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钢丝绳表面油脂量对摩擦衬垫摩擦因数影响的试验研究


多绳摩擦式提升机是煤矿矿井提升的主要设备,钢丝绳是其重要零部件,属易耗品,受工况环境的影响,需要经常更换Ⅱ。为降低工况环境对钢丝绳的影响,钢丝绳一般采用含油绳芯,且在生产过程中也会 应用大量的油脂。油脂在钢丝绳的使用过程中起防腐作用,同时,也因油脂的影响,摩擦衬垫摩擦因数出现不稳定性。保证衬垫摩擦因数的稳定性是确保矿井提升系统安全的关键因素,认识并掌握钢丝绳油脂在不同环境下对衬垫摩擦因数的影响是矿井提升安全的重要课题。

1 试验部分

11 试验方案

多绳摩擦式提升机分为井塔式和落地式。井塔式提升机钢丝绳在井筒内部受环境温度影响较小,一般在 040℃之间;落地式提升机因井塔架露天,部分钢丝绳在室外,一般环境温度在 .2060℃之问。为了模拟不同的环境温度 ,采用人工控制衬垫温度的方式对其进行冷冻或加热。该试验以 -10℃为起始温度,当衬垫达到测试温度后开始测试,测试温度问隔为 l0℃,分别测试钢丝绳与衬垫之间滑动时摩擦因数和衬垫硬度。试验状态分别为:钢丝绳表面干燥(油脂含量 0gm2)和表面涂抹油脂,油脂含量分别为70200500l000glTl2

12 测试方法及原理

实际工况条件下,钢丝绳与衬垫之间为弧形接触,为了便于进行试验模拟 ,采用平面法进行测试,工作原理如图 1所示。由图 l可以看出,试验时,用 2块相同的衬垫试样夹持住钢丝绳,使钢丝绳与衬垫产生相对运动,通过测量衬垫的夹紧力 Ⅳ及衬垫与钢丝绳相对运动时产生的摩擦力 F,计算摩擦因数

钢丝绳与摩擦衬垫之间的接触压力为比压,根据JB/T 10347-2015《式提升机摩擦衬垫》2,并结合工况实际,试验时衬垫与钢丝绳之间的比压取 2.5MPa,相对滑动速度为1mm/s1.3 试验设备及材料该试验所采用的摩擦因数实验装置为 SC-V 型摩擦衬垫实验机。每次试验时,通过系统传感器及数据采集装置,运用专用软件可以在计算机上显示衬垫与钢丝绳间摩擦因数曲线。硬度测量采用邵氏 D 橡胶硬度测量计。油脂润滑试验选用德国尼罗斯登公司的 N113 钢丝绳专用油脂。摩擦衬垫为德国进口的 K25SC,其采用橡胶、树脂复合材料制成,其硬度在邵氏 D50-60,性能优良,在多绳摩擦式提升机上应用广泛。选用6x31WS+FC 直径 28 mm 的圆股右同向钢丝绳,与GDM326摩擦衬垫组成对偶摩擦副。

2 试验结果及分析

钢丝绳不同含油量在不同温度下与衬垫的摩擦因数测试值如表 l所列;变化趋势如图 2所示。

从表 1 和图 2 分析得出,衬垫在同一油脂含量下,在 -10~30 ℃ 时,摩擦因数随温度的上升而增大,30 ℃ 时达到最大值;当温度超过 30 ℃ 时,摩擦因数随温度的上升而减小,且温度越高摩擦因数下降越快,但下降的幅度因油脂量的不同而不同。

摩擦衬垫在同一温度下,表面干燥时的摩擦因数要大于涂油状态,而且钢丝绳表面油脂量越多摩擦因数下降越快。钢丝绳表面油脂在 0~70 g/m时,衬垫的摩擦因数变化幅度较小,当表面油脂量增加到 200 g/m时,衬垫的擦因数变化幅度增大,钢丝绳表面油脂量越大摩擦因数的变化幅度也越大。不同温度下摩擦衬垫硬度测试值如表2所列。

由表2可以看出,在不同温度下衬垫的硬度随着环境温度的增加而逐渐减小,但超过 30 ℃ 时逐渐趋于平稳。通过分析可知:在衬垫温度较低时,其硬度较高,与钢丝绳间摩擦时犁沟效应"降低,衬垫的摩擦因数较小;当衬垫温度较高时,钢丝绳表面油脂因温度变化,使其油脂状态也发生变化,导致其黏度降低,润滑性能增强,摩擦衬垫的摩擦因数变小。

因此可认为,当钢丝绳表面无油或油脂量较少时,在钢丝绳压力的作用下油脂被挤出,其对摩擦因数的影响较小;当其表面油脂量增加到一定程度时,在钢丝绳压力作用下一部分油脂被挤出,剩余油脂在钢丝绳与衬垫之间形成油膜,衬垫的摩擦因数下降幅度较大。

3 结语

衬垫摩擦因数受材料温度、速度、表面形貌、接触形式及载荷的影响,不同的表面状态,对摩擦衬垫摩擦因数的测试结果影响较大。试验结果表明:油脂量对摩擦因数的影响较大,特别是在摩擦衬垫表面温度较高时,其摩擦因数有明显的下降。因此,在多绳摩擦式提升机实际运行过程中,为确保提升系统的运行安全,应严格控制钢丝绳表面的油脂量。

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