面的凸體或是嵌入表面的元磨損指的是脫離材料的磨粒或外來的硬質(zhì)顆粒，在摩擦副的相對運(yùn)動過程中對其表面帶來的切削磨察到磨耗后的試樣表面都出現(xiàn)了大量磨粒，且表層氧化磨損主要是由于弓網(wǎng)接觸副直接暴露在空氣環(huán)境中，滑板表面容易與氧或水汽發(fā)生作用并形成氧化膜，特別是在載流摩擦過程中受到電流及溫升帶來的影響，氧化膜的形成速率比純機(jī)械磨損更為迅速，能在一定程度上降低黏著磨損作用，提高表面疲勞又稱為接觸疲勞，一般發(fā)生在磨損的中后期。由于弓網(wǎng)滑動接觸產(chǎn)生的振動，滑板表面承受周期性變化的接觸應(yīng)力，在交變接觸應(yīng)力的反載流工況下，弓網(wǎng)之間的電弧放電現(xiàn)象是普遍存在條件主要有以下兩種：一是當(dāng)滑板與接觸網(wǎng)之間的接觸面積較小、接觸電阻較高或是載流量較大時，使得表面接觸區(qū)域的溫度急劇升高從而形成電火花，或是二者表面凸部脫離接觸的瞬間也會產(chǎn)生電火花能量較??；二是在列車運(yùn)行過程中弓網(wǎng)發(fā)生分離，即接觸網(wǎng)與滑板之間產(chǎn)生間隙，在接觸區(qū)域分離前的瞬間產(chǎn)生大量電火花，匯集成電弧。DING就會發(fā)生電弧放電。電弧放電對表面的損傷主要是通過電弧產(chǎn)生的瞬時高溫與摩擦熱、焦耳熱共同作用，使得接觸副表面異常溫升，極大的熱量將滑板材料表面與弧根的接觸部分瞬間熔化或汽化，導(dǎo)致E=ΣU.I.Δt式中，E為單次離線的電弧能量(J)；U為電W=a.Eb滑板表面的電氣磨損與電壓、電流以及材料密切擦熱，新增了接觸電阻焦耳熱和電弧熱，表面溫度在一定的載流條件下，焦耳熱和電弧熱對滑板溫升起主導(dǎo)作用，摩擦熱對溫升的影響在載流條件下是有限的，由于新熱源的加入使得滑板表面大幅度溫升，將會嚴(yán)重影響弓網(wǎng)系統(tǒng)的服役狀態(tài)，使滑板表面出現(xiàn)氧化層和熔融層，表層材料發(fā)生軟化[37-40]。所示；隨著裂紋的大量萌生，表層材料被逐漸分隔開并脫落，一部分停留在摩擦副表面形成磨粒，分布在電弧燒蝕孔洞內(nèi)部和摩擦副表面，此時表面三 劇和表層材料的大量缺失，形成了連片的電弧燒蝕合文獻(xiàn)[37-42]不難看出，電流的加入會加速表面材料疲勞剝落、電弧燒蝕坑形成，表面磨粒增多使得磨粒磨損加劇，同時滑板溫升還會促進(jìn)表層材料氧化和黏著磨損加劇?？梢婋娏髦饕ㄟ^溫升對滑板2服役條件對磨耗的影響壓力、載流條件被認(rèn)為是對滑板磨耗起到?jīng)Q定性作用的三個參數(shù)，除此以外，弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)、服役環(huán)境等也會影響到弓網(wǎng)接觸關(guān)系和滑板磨耗。近年來國內(nèi)受電弓滑板磨耗率、摩擦因數(shù)等摩擦磨損性能關(guān)鍵目前我國高速列車商業(yè)運(yùn)營速度達(dá)到了350km/h，弓網(wǎng)系統(tǒng)在如此高的相對速度下，勢必型滑板材料在不同速度下的摩擦磨損性能[45-47]以看出，雖然弓網(wǎng)接觸副在材料和運(yùn)行工況上存在差異，但是隨著速度的不斷提升，磨耗率大都呈現(xiàn)究時發(fā)現(xiàn)，在不同的載流條件下，接觸副的表面溫度都隨著相對滑動速度的增加而急劇升高，表面材度提升，滑板振動的頻率和幅值都有顯著增加，滑板表面的電弧率和電弧放電能量也隨之增加；電鏡照片，同樣發(fā)現(xiàn)了在更高相對滑動速度條件下磨耗滑板表面電弧燒蝕痕跡更為明顯，表面電弧放電頻率和電弧放電能量都有顯著提升，如圖4了較為明顯的拐點(diǎn)。在低速工況下，表面以機(jī)械磨損為主，隨著滑動速度帶來的熱量增加，表面開始出現(xiàn)潤滑膜，改善了表面的潤滑條件；當(dāng)相對速度帶來的巨大熱量與弓網(wǎng)沖擊的共同作用下，表面萌生出多處裂紋，接觸條件開始出現(xiàn)惡化，此時磨耗不同的變化趨勢，有文獻(xiàn)[50-51]表明，摩擦因數(shù)與滑動速度之間的關(guān)系較為復(fù)雜，通常與材料屬性相關(guān)，一方面表面溫升會促進(jìn)氧化膜的生成，改善表面形貌；另一方面又會使表面材料軟化，在高速沖擊下更容易出現(xiàn)磨損，因此摩擦因數(shù)與滑動速度之標(biāo)之一，弓網(wǎng)之間保持合適、穩(wěn)定的接觸力是保障的滑板材料載流摩擦磨損性能隨接觸壓力變化的趨勢，其中磨耗率均呈現(xiàn)出了“U”型曲線，即存在董炳杰等[53]研究了接觸壓力對純碳滑板的載流摩擦磨損性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著接觸壓力的不斷增大，表面電弧能量和溫升都有所減小。李俁辰現(xiàn)當(dāng)接觸壓力增加時，表面粗糙度平均值和峰值都證這一說法。大量研究[52-58]表明，在一定范圍內(nèi)增制表面離線概率，減少電弧燒蝕和表面溫升對表層當(dāng)法向接觸壓力超過一定閾值后，材料表面機(jī)械磨造成磨粒磨損和疲勞破壞加劇，表面磨耗情況開始惡化。因此接觸壓力的大小應(yīng)該根據(jù)不同的速度等并傳輸?shù)杰囕v的牽引系統(tǒng)，因此載流大小和載流質(zhì)流大小的滑板摩擦磨損性能對比?？梢钥闯鲭S著電流的增大，磨耗率、電弧放電能量和接觸副溫度等都出現(xiàn)了增大的趨勢，因此可以判定電流大小對滑板磨耗整體的影響是顯著的。DING等[61-63]發(fā)現(xiàn)電流的加入能夠促進(jìn)材料表面形成氧化層，顯著降低摩擦因數(shù)，改善摩擦條件。但隨著電流的增面溫升和電弧放電現(xiàn)象明顯增強(qiáng)，主要磨損機(jī)制由機(jī)械磨損轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娀g和氧化磨損，摩擦因數(shù)和磨耗率都呈現(xiàn)出上升趨勢。ZHOU等[64]的研究表明，在低載流工況下表面熱量主要來源于機(jī)械摩擦，而在大載流工況下，電弧熱成為溫升的主要因素。郭鳳儀等[65]和姜國強(qiáng)等[66]對銅基粉末冶金滑板和浸銅滑板的載流摩擦磨損性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩種材料的磨耗率和摩擦因數(shù)都與電流大小正相關(guān)，但是浸銅碳滑板的變化趨勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅基粉末冶金滑板，這是由于在強(qiáng)電流的作用下，浸銅碳滑板的抗電弧能力要強(qiáng)于粉末冶金滑板，可見電弧燒蝕是載流條件下影響摩擦磨損性能的主要原因。除了電流大小對滑板磨耗有影響外，MEI[68]還發(fā)現(xiàn)電壓對滑板磨耗也有顯著影響，磨耗率、接觸副溫度均會隨著電壓的升高而增大。這主要是由于隨著電壓的增大，電弧放電能量增加，使得表面電弧燒蝕加劇，接觸副溫度上升，同樣驗(yàn)證了電 接觸網(wǎng)是受電弓滑板的取流對象，其弛度、張力、剛度、坡度、拉出值等相關(guān)參數(shù)對受電弓滑板磨耗都會造成一定影響。接觸線張力與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的剛度有一定的關(guān)聯(lián)性，有研究[69-70]表明增大張力會使得接觸網(wǎng)系統(tǒng)剛度變小的同時更加趨于平穩(wěn)，進(jìn)而減小接觸壓力波動、降低離線率。除此以外，接觸網(wǎng)系統(tǒng)還設(shè)置了弛度用于補(bǔ)償滑板作用時剛度接觸網(wǎng)由于施工、維護(hù)等因素影響，無法始終處于在較大坡度下甚至還會出現(xiàn)接觸力瞬時為0的情況。拉出值是指接觸線定位點(diǎn)處偏移受電弓滑板中車輛運(yùn)行時由于軌道不平順產(chǎn)生的振動、重聯(lián)列車雙弓之間的相互作用以及氣流擾動都會一定程度上婉明等[76]比較了時速160km/h下線路存在波長遞振動的影響，接觸壓力出現(xiàn)了較大的波動，接觸滑板接觸力的影響，發(fā)現(xiàn)隨著受電弓弓頭質(zhì)量和等效剛度的增加，弓網(wǎng)接觸壓力的幅值出現(xiàn)了增加，而存在最佳的等效阻尼保障滑板與接觸線之間的接同的剛度的彈性支撐，模擬不同的接觸剛度下弓網(wǎng)摩擦磨損性能與接觸剛度之間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)浸金屬碳材料隨著彈簧剛度的增大，磨耗率出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，認(rèn)為合適的彈簧剛度有一定的力動速度外，在高速下的空氣動力也會對受電弓受流速度的增大，氣動抬升力會使得弓網(wǎng)之間的接觸力動抬升力的主要來源之一，其抬升力與列車運(yùn)行速度的平方成線性關(guān)系；受電弓的開閉口狀態(tài)對氣動的磨耗，因此在高速運(yùn)行工況下，應(yīng)該合理地控制波動也會對后弓的接觸狀態(tài)造成一些影響，ZHOU的抬升位移和接觸力波動會受到較大影響，當(dāng)雙弓間距過小時且恰巧處于跨距的整數(shù)倍加半跨位置時，后弓受流、接觸情況最為惡劣，因此合理地選此外，滑板的表面形貌也會隨著服役進(jìn)程發(fā)生進(jìn)行分析，建立了考慮滑板形面的弓網(wǎng)耦合動力學(xué)模型，首次研究了滑板磨耗形面對其服役性能的影響，發(fā)現(xiàn)滑板磨耗形面由最初的凸起狀態(tài)過渡到了下凹狀態(tài)，弓網(wǎng)接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)出了先小幅度面在磨耗過程中的改變，接觸力波動逐漸增大。研形狀對其接觸力波動影響顯著，保證滑板表面磨耗在我國，高速列車運(yùn)行距離長、跨域大，伴有高寒、雨雪、風(fēng)沙等極端工況，即使是城市軌道交通也存在著季節(jié)性的環(huán)境參數(shù)更迭。受電弓滑板直大量研究[87-91]發(fā)現(xiàn)摩擦磨損性能與空氣濕度存一定的環(huán)境濕度條件下，水汽會在摩擦副表面形成水膜，以減輕表面的黏著磨損和磨粒磨損，隨著相當(dāng)空氣濕度超過一定閾值之后，加大空氣濕度對其的影響效果逐漸減少，主要是由于電弧和接觸電阻本文作者圍繞國內(nèi)某地鐵受電弓滑板進(jìn)入秋冬季節(jié)時磨耗率激增、弓網(wǎng)接觸位置粗糙現(xiàn)象開展了部分研究，從表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等微觀角度與未出現(xiàn)磨耗率升高情況下的滑板進(jìn)行了對路隧道內(nèi)的濕度顯著下降，磨耗表面無法形成完整得接觸副出現(xiàn)形貌崎嶇、異常溫升、電弧燒蝕和磨列車需要在空氣壓力或空氣密度低的高海拔地區(qū)運(yùn) 氣壓下電弧弧根在滑板表面停留的時間更長，弧長變化更加緩慢，使得電弧對滑板的侵蝕作用更加在蘭新鐵路的部分區(qū)段大風(fēng)頻繁，對列車的運(yùn)行安全極易形成威脅，弓網(wǎng)系統(tǒng)也會受到一定影統(tǒng)的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)接觸力在橫風(fēng)工況下有所增加且波動明顯，致使滑板和接觸線的磨耗總的來說，上述影響因素主要通過表面溫升、電弧放電、振動沖擊3個方面來對滑板磨耗產(chǎn)生影響，三者之間相互影響，存在較強(qiáng)的耦合在載流磨損過程中滑板表面的熱源主要由三接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱和電弧燒蝕產(chǎn)生的電弧式中，Q1為摩擦效應(yīng)消耗的總功率；μ為滑板和接觸線的滑動摩擦因數(shù)；A為弓網(wǎng)接觸面積；F為弓網(wǎng)平均接觸壓力；v為受電弓滑動速度[97-98]。接觸電阻產(chǎn)生的表面單位面積焦耳熱功率q2的表產(chǎn)生的熱流，其在弓網(wǎng)接觸單元消耗消耗的表面熱現(xiàn)，滑板表面的熱源主要與接觸壓力、電壓、電流度和電弧能量隨不同因素的變化規(guī)律，可以看出表面溫升與電弧能量存在較大關(guān)聯(lián)，隨著速度和電流的增大，表面電弧放電能量和溫度都出現(xiàn)了上升，也說明了電弧放電能量在表面溫升中起到了關(guān)鍵作WANG等[99]研究了不同溫度下碳/銅接觸副的摩擦磨損性能，認(rèn)為高溫環(huán)境會使銅氧化和軟化，更容易出現(xiàn)塑性變形，在使接觸副之間剪切力減弱的同時，較大程度抑制了接觸點(diǎn)之間的振動，減少電弧放電現(xiàn)象的發(fā)生，但是溫度超過一定閾值后，這種效果會減弱。卜俊等[38]研究了溫度對碳/銅摩擦副摩擦磨損的影響，也發(fā)現(xiàn)接觸表面溫度升高首先會使得表層材料出現(xiàn)軟化，表面更加光滑，隨著溫度的繼續(xù)升高，摩擦因數(shù)急劇下降；與此同時，表層材料更容易發(fā)生脫落，磨粒磨損和黏著磨損量有所增加，表面出現(xiàn)大量的熔融物?？傮w而言，相對滑動速度、電流和接觸壓力等參數(shù)都會通過影響電弧燒蝕放電對表面溫度產(chǎn)生顯著影響，在一定范圍內(nèi)溫度的增加會導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)軟化，從而使得摩擦因數(shù)減小，當(dāng)超過一定閾值后，表面材料更易發(fā)生分層脫落，生成磨粒，造成磨粒磨損、黏著磨損加劇，磨耗由于各種因素導(dǎo)致接觸壓力出現(xiàn)波動，是誘發(fā)滑板產(chǎn)生振動沖擊、引起電弧燒蝕的主要原因。張燕燕[29]分別從頻率和幅值兩個方面評估振動對滑板磨耗帶來的影響，從圖11可以看出接觸力變化的頻率和幅值對燃弧率均產(chǎn)生了影響，特別是在高速工況下更為明顯，振動幅值的增大會導(dǎo)致弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸穩(wěn)定性降低，從而出現(xiàn)更高的燃弧率，誘發(fā)表面裂紋萌生和擴(kuò)展及材料的脫落。楊紅娟等[100]研究了振動對純碳、浸金屬滑板摩擦磨損性能的影響，發(fā)現(xiàn)振動加速度大小與電弧能量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，隨著振動逐漸增大，電弧侵蝕和表面溫升加劇，加速了材料氧化和黏此應(yīng)當(dāng)盡量抑制弓網(wǎng)之間大幅度、高頻率的振動沖擊，減少電弧燒蝕的出現(xiàn)，能夠在一定程度上改善3材料隨著軌道車輛運(yùn)行速度和牽引功率的不斷提升，受電弓滑板材料從最初的純金屬、純碳滑板等主要從減磨抗磨、導(dǎo)電性能和機(jī)械強(qiáng)度等方面進(jìn)行了提升[102]?；宀牧系陌l(fā)展歷程及特點(diǎn)如表1 差從受電弓滑板材料的發(fā)展歷程可以看出，其摩純碳滑板自潤滑性能和減磨性能好，對接觸網(wǎng)線的磨耗作用也低，但由于其機(jī)械強(qiáng)度小、集電容目前廣泛采用銅等具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的基體材料，與石墨等固體潤滑劑復(fù)合使得材料中的自潤滑相析出，并在摩擦副表面上形成一層穩(wěn)定的潤滑膜，實(shí)現(xiàn)潤滑能效的同時，保證列車受流的正常進(jìn)行[106-109]。由于石墨自潤滑銅基材料已經(jīng)在列車集電裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，所以本節(jié)主要分析了石墨自潤滑銅基材料的摩擦磨損性能，同時還對比了其他幾種銅基復(fù)合材料的摩擦王悔改等[110]將石墨自潤滑銅基粉末冶金材料與純銅基粉末冶金材料進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，石墨自潤滑銅基粉末冶金材料的摩擦因數(shù)和磨損量都明顯小于純銅粉末冶金材料，在摩擦過程中石墨能夠在摩擦副表面形成復(fù)合潤滑薄膜，使材料磨損形式由黏著磨損向磨粒磨損進(jìn)行轉(zhuǎn)變。ZHAO等[111]將銅/石墨烯復(fù)合材料與純銅材料進(jìn)行且復(fù)合材料的導(dǎo)電性能未受到較大的影響，在較高的接觸壓力和較低的速度下，表現(xiàn)出比純銅更好的入了片狀石墨層，也發(fā)現(xiàn)載流磨損性能得到了一定程度的增強(qiáng)。藕狀多孔金屬具備質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度材料的載流磨損性能進(jìn)行了研究，同樣發(fā)現(xiàn)石墨材料在摩擦表面生成了自潤滑薄膜，磨損形式以磨粒磨損和氧化磨損為主。有研究[114-115]表明，當(dāng)石墨的溫度上升至氧化溫度之后，會在摩擦副表面生成一層具有一定潤滑作用的氧化膜，對滑板表面起到擦下，材料中石墨含量對其載流磨損性能的影響，李雪飛[117]、呂樂華[118]等學(xué)者的研究也表明石墨含的摩擦因數(shù)，但磨損率會隨著石墨含量的增加先減少后增加，主要是由于當(dāng)石墨含量達(dá)到一定閾值之后，石墨就能夠提供潤滑作用，當(dāng)石墨含量繼續(xù)升削弱表面石墨潤滑膜的潤滑作用。綜合上述研究成果可以看出，石墨自潤滑相在銅基自潤滑材料減磨抗磨中起到了關(guān)鍵作用，同時隨著石墨含量的增加自潤滑材料表面的摩擦因數(shù)、磨損量等載流磨損關(guān)鍵參數(shù)也會得到較大程度的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)氖砍耸繒d流磨損性能產(chǎn)生影響之外，石墨粒度也是影響摩擦磨損性能的參數(shù)之一。提高基體材料的力學(xué)性能、促進(jìn)表面潤滑膜的形銅基體在載流磨損過程中也起到了較為關(guān)鍵的作用，有學(xué)者從銅基體本身對其載流磨損的影響進(jìn)碳滑塊進(jìn)行了載流磨損試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在銅含量較多的材料表面電弧燒蝕和黏著磨損現(xiàn)象更為明顯，此外研究還發(fā)現(xiàn)了銅含量會影響載流磨損材料的散熱性能，含銅量少的材料表面溫度會高于含銅量較多的材料。前述石墨潤滑組元含量的升高雖然能夠提高材料的載流摩擦磨損性能，但是潤滑組元加入的越多，會使得材料的強(qiáng)度出現(xiàn)大幅度下降，而根據(jù)功能梯度材料理論制造的梯度自潤滑摩擦材料，在摩擦表面分布有較高含量的潤滑組元，表現(xiàn)出良好的自潤滑摩擦性能；從表層沿著深度方向，潤滑組元呈梯度減少，在保證表層潤滑效果基本不變的條件下，使得材料整體具備更好的機(jī)械強(qiáng)度[122-123]。張磨損性能進(jìn)行了相關(guān)研究，梯度銅碳復(fù)合材料的載WC[135-138]、SiC[139-140]、碳纖維[141]等材料具備較好的機(jī)械、耐磨和導(dǎo)電性能，近年來許多學(xué)者將其作為增強(qiáng)相與銅基組成復(fù)合材料，探究其含量、粒度等對載流磨損材料物理性能和摩擦磨損性能的影響。表3對這些研究的主要觀點(diǎn)進(jìn)行了20wt.%MoS2-Cu—加入MoS2之后的材料在磨損過程中將會生成硫化物共晶體潤滑膜，使得材料的磨耗率、摩擦因數(shù)都顯0.60Al2O3p-Cu(containing0.60wt.%Al2O3)0.60Al2O3p-Cu在載流條件下抗磨性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于Cu-0.1wt.%Ag材料，由于氧化鋁顆括號中比例為2和50μm粒徑的相比，多粒徑材料具備更高的導(dǎo)電率和硬度，多粒徑材料中的小粒徑與物理性能的提升機(jī)理相似，大小粒徑在摩擦過程中，起到了不同的作用，大粒徑顆粒主要起到承載作用，小粒徑顆粒填補(bǔ)表面缺陷，通過大小粒徑的配合作用，多粒徑材料在載流摩擦中也表現(xiàn)出了更優(yōu)異的量的逐漸增加，材料內(nèi)部產(chǎn)生較多孔隙，材料的硬度提高緩慢；此外分?jǐn)?shù)的增加，材料的磨損率逐漸減小，WC顆粒具有較好的減磨抗磨性能。有研究[136]表SiC和Cu之間的相容性較差，孔隙硬度和密度略微上升，顆粒之間的碳纖維束分散在Cu基體中，起到了很好的支撐作(1)具備與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，在摩擦過程(2)具備較高硬度、熔點(diǎn)，同時還需要具有一定導(dǎo)電能力，在提升表面抗磨減磨能力的同時，保證接觸表面的導(dǎo)電能力。一般為具備導(dǎo)電能力的陶 (3)采用不同粒徑的顆粒對基體材料進(jìn)行強(qiáng)化，往往能獲得比單一粒徑材料更優(yōu)的物理和載流磨損性能，這主要是由于不同粒徑的材料在摩擦過程中能夠充分發(fā)揮協(xié)同作用，為材料表面提供良好(4)與銅基體材料之間有較強(qiáng)的結(jié)合能力，起(5)隨著所加入強(qiáng)化相或潤滑相含量的逐漸增加，載流磨損性能幾乎都出現(xiàn)了先加強(qiáng)后減弱的整4結(jié)論電弓滑板與接觸網(wǎng)線是一對典型的載流摩擦服役環(huán)境、弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)及材料等眾多因素影響，不同磨耗過程之間存在較大差異性。本文綜述了磨損機(jī)理、運(yùn)行工況、弓網(wǎng)相關(guān)參數(shù)、服役環(huán)境和受電弓滑板常用材料對摩擦磨損性能的影響，得出以下結(jié)論。(1)按機(jī)理劃分，滑板的磨損通常存在機(jī)械磨使得滑板出現(xiàn)磨耗，在不同的磨耗條件下，所占比(2)相對滑動速度、接觸壓力、載流條件、弓網(wǎng)相關(guān)參數(shù)和服役環(huán)境等都能影響滑板磨耗。相對滑動速度的提升，會使得弓網(wǎng)直接的接觸穩(wěn)定性降低，弓網(wǎng)振動加??；在一定范圍內(nèi)增大接觸壓力，會提升接觸穩(wěn)定性，改善弓網(wǎng)摩擦條件，但超過一定閾值后，由于機(jī)械磨損加劇，將導(dǎo)致摩擦磨損性能下降；電流大小和電壓大小都會顯著影響弓網(wǎng)接觸副表面的電弧放電能量和溫度；優(yōu)化弓網(wǎng)相關(guān)參數(shù)能夠保持弓網(wǎng)之間接觸力的穩(wěn)定性，進(jìn)而減小電弧率和磨耗率；服役環(huán)境的變化會改變滑板表面狀(3)由于列車運(yùn)行速度的提升，滑板對集電容量和運(yùn)行可靠性提出了更高要求，普遍更趨向于采用具備較高集電容量和耐磨性能的石墨自潤滑銅基材料。適當(dāng)提升材料中石墨含量能夠改善摩擦磨損性能，而銅含量增加則會改善材料的散熱和導(dǎo)電性(1)建立受電弓滑板磨耗綜合評估方法：滑板磨耗影響因素眾多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際線路參數(shù)、運(yùn)行速度等固有條件，優(yōu)化接觸壓力、材料成分配比等關(guān)鍵參數(shù)，與接觸網(wǎng)系統(tǒng)耦合考慮，建立較為完善的受電弓滑板磨耗綜合評估體系，結(jié)合線路特點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化弓網(wǎng)參數(shù)匹配，大幅降低列車全周轉(zhuǎn)周期內(nèi)(2)開展極端環(huán)境工況下受電弓滑板磨耗研究：模擬高寒、風(fēng)沙等惡劣運(yùn)營環(huán)境工況，評估低(3)主動控制技術(shù)及耐磨材料的應(yīng)用：接觸力主動控制技術(shù)運(yùn)用于緩和弓網(wǎng)沖擊帶來的動態(tài)接觸力大幅變化，將有助于減少弓網(wǎng)離線，抑制電弧發(fā)生；研制更耐高溫的滑板材料，能夠減少溫升帶來的材料表面軟化、承載能力下降等問題，進(jìn)而降低ofChinahigh-speedrailwaytractionpowermonitoringsystemofpantographsliderbasedonelectricalcontactofdynamicpantograph-catenarysystem[J].JournalofModernTra[4]BUCCAG，COLLINAAbetweencarbon-basedpantographstripandcoppefutureresearchchallenges[J].InternationalJournalofRail2025年4月maintenancestandarpantographofBeijing-Tianjininter-ciResearchonpreventivemaintenanceofEMUonabnormalwearofpantographcollectorstripoimprovementforabnormaZHOUChengyao，LIUChZHUWeipeng.Researchonwearrhumidityinfrictionandwearbeagainstcopperwithe[14]李娜，張弘，于正平.受電弓滑板-接觸導(dǎo)線摩擦磨損mechanismandcharacteristicsoffbetweenpantographslideblockandcontactwire[J].China[15]HOLMR.Electriccontactstheoryandapplication[[16]董霖.載流摩擦磨損機(jī)理研究[D].成都：西南交通大DONGLin.Researchonc合材料的滑動電磨損機(jī)制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然electricalwearmechanismsofCu-graphite-WS2-carbonnanotubescomposite[J].JournalofHefeiUniversityofjoints[M].Sawston，England：Woodh2012.onthegrowthandtransferofadhesivesubstancfpantographstrip/contapantographsystem[J].AdvancedMaterialsRes[23]趙飛.高速受電弓滑板摩擦機(jī)理及石墨基純碳滑板[J].ZHAOFei.Frictionmechanismofpantographslidingplateforhigh-speedrailwayvehicleandslidingplatewithcarbonbcharacteristicofabrasivewearmechanisms[J]contactprocessanalysisinabrasivewearbyfinimethod[J].JournalofMechanicalEngineerin contactparametersonthetribologicalbehaviourofdiscussiononoxidationofmetalsundertribologiconditions[J].JournalofNanjingUniversityof[29]張燕燕.基于弓網(wǎng)振動的純碳滑板載流摩擦學(xué)特性研tribologicalcharacteristicsofpurecarbonsbasedonpantograph-catenaryvibration[[30]吳積欽，錢清泉.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)電接觸特性[J].electricalcontactbetweenpantographandoverheadexperimentofgraphitecharacteristicsandmechanismsofpurecarbonstripagainstcopperunderarcingconditionpantographarcingerosioncharacteristicsofpantographofCu-impregnatedcarbonstripinunlubricatedslidingofresearchdevelopmentofpantograph-catenaryarcmodelandelectricalcharacteristics[J].Characteristicsoftemperatureriseofpantographstripinelectriccontactsytemperatureonthewearbehaviourofapantograph[39]董丙杰，胡艷，陳光雄，等.受電弓/接觸網(wǎng)載流摩擦的電弧放電和碳滑板溫升試驗(yàn)研究[J].潤滑與密封，riseduringcurrentcarryingfrictionofpantographandelectricalcontactofdynamicpantograph-catenarysystem[J].JournalofModernTraandarcdischargeonfrictionandwearbehav[42]丁濤，王鑫，陳光雄，等.有無電流條件下溫度對碳/銅摩擦副摩擦磨損性能的影響[J].中國機(jī)械工程，oftemperatureonfrictionandwearbehaviorsof滑板與接觸線載流摩擦磨損研究[J].電氣化鐵道，frictionandwearofcurrentcollectistripofhighspeedtrainandcontactwipropertiesofpurecarbonstrbehaviorofpurecarboncontactwireunderACpassageathighspeeds[J].researchonthefrictionprocessesofthetribologicalpropertiesinparametersonthecouplingtemperatvibrationonfrictionanFrictionandwearcharacteristicsofpowdermetallurgyofpantograph-catenaryelectro-dynamiccontactforceof[53]董丙杰，胡艷，陳光雄，等.受電弓/接觸網(wǎng)載流摩擦的電弧放電和碳滑板溫升試驗(yàn)研究[J].潤滑與密封，riseduringcurrentcarryingfrictionofpantographand貌影響因素分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)ofinfluencefactorsofthesurfacemicro-topographyofslidingelectricalcontact[J].JournalofLiaoningTechnicalcurrent-carryingwearcharacteristicsoffrictionpairinpantographcatenarysystem[C]//2013IEEE59thConferenceonElectricalContacts的最佳載荷實(shí)驗(yàn)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)normalloadwhenminimumwearlossofelectricalslidingcontact[J].JournalofLiaoningTechnicalUnivoptimalnormalloadoninterfaslidingelectricalcontactsunderhighcurrent[J].Journalof65-69.current-carryingwearcharacteristicsofpantographinvestigationintothefri Cu-Agcontactwire/carbonstripabehaviorofpantographstripsslidingagainstcocontactwirewithelectriccurrent[C]//Conferenceonelectriccurrentonfrictionandwearbehaviorsofcarbonstrip/coppercontactwire[J].Applieonfrictionandwearbehaviorsofcarbonrcoppermaterialunderelectriccurrent[currentonthetemperatureriseancopper-graphitecurrent-carryingfrictCharacteristicsoftheslidingelectriccontactunderdifferentcurrents[J].TransactionsofFrictionandwearcharacteristicsofpantographtribologicalpropertiesofcurrentcollectorsagai網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2023，67(6)：Optimaldesignofpantographcatenaryparametersfor400km/hhigh-speedrailway統(tǒng)弓網(wǎng)耦合受流質(zhì)量分析[J].城市軌道交通研究，DUZhiheng.Currentcollectionqualitpantograph-catenarycouplisystemonBeijingDaxingInternationalAirportExpress[J].[71]張衛(wèi)華，梅桂明，陳良麒.接觸線弛度及表面不平順對接觸受流的影響分析[J].鐵道學(xué)報，2000，22(6)：50-54.Analysisoftheinfluenceofcatenary’ssagandirregularityuponthequalityofcurrent-feeding[J].JournalofTheregistrationarmofcatenaryofhigh-speedrailway[J].觸網(wǎng)拉出值布置優(yōu)化[J].電氣化鐵道，2022，33(1)：arrangementofrigidOCSstaggersoflongtensioninglengthofurbanrailtransit[[74]武云龍，付文明，黃海，等.拉出值對碳滑板/銅銀合ofthestaggeringonthewearperformanceofcarbonstrip/Cu-Agalloycontactwirewithelectricreciprocatingdistanceonthedelaminationwearofthecarbonstripinpantograph-catenarysysliding-speedwithstrongelectricalcurrent[J].[77]丁濤，王鑫，陳光雄，等.不同彈簧剛度下不銹鋼/浸金屬碳摩擦副的受流質(zhì)量與磨損性能的關(guān)系[J].機(jī)械2025年4月Relationofcurrent-carryingqualitywithwearperformanceofstainlesssteel/impregnatedmetallizedontheaerodynamicsmodelandwpantographandcatenaryinteraction[J].Frontiersofmeasurementofcontactforceofpantographonhighspeedtrain[J].JournalofMeaerodynamiccharacteristicsandcomparisonsofhigh-speedpantographinknuckle-downstreamorknuckle-upstreamdirection[J].JournalofMechanicalapantograph-catenarysystemwiththeconsideratheappearancecharacteristicsofcontactsurfaces[pantograph-catenarysystemwitrainsat350km/horhigher[J].JournalofMofcontactstripswearonserviceperformanceofpantographsystem[J].Journalhumidityonthecurrent-carryingtribologicalpropertiesofrelativehumidityontriboelectricwearof[90]王星星，辛順，吳睿渲，等.不同相對濕度下銅/石墨配副載流摩擦性能研究[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科oncurrent-carryingtribologicalpropertiesofcopper/carbonpairsindifferentrelative[91]李含欣，季德惠，沈明學(xué)，等.環(huán)境濕度對碳/銅滑動environmentalhumidityontribologicalbehaviorofcarbon/coppercurrent-carryingslidingcontactMicroscopicinvestigationoncurrent-carrsurfaceofpantographcarbonsl[93]陳開運(yùn).高海拔電氣設(shè)備工作特點(diǎn)及設(shè)計要求[J].機(jī)CHENKaiyun.Workingcharacteristicsanddesign requirementofelectricequipmentsealevel[J].Electric氣壓環(huán)境下運(yùn)動特性研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，onmotioncharacteristicsofofflinearcinpanofstrongcross-windonthestabilityoftheLanzhou-XinjiangRailwayL[96]李瑞平，周寧，呂青松，等.橫風(fēng)環(huán)境中弓網(wǎng)動力學(xué)Pantograph-catenarydynamicbeh[98]王英，劉志剛，黃可，等.計及機(jī)械和電氣特性的弓Pantograph-catenarysurfacehcalculationsbasedonmechanicalandelectriinterfacetemperatureonthedamagemorphologyandmaterialtransferofC-Cuslidingcocurrentamplitudes[J].Journalof[100]楊紅娟，王平，胡艷，等.振動對純碳、浸金屬碳滑板載流磨損性能的影響[J].工程科學(xué)與技術(shù)，2014，thevibrationonthewearperformanceandmetal-impregnatedcarbonstripsw碳滑板載流摩擦磨損性能的影響[J].潤滑與密封，ofvibrationamplitudeofpantographontribologicalbehaviorofpurecarbonandmetal-impregnatedcarbonstripswithelectriccurrent[J].LubricationEngineering，advancesinelectriccontactbetweenpantograpetal.Developmentofmaterialforpantographslideplate[105]涂川俊，陳振華，夏金童，等.硅油浸漬對樹脂基滑板/銅抗電弧侵蝕磨損性能的影響[J].中國有色金屬Effectofimpregnationbysiliconoiresistancewearofresin-matrixcontacSelf-Lubricatingbehaviorofgraphite-reinforced[107]張曉娟，孫樂民.受電弓滑板和接觸網(wǎng)導(dǎo)線材料的現(xiàn)ofpantographslideandcontactwire[J].JournalofHenanUniversityofS[108]康斌.幾種典型固體自潤滑材料在載流摩擦條件下的KANGBin.Theperformancesofseveralkindsoftypicalsolidself-lubricatingmaterialsunderthefrictionwithcarriesflows[J].SichuanMetallurgy，2007，29(4)：[109]錢剛，鳳儀，黃曉晨，等.銅基自潤滑復(fù)合材料的電erosionpropertiesofCu-basedself-lubricating[110]王悔改，上官寶，陳慧敏，等.有無電流條件下石墨自潤滑銅基粉末冶金材料的摩擦磨損行為研究[J].鑄etal.Tribologyperformanceofcoppermatrixgraphiteself-lubricatingpowdecurrent-carryingtribologicalpropertiesofCu/graphenecomposites[J].JournalofTribology-TransactionsofthegraphitecontentonwearbetweenbehaviorbetweenP/Mcopper-basedpantographslideandcontactwire[J[113]鐘豪，金青林.藕狀多孔銅基自潤滑材料的載流磨損propertiesofaself-lubricatingmateriaLULing，ZHUDingyi，WANGCadevelopmentofmetal-matrix/graphitesolid[115]呂柏林，崔躍，高學(xué)朋，等.石墨摩擦學(xué)性能、潤滑tribologicalproperties，lubricationcontentonfrictionandwearcompositesathighspeed[117]李雪飛，上官寶，張永振.石墨/銅復(fù)合材料的載流摩擦磨損性能[J].機(jī)械工程材料，2013，37(4)：54-57.Frictionandwearpropertieswithelectricalcurgraphite/coppercomposites[J]合材料載流摩擦磨損性能的影響[J].潤滑與密封，