论文部分内容阅读
摩擦式提升机主要依靠摩擦轮上的摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力进行传动。摩擦力的来源是摩擦衬垫与钢丝绳界面间的动态粘弹性接触变形,摩擦衬垫动态粘弹性的优劣,直接关系到摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力,继而影响到摩擦式提升机的提升能力、工作效率和安全可靠性。本文提出了基于弧面法测量提升机摩擦衬垫摩擦系数的方法,利用实时原位微观观测的方法,针对摩擦式提升机衬垫与钢丝绳间的动态粘弹性摩擦磨损的问题,开展了静、动态载荷下粘弹性摩擦的实时观测,探究了淋水、涂增摩油脂工况下的边界润滑机理,分析了摩擦衬垫粘弹性对接触界面磨损行为的影响,修正了动态提升工况下摩擦传动的欧拉公式。(1)首次提出了基于弧面法测量提升机摩擦衬垫摩擦系数的方法,通过监测摩擦衬垫与钢丝绳的相对滑移距离和相对滑移速度,将摩擦周期分为6个阶段,并提出了粘滑判定准则:以张力变化曲线“平台”的出现作为判断摩擦衬垫与钢丝绳动静摩擦转变临界点的依据。对比了摩擦衬垫与钢丝绳平面法与弧面法测量的摩擦系数,发现平面法测量出的摩擦系数偏大。(2)基于弧面法实时观测了静态载荷工况下摩擦衬垫与钢丝绳之间的粘弹性摩擦机理,直观且量化了粘着摩擦与滞后摩擦,建立了粘着摩擦、滞后摩擦与粘弹性的关系方程。结果表明,粘着摩擦与损耗模量呈正比,滞后摩擦与E’’/(E’2)的值呈正比。粘着摩擦随比压的增大而增大,随滑动速度的增大呈减小趋势;滞后摩擦随比压和滑速的增大都是先减小后增大;摩擦振动由粘着摩擦和滞后摩擦共同作用。K25衬垫粘弹性最好,粘着摩擦最大,摩擦振动幅值最小。(3)基于弧面法实时观测了动态载荷工况下摩擦衬垫与钢丝绳之间的粘弹性摩擦机理,揭示了动态载荷工况下摩擦衬垫的全滑移临界值,发现K25和G30衬垫的全滑移临界值约是交变载荷幅值1200N,GM-3衬垫约是交变载荷幅值900N。在临界值时,摩擦力和摩擦系数最小,粘着摩擦最小,摩擦振动幅值激增,此时对于提升系统来说最危险,临界值对摩擦式提升机防打滑设计有重要意义。建立了交变载荷与摩擦振动之间的关系,摩擦振动幅值随交变载荷幅值的增大而增大,且全滑移的振动幅值是未全滑移的振动幅值的2-3倍。交变载荷频率的增大,会导致全滑移加剧,摩擦和振动都增大。(4)通过测试摩擦衬垫的吸水性、对水分子的敏感性、增摩油脂的流变特性,探究了淋水与涂增摩油脂工况下摩擦衬垫与钢丝绳的边界润滑机理。结果表明,吸水层的厚度和承载能力影响粘弹接触继而影响界面的摩擦润滑,水介质对K25衬垫承载能力影响最小,在渗透水严重的矿井中选用K25摩擦衬垫安全性更高。增摩油脂的损耗模量(粘度)与摩擦系数呈正比,增大增摩油脂的损耗模量有利于增加摩擦界面的摩擦系数,增大增摩油脂流变的稳定性有利于摩擦界面的稳定性,此结果对改善和研发新型增摩油脂提供了理论基础。(5)通过实时观测系统分析了摩擦过程中摩擦衬垫与钢丝绳之间的粘弹接触、摩擦、磨损以及温度的变化,建立了在摩擦热条件下粘弹性与摩擦系数、磨损量的关系方程。发现损耗因子与摩擦系数呈正相关性,磨损量随损耗因子的增大呈指数增长。衬垫材料的粘弹性越大,摩擦系数和摩擦力越大,更容易造成疲劳磨损,形成磨屑。建立的摩擦热条件下粘弹性与摩擦系数、磨损量的关系方程,不仅对工程实际运用具有指导作用,而且为研发高摩擦高耐磨性的新型衬垫提供了理论基础。(6)在摩擦衬垫与钢丝绳动态微滑移摩擦实验平台上测试了不同静、动态工况条件下摩擦衬垫与钢丝绳的摩擦系数,建立了摩擦系数与损耗因子、比压、滑速、交变载荷幅值、频率的关系,从而对动态提升工况下摩擦传动的欧拉公式进行了修正,并通过提升机案例进行了验证,发现动载工况下的摩擦系数比静载工况下的摩擦系数下降了27.1%,动载工况下的防滑安全系数相比于静载工况下降了55.4%。动态提升工况下修正的摩擦传动欧拉公式可以为防滑设计以及安全储备系数提供更为准确的参考。