多繩摩擦式提升機(jī)的摩擦襯墊材料、性能、工作狀態(tài)全面解析

1　襯墊材料

襯墊的用途主要有兩個(gè):一是增加摩擦輪與鋼絲繩間的摩擦力 ,以提高提升機(jī)的工作能力和安全性;二是充當(dāng)隔離墊 ,將筒殼和鋼絲繩隔離 ,避免兩者直接接觸和相互摩擦 ,保護(hù)筒殼 ,延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命。

從襯墊的用途可知 ,制作襯墊的材料應(yīng)具備兩個(gè)主要特點(diǎn):一是摩擦性能要好 ,即與鋼絲繩對(duì)偶的摩擦系數(shù)要高而穩(wěn)定 ;二是不能損傷鋼絲繩 ,即摩擦襯墊的硬度應(yīng)低于鋼絲繩。圍繞這兩個(gè)特點(diǎn) ,早期使用的襯墊材料大多為天然材料 ,如木材、皮革、橡膠以及鋁合金等。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 ,人們逐漸開(kāi)始使用人工合成材料 ,如聚氯乙烯、聚氨酯橡膠以及樹(shù)脂類材料等。

按材料的化學(xué)特性可將襯墊材料分為熱熔型和非熱熔型兩類。聚氯乙烯、聚氨酯等屬于熱熔型材料。聚氨酯因其類型、組分不同而有許多種 ,性能上也有一定差異 ,用來(lái)制作襯墊的是聚酯型聚氨酯 ,其最大特點(diǎn)是韌性好、耐磨。但聚氨酯材料有其無(wú)法克服的弱點(diǎn) ,如熔點(diǎn)低 ,一般只有 100 多度 ,意外情況下 ,難以保證襯墊的摩擦性能 ;尤其是熱傳導(dǎo)能力非常差(被用作冰箱保溫材料足以證明) ,易使摩擦熱聚集及局部溫度升高而影響摩擦系數(shù) ;橫向鋼性差 ,受力后變形大 ,易發(fā)生疲勞斷裂 ;忌紫外線照射 ,老化周期短以及切削性能差等。

非熱熔型材料是指受熱直到燃燒不會(huì)熔化的材料。與熱熔型材料相比 ,非熱熔型材料具有許多優(yōu)點(diǎn) ,如受熱不熔化 ,意外情況下能夠保證襯墊的摩擦性能 ;摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定 ,受溫度影響小 ;硬度高 ,橫向鋼性好 ,受力后變形小 ,不易發(fā)生疲勞斷裂 ;抗化學(xué)腐蝕、抗老化能力強(qiáng) ,壽命長(zhǎng)以及切削性能好等。國(guó)內(nèi)使用較多的樹(shù)脂類襯墊就是非熱熔型材料 ,其摩擦性能優(yōu)異。

根據(jù)多繩摩擦式提升機(jī)的工作特點(diǎn) ,應(yīng)該說(shuō)非熱熔型材料更適合于用作襯墊材料。

2 摩擦襯墊的工作條件

襯墊的工作條件主要包括表面狀態(tài)、載荷壓力、鋼絲繩蠕動(dòng)速度和環(huán)境溫度等 4 個(gè)方面 ,也是影響襯墊摩擦系數(shù)的 4 個(gè)主要因素。

表面狀態(tài)

襯墊工作時(shí) ,由于受使用現(xiàn)場(chǎng)諸多因素的影響 , 其繩槽表面會(huì)有不同的狀態(tài) ,如干燥、淋水或有油脂 , 但往往不是單純的一種 ,而是幾種狀態(tài)揉合在一起 , 如油脂加淋水 ,而且還受到礦粉的污染 ,尤其是有油脂狀態(tài) ,礦粉被油脂粘住而附著在鋼絲繩上 ,并參與摩擦面的工作。地下水是造成淋水的直接原因 ,而油脂則是鋼絲繩的防腐劑 ,是襯墊與鋼絲繩接觸時(shí)從鋼絲繩上粘過(guò)來(lái)的。我國(guó)多數(shù)情況下 ,襯墊是在有鋼絲繩防腐脂并且淋水的情況下工作的 ,這種狀態(tài)是所有表面狀態(tài)中最惡劣的 ,對(duì)襯墊摩擦系數(shù)的不利影響最大。當(dāng)然 ,這里所說(shuō)的油脂并不是普通的防腐脂 ,而是摩擦提升專用的鋼絲繩防腐脂 ,簡(jiǎn)稱摩擦脂。

試驗(yàn)表明 ,一般情況下襯墊在不同表面狀態(tài)下的摩擦系數(shù)是不同的 ,而涂脂狀態(tài)下的摩擦系數(shù)最低 , 因此 ,襯墊的摩擦性能是與表面狀態(tài)密不可分的。通常所說(shuō)的襯墊摩擦系數(shù) ,在沒(méi)有特別指明的情況下 , 應(yīng)該是指涂脂狀態(tài)下的摩擦系數(shù)。

于受鋼絲繩彈性差異、張力差的不同和運(yùn)行速度不同等的影響 ,不同規(guī)格的提升機(jī) ,鋼絲繩的蠕動(dòng)速度是不同的。蠕動(dòng)速度的計(jì)算公式為

式中:V 為鋼絲繩蠕動(dòng)速度;Δ T 為摩擦輪兩側(cè)鋼絲繩張力差;V0 為提升機(jī)運(yùn)行時(shí)鋼絲繩的線速度;E 為鋼絲繩的拉伸彈性模量;A 為鋼絲繩的有效橫截面積。

研究表明 ,鋼絲繩的蠕動(dòng)速度對(duì)襯墊的摩擦性能有一定的影響 ,單純從速度影響角度講 ,蠕動(dòng)速度增大會(huì)使襯墊的摩擦系數(shù)適當(dāng)提高 ,但磨損會(huì)增大。

環(huán)境溫度

我國(guó)幅員遼闊 ,冬夏兩季室外氣溫從 - 30～ +40 ℃ 應(yīng)屬正常 ,而室內(nèi)溫度應(yīng)能控制在 0～30 ℃范圍內(nèi)。

載荷壓力

襯墊工作時(shí)受到來(lái)自鋼絲繩的壓力 ,此壓力因襯墊所處位置不同而有較大差別。通常所說(shuō)的壓力(或比壓) 指平均壓力 ,是按照繩槽的投影面積計(jì)算而來(lái)的 ,計(jì)算公式為

式中 : N 為襯墊所受壓力的平均值 ; T1 為重載側(cè)鋼絲繩張力 ; T2 為輕載側(cè)鋼絲繩張力 ;D 為摩擦輪直徑 ;d 為鋼絲繩直徑。

根據(jù)計(jì)算 ,不同規(guī)格、型號(hào)的提升機(jī) ,其襯墊所受到的壓力是不同的 ,但平均壓力一般在 2. 0 MPa 左右 ,最大值低于 3. 0 MPa。

鋼絲繩的蠕動(dòng)速度

正常工作時(shí) ,襯墊與鋼絲繩間是不容許有相對(duì)滑動(dòng)的 ,如果出現(xiàn)滑動(dòng) ,則被認(rèn)為是摩擦副失效 ,容易帶來(lái)事故隱患。但由于鋼絲繩是彈性體 ,根據(jù)彈性體傳動(dòng)理論 ,鋼絲繩會(huì)在襯墊上產(chǎn)生彈性滑動(dòng)即蠕動(dòng)。由襯墊的工作環(huán)境一般都在室內(nèi) ,而與之密切聯(lián)系的鋼絲繩則不同。對(duì)于塔式提升機(jī) ,鋼絲繩要從機(jī)房通過(guò)四周開(kāi)放的井塔到達(dá)井筒。對(duì)于落地式提升機(jī) ,鋼絲繩則要完全暴露地通過(guò)室外才能到達(dá)井筒 , 鋼絲繩會(huì)受到日曬雨淋。相比之下 ,鋼絲繩的工作環(huán)境要惡劣得多 ,但因襯墊始終與鋼絲繩接觸 ,其摩擦性能在一定程度上會(huì)受到鋼絲繩溫度的影響 ,尤其是當(dāng)鋼絲繩表面有油脂時(shí) ,影響程度要大些。

3　襯墊的性能要求

襯墊的用途十分清楚的表明 ,摩擦系數(shù)是襯墊最重要的一項(xiàng)性能參數(shù)。從使用角度考慮 ,襯墊應(yīng)具備以下 3 個(gè)主要性能 :

摩擦系數(shù)要高。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)襯墊制造業(yè)的水平 ,許多摩擦系數(shù)應(yīng)該在 0. 20 以上。

摩擦系數(shù)應(yīng)具有隨鋼絲繩蠕動(dòng)速度的提高呈上升趨勢(shì)的特點(diǎn) ,以保證意外情況引起非正?；瑒?dòng)時(shí)滑動(dòng)速度收斂。

熱穩(wěn)定性好。當(dāng)意外情況引起非正?；瑒?dòng) , 導(dǎo)致襯墊繩槽表面溫度升高時(shí)不能熔化 ,且摩擦系數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定。