Tribological properties of materials designed for contact wire / current collector slider contacts

• Autorzy: Posmyk Andrzej , Myalski Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.3943

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne materiałów na skojarzenia przewód trakcyjny / ślizgacz odbieraka prądowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes basics of production as well as a structure and tribological properties of a composite with a B101 bronze matrix and glassy carbon acting as a solid lubricant. The composite is intended for use as a sliding cover of a current collector in a rail transport. It is intended to replace the previously used carbon-copper composites, which have insufficient mechanical properties for high-speed rail. The results of comparative tribological tests of the matrix and composite material in contact with a traction copper (Cu-ETP) confirmed lower wear of the composite than that of the matrix under friction in air, without current load. The addition of 10% of a large-cell glassy carbon foam (90% porosity) reduced the wear of the contact (by 28% and 10%) but did not significantly reduce (by 8.4–5.8%) the friction forces. In the tested contacts abrasive and adhesive wear, caused by the presence of copper, dominated. Self-mated materials tend to develop adhesive bonds. Therefore, the next stage of the research optimising a composite production process, e.g. by using a glassy carbon foam with smaller elementary structure or glassy carbon microparticles will be used.

PL

W artykule opisano podstawy wytwarzania, budowę i właściwości tribologiczne kompozytu z osnową z brązu B101 i węglem szklistym pełniący rolę smaru stałego. Kompozyt jest przewidziany do zastosowania jako nakładka ślizgowa odbieraka prądowego w transporcie szynowym. Ma on zastąpić stosowane dotychczas kompozyty węglowo miedziane, które mają niewystarczające właściwości mechaniczne dla kolei wysokich prędkości. Wyniki porównawczych badań tribologicznych materiału osnowy i kompozytu we współpracy z miedzią trakcyjną (Cu-ETP) potwierdziły mniejsze zużycie kompozytu niż osnowy w warunkach tarcia technicznie suchego, bez obciążenia prądowego. Dodanie 10% wielkokomórkowej pianki (porowatość 90%) z węgla szklistego zmniejszyło zużycie skojarzenia (o 28% i 10%), ale nie zmniejszyło znacząco (o 8.4–5.8%) sił tarcia. W badanych skojarzeniach dominowały zużywanie ścierne i adhezyjne spowodowane obecnością miedzi. Materiały jednoimienne mają skłonność do sczepień adhezyjnych. Dlatego w następnym etapie badań zostanie wykorzystana optymalizacja procesu wytwarzania kompozytu, np. przez zastosowanie pianki z węgla szklistego o mniejszych wymiarach elementarnej komórki struktury oraz mikrocząstek węgla szklistego.

Słowa kluczowe

EN

composite material; bronze matrix; glassy carbon; solid lubricant; cell foam; current collector

PL

materiał kompozytowy; osnowa z brązu; węgiel szklisty; smar stały; pianka wielkokomórkowa; odbierak prądowy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 53--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Posmyk Andrzej

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport and Aviation Engineering, Krasińskiego 8 Street, 40-019 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2943-2379

autor

Myalski Jerzy

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Krasińskiego 8 Street, 40-019 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0646-7624

Bibliografia

• 1. EN-50206-1: Zastosowania kolejowe - Tabor-Pantografy: Charakterystyki i badania Część 1: Pantografy pojazdów linii głównych.
• 2. EN 50405:2006: Railway applications – Current collection systems – Pantographs, testing methods for carbon contact strips.
• 3. Kaniewski M.: Odbieraki prądu stosowane na europejskiej sieci kolejowej. Technika Transportu Szynowego, 102, 2004, pp. 61–65.
• 4. Giętkowski Z., Judek S., Karwowski K., Mizan M.: Diagnostyka i monitoring odbioru prądu z sieci trakcyjnej. ZN Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej 27, 2010, pp. 55–64.
• 5. Sitarz M., Adamiec A., Mańka A.: Uszkodzenia węglowych nakładek stykowych pantografów kolejowych stosowanych w Polsce, TTS Technika Transportu Szynowego, 2016, Z. 1–2, pp. 70–74.
• 6. Konieczny J., Labisz K.: Thermal Analysis and Selected Properties of CuNi2Si Alloy Used for Railway Traction, Materials, 14, 2021, pp. 1–14.
• 7. Advanced electrical materials for traction current collectors. Transportation Morgan Advanced Materials. Windsor Berkshire 2013.
• 8. Kwaśniewski P., Kowal R., Mamala A., Kawecki A., Kordaszewski S., Ściężor W., et all: Badania właściwości eksploatacyjnych nowej generacji kolejowych nakładek stykowych do pantografów. C. II. Problemy Kolejnictwa 2018, 181, pp. 43–47.
• 9. Tao Ding, Wenjing Xuan, Qiudong He, Hao Wu and Wei Xiong: Study on Friction and Wear Properties of Pantograph Strip/Copper Contact Wire for High-Speed Train. The Open Mechanical Engineering Journal, 2014, 8, pp. 125–128.
• 10. Mańka A., Hełka A., Ćwiek J.: The Influence of Pantograph Carbon-Metal Composite Slider Thermal Properties on the Railroad Wire temperature. Energies 2021, 14, pp. 1–17.
• 11. Sposób wytwarzania żeliwnych tarcz hamulcowych. Zgłoszenie patentowe nr P.438234.2021.
• 12. Myalski J., Posmyk A., Hekner B., Godzierz M.: The influence of glassy carbon and its forms on tribological properties of aluminium matrix composites. Tribologia 2019 3(50), pp. 79–87.
• 13. Myalski J., Godzierz M., Olszowska K., Szeluga U., Pusz S., Roskosz S., Myalska-Głowacka H., Posmyk A.: Glassy carbon open-celled foams as a reinforcement in polymer matrix composites dedicated for tribological applications. Materials 16(1805) 2023, pp. 3–16.
• 14. Posmyk A., Myalski J.: Coatings protecting against aviation piston engine seizure. Wear 4 (518–519), 2023, pp. 1–12ymiarach elementarnej komórki struktury oraz mikrocząstek węgla szklistego.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).