低硬度尘土颗粒机械性能对电接触可靠性影响的研究

论文摘要

尘土颗粒一直是影响电接触失效的重要因素。在电接触中,尘土颗粒对电触点的磨损和腐蚀等会造成重大影响。大气中莫氏硬度较低的尘土主要包括云母和方解石,本文以小颗粒(100μm以下)的云母和方解石为研究对象,通过研究设计实验,给出了对尘土颗粒的定位标定和分析方法。经过静态和动态接触电阻实验两个部分的研究,分析了云母和方解石颗粒自身的机械性能在相应外界条件下对接触性能的影响状况,得到了影响电接触性能的尘土颗粒机械物理参数的指标范围以及相应条件的载荷条件。静态接触电阻实验部分首先通过特定的实验方法,研究云母和方解石单颗粒在受载荷情况下的破坏形式,给出理论分析和原因,并得到了方解石和云母颗粒的抗压强度值。该部分分析是为了后续颗粒尺寸和破碎物覆盖面积以及破碎物辐射面积的相应关系的研究做好准备,并为后续动态实验的分析奠定基础。本论文研究了单颗粒和颗粒簇两种情况下接触载荷、颗粒尺寸、颗粒破碎后的辐射面积等关系,得出颗粒破碎及其尺寸对接触电阻的影响,并给合适的接触载荷值。动态接触电阻实验部分首先测定无尘条件下接触对的接触性能。之后,进行颗粒进入接触区域的微动实验,实验内容包括相同载荷下颗粒尺寸不同的动态接触电阻实验和相同颗粒下外加载荷不同的动态实验。通过将各组实验结果和无尘时实验结果进行比较分析,得到了尘土颗粒的尺寸和接触载荷两种因素对于触点接触性能的影响的结果,进一步给出了理论依据。通过荧光X射线测厚仪、扫描电子显微镜和能谱仪,比较了接触区在无尘状态和有尘土颗粒存在的情况下,微动前后触头和样片的磨损状况,得出了短周期情况微动时,存在尘土条件下,颗粒对磨损性能的有关影响。本论文以低硬度尘土颗粒的尺寸特性、破碎形式为切入点,以低硬度尘土颗粒的尺寸、抗压强度结合实际接触载荷作为评价指标,最终给出了静态接触时,单颗粒方解石和云母破碎形式及其规律,并得到了引起失效的颗粒簇尺寸范围以及可降低失效发生的载荷范围。同时,得出了在短周期微动接触条件下存在方解石和云母时的接触性能曲线以及影响因素,给出了接触载荷和颗粒尺寸对曲线的影响规律及其分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电接触可靠性的重要性及其影响因素
• 1.2 尘土对接触可靠性的影响
• 1.2.1 我国空气质量现状
• 1.2.2 尘土对接触性能的影响
• 1.3 研究背景、内容及意义
• 1.3.1 研究背景及研究对象
• 1.3.2 国内外研究现状
• 1.3.3 研究内容及意义
• 第二章 实验模型和实验设备
• 2.1 实验模型及原理
• 2.1.1 静态接触区域模型
• 2.1.2 危险尺寸模型
• 2.1.3 接触电阻测试原理
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 光学显微镜
• 2.2.2 滑动台
• 2.2.3 微动仪
• 2.2.4 荧光X-射线测厚仪
• 2.2.5 扫描电子显微镜及能谱仪
• 2.3 本章小结
• 第三章 研究方法
• 3.1 样品信息
• 3.2 分析思路及研究重难点
• 3.2.1 分析思路
• 3.2.2 研究重难点及解决方案
• 3.3 静态及动态实验分析步骤
• 3.3.1 静态条件下的实验研究流程
• 3.3.2 动态条件下的实验研究流程
• 3.4 分析方法
• 3.4.1 尘土布撒方法
• 3.4.2 颗粒的尺寸与识别
• 3.4.3 图像拾取方法
• 3.4.4 单颗粒加载实验方法
• 3.4.5 触头-样片实际接触尺寸测试方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 静态加载下颗粒破坏形式及尺寸对接触性能影响的研究
• 4.1 颗粒存在下静态电阻测试
• 4.2 低硬度尘土颗粒破坏形式的研究
• 4.2.1 单颗粒基本破碎状况研究
• 4.2.2 接触载荷与颗粒破碎及其抗压强度的研究
• 4.3 低硬度颗粒对接触失效的影响
• 4.3.1 颗粒破碎后碎片尺寸及辐射面积的研究
• 4.3.2 触点接触尺寸面积的研究
• 4.3.3 颗粒簇对接触性能影响的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 动态加载下颗粒对接触性能影响的研究
• 5.1 实验准备
• 5.2 颗粒对动态接触性能的影响
• 5.2.1 无尘土微动性能测定
• 5.2.2 接触区存在方解石时接触性能测定
• 5.2.3 微动区存在云母时接触性能的测定
• 5.2.4 实验结果分析
• 5.3 颗粒对接触磨损的研究
• 5.3.1 磨损前后形貌比较
• 5.3.2 能谱分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文