干式制動條件下帶式輸送機摩擦片摩擦行為學的研究

朱曉峰

（山西長治莊子河煤業有限公司， 山西 長治 046000）

引言

煤礦綜采工作面的安全生產在一定程度上受制于綜采設備的可靠性。目前，綜采工作面的大型機電設備包括有采煤機、輸送機、液壓支架以及掘進機等。輸送機作為工作面的關鍵運輸設備，主要承擔工作面煤炭、矸石以及設備的運輸任務。近年來，隨著采煤工藝及技術的發展、煤炭產量的提高，使得帶式輸送機朝著大運量、大傾角、高帶速的方向發展[1]。輸送機的可靠性與其制動性能相關，而目前帶式輸送機所采用制動器的類型為干式制動器。因此，本文著重開展干式制動條件下帶式輸送機摩擦片的摩擦特性，為提升帶式輸送機的制動性能及整機的可靠性提供指導。

1 理論基礎

帶式輸送機摩擦片的摩擦特性在一定程度上受制于摩擦片的摩擦因數。經研究可知，影響帶式輸送機摩擦片摩擦因數的因素主要包括有：摩擦片的材質、輸送帶的載荷、摩擦片的粗糙度、溫度等。目前，僅對摩擦片材質、粗糙度以及溫度對摩擦片摩擦特性的影響進行了研究，對制動速度、制動正壓力對摩擦片摩擦特性影響的研究較少[2]。

此外，帶式輸送機在實際運行過程中，不同工況下的制動情況時制動速度、制動壓力參數不盡相同。因此，通過掌握制動速度、制動壓力對摩擦片制動性能的影響，對優化制動器的機械結構具有指導意義。本文將通過試驗研究不同制動速度、制動正壓力下摩擦片的摩擦性能。

2 帶式輸送機摩擦性能試驗

2.1 試驗材料

2.1.1 摩擦副的建立

為了準確得到摩擦片的摩擦性能，本文以山西長治莊子河煤業有限公司帶式輸送機制動器為研究載體，在此基礎上建立制動輪與制動器的摩擦副。其中，制動輪的材質為45 號鋼，制動器的類型為鼓式制動器。

2.1.2 摩擦片的制備

本文對兩種不同材質摩擦片的摩擦學進行研究。摩擦片的制備工藝如圖1 所示。

圖1 摩擦片制備工藝

如圖1 所示，將不同摩擦片的不同配料按照一定比例混合的同時將摩擦片的模具預熱后，將混料加入預熱好的模具中，加壓至16 MPa，并在160℃的溫度下保溫7 min 后脫模處理，完成摩擦片樣品的制作[3]。樣品1 和樣品2 的成分如表1 所示。

表1 樣品成分

2.2 試驗流程

試驗主要分為兩部分：其一為分析摩擦片在不同制動速度、制動正壓力下摩擦片的磨損行為（磨損率）。制動正壓力選取為20 N、30 N、40 N、50 N；制動速 度 選 取 為350 r/min、500 r/min、650 r/min、800 r/min；其二為分析分析不同制動時間下摩擦片的摩擦因數。此時，取制動正壓力為30 N、制動速度為500 r/min，制動時間分別為1 min、2 min、3 min、4 min以及5 min。

磨損率的計算公式如式（1）所示：

式中：A為摩擦片的磨損率；Δw為樣品磨損后所減少的質量；ρ 為樣品的密度，s為樣品的摩擦路程；p為樣品的制動正壓力。

3 試驗結果分析

3.1 磨損率結果

不同的制動通過試驗對磨損率的研究可推算出摩擦片的壽命，因此可通過摩擦片的磨損率評價其制動性能[4]。不同制動正壓力下樣品的磨損率的變化情況如圖2 所示。

圖2 不同制動正壓力下摩擦片的磨損率

如圖2 所示，樣品1 的磨損率隨著制動壓力的增加而上升，且當制動壓力大于40 N 時樣品1 的磨損率急劇上升；樣品2 磨損率的變化趨勢相對平穩。總體上來講，同等條件下樣品2 的磨損率高于樣品1。導致上述現象的原因為：當制動正壓力大于45 N時在樣品1 表面會出現第三體物質，隨著制動正壓力的繼續增大第三體物質脫落，使得摩擦面積增大，從而加劇了對樣品的磨損[5]。

不同制動速度下摩擦片磨損率的變化情況如圖3 所示。

圖3 不同制動速度力下摩擦片的磨損率

如圖3 所示，隨著制動速度的增加，樣品1 和樣品2 的磨損率均在減小。其中，樣品2 磨損率的變化趨勢相對平穩；當制動速度大于650 r/min 時，樣品1的磨損率急劇下降。總體而言，樣品1 的磨損率始終小于樣品2。經研究可知，隨著制動速度的增加使得樣品表面溫度升高，進而使得樣品表面各配料更加緊密，強度更大；且樣品1 的緊密程度遠大于樣品2。因此，隨著制動速度的增加其磨損率均降低，且樣品1 的磨損率均小于樣品2。

綜上所述，當制動正壓力小于45 N 時，樣品1的磨損率明顯小于樣品2 的磨損率。即說明，當制動正壓力小于45 N 時，樣品1 的磨損特性優于樣品2的磨損特性。

3.2 摩擦特性研究

不同樣品摩擦因素隨著制動時間的變化趨勢如圖4 所示。

圖4 樣品摩擦因素隨著制動時間的變化情況

如圖4 所示，樣品1 隨著制動時間的增加，其摩擦因數幾乎不變；而樣品2 隨著制動時間的增加，其摩擦因數呈現先增大后減小的變化趨勢。

不同制動正壓力下兩個樣品摩擦因數的變化趨勢如圖5 所示。

圖5 不同制動壓力下樣品摩擦因素的變化情況

如圖5 所示，隨著制動壓力的增加兩種樣品的摩擦因數均在減小，而且隨著制動正壓力的增加兩種樣品摩擦因數的差值不斷減小。

不同制動速度下兩種樣品摩擦因素的變化趨勢如圖6 所示。

圖6 不同制動速度下樣品摩擦因數的變化情況

如圖6 所示，隨著制動速度的增加兩種樣品的摩擦因數均在減小，而且當制動速度大于650 r/min時樣品1 的摩擦因素急劇降低，制動速度小于650 r/min 時其摩擦因數相對穩定。

綜上所述，制動速度對樣品摩擦因數的影響明顯大于制動正壓力和制動時間對摩擦因數的影響。

4 結論

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其運行可靠性和安全性直接決定綜采工作面的產煤效率。帶式輸送機制動性能是影響其可靠性的關鍵，經對帶式輸送機制動系統摩擦片摩擦學的分析可知：

1）摩擦片摩擦因數隨著制動正壓力和制動速度的增加而減小，且制動速度對摩擦片摩擦因數的影響大于制動正壓力對摩擦片摩擦因數的影響。摩擦片磨損率隨著制動正壓力的增加而增大，隨著制動速度的增大而減小。

2）基于桐油改性酚醛樹脂制得摩擦片的摩擦因數與基于腰果殼油改性酚醛樹脂的摩擦因數相差不大；基于桐油改性酚醛樹脂所得的摩擦片的磨損率小于基于腰果殼油改性酚醛樹脂的磨損率。