矿井提升机摩擦衬垫摩擦学性能及改性研究

摘要

摩擦式提升机作为煤矿生产中提升、下放物料，运送人员和设备的主要机器，依靠钢丝绳与摩擦衬垫之间的摩擦力来实现提升机的正常运转，而摩擦衬垫性能的好坏更是直接影响到矿井提升机的性能以及安全可靠性。近年来，不少恶性滑绳事故均因超载提升导致钢丝绳的非正常滑动，究其根本是因为摩擦衬垫在工作过程中因摩擦系数以及耐磨性发生下降，从而引发事故。因此，研究钢丝绳与摩擦衬垫之间的接触形式，开展摩擦衬垫的摩擦学性能研究，而后对现有摩擦衬垫进行改性研究，力图研制出高摩擦系数、高耐磨性的新型衬垫，对煤矿的安全生产具有重要意义。
　　首先，结合钢丝绳特殊的螺旋结构，研究钢丝绳与摩擦衬垫在接触过程中的接触特性，并对两者之间的接触应力进行理论分析；通过有限元软件建立钢丝绳与摩擦衬垫的接触模型，并对其进行仿真分析，研究在单根、两根、三根绳股以及钢丝绳的作用力下摩擦衬垫表面的应力变化规律。研究发现：钢丝绳与摩擦衬垫为非完全接触，接触区域分为三个部分；在滑动过程中，钢丝绳与衬垫之间保持两点或三点间断交替接触。
　　随后，结合摩擦衬垫的现实使用工况设计实验方案，对现有衬垫材料在摩擦磨损测试仪上进行模拟实验，研究其在干摩擦、水润滑条件下摩擦学性能随载荷、滑动速度的变化规律，利用扫描电子显微镜观察其微观磨损形貌并分析其磨损机理。结果表明：摩擦衬垫的摩擦系数、磨损率随实验载荷的增大而增大，随滑动速度的增大而减小；干摩擦条件下磨损机理主要表现为粘着磨损，水润滑条件下磨损机理为磨粒磨损与疲劳磨损。
　　接着，研究改性衬垫组分的性能，结合均匀设计试验与拟水平方法，以丁腈橡胶改性酚醛树脂、玻璃纤维、芳纶纤维的含量作为影响因子，设计改性衬垫配方并通过热压烧结工艺制备；通过摩擦学实验对不同组分改性衬垫材料进行筛选，确定出性能较好的改性材料，而后研究其摩擦学性能，并对磨损机理进行分析研究。实验结果表明：树脂基体含量过少会导致材料性能的下降，玻璃纤维过量将导致磨损量偏高，而芳纶纤维的加入有效提高了材料的耐磨性；干摩擦与水润滑条件下，改性材料的摩擦系数、磨损量随载荷的增大而增大，随滑动速度的增大而减小，且磨损机理均为疲劳磨损；对偶件表现为磨粒磨损。
　　最后，在纤维增强改性衬垫的基础上，对填料组分进行研究。选取纳米颗粒（碳化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅）作为填料制备改性衬垫材料，研究不同组分对改性衬垫材料摩擦学性能的影响，并利用扫描电镜研究其磨损机理。研究表明：纳米粒子特有的小尺寸与表面能大的效应，可以有效提高基体与纤维之间的结合力，同时纳米粒子作为润滑剂共同提高了材料的抗磨损性能，表现为更低的磨损率；纳米颗粒改性材料磨损形式为疲劳磨损与磨粒磨损，而对偶件主要表现为磨粒磨损。

目录

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究动态

1.3 研究内容

第二章 摩擦衬垫摩擦接触应力场

2.1 引言

2.2 钢丝绳与摩擦衬垫接触特性分析

2.3 摩擦接触应力分析

2.4 绳衬接触应力分析

2.5 本章小结

第三章 摩擦衬垫摩擦学性能研究

3.1 引言

3.2 实验设计

3.3 摩擦衬垫摩擦学实验研究

3.4 本章小结

第四章 纤维增强改性衬垫材料摩擦学性能研究

4.1 引言

4.2 改性衬垫材料的制备

4.3 不同组分改性衬垫材料摩擦学性能研究

4.4 改性衬垫材料摩擦性能研究

4.4本章小结

第五章 填料增强改性衬垫材料摩擦学性能研究

5.1 引言

5.2 改性衬垫材料的制备

5.3 填料对摩擦学性能的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文