朱曉峰

（山西長(zhǎng)治莊子河煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

煤礦綜采工作面的安全生產(chǎn)在一定程度上受制于綜采設(shè)備的可靠性。目前，綜采工作面的大型機(jī)電設(shè)備包括有采煤機(jī)、輸送機(jī)、液壓支架以及掘進(jìn)機(jī)等。輸送機(jī)作為工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，主要承擔(dān)工作面煤炭、矸石以及設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)。近年來(lái)，隨著采煤工藝及技術(shù)的發(fā)展、煤炭產(chǎn)量的提高，使得帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、大傾角、高帶速的方向發(fā)展[1]。輸送機(jī)的可靠性與其制動(dòng)性能相關(guān)，而目前帶式輸送機(jī)所采用制動(dòng)器的類型為干式制動(dòng)器。因此，本文著重開(kāi)展干式制動(dòng)條件下帶式輸送機(jī)摩擦片的摩擦特性，為提升帶式輸送機(jī)的制動(dòng)性能及整機(jī)的可靠性提供指導(dǎo)。

1 理論基礎(chǔ)

帶式輸送機(jī)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(shù)。經(jīng)研究可知，影響帶式輸送機(jī)摩擦片摩擦因數(shù)的因素主要包括有：摩擦片的材質(zhì)、輸送帶的載荷、摩擦片的粗糙度、溫度等。目前，僅對(duì)摩擦片材質(zhì)、粗糙度以及溫度對(duì)摩擦片摩擦特性的影響進(jìn)行了研究，對(duì)制動(dòng)速度、制動(dòng)正壓力對(duì)摩擦片摩擦特性影響的研究較少[2]。

此外，帶式輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，不同工況下的制動(dòng)情況時(shí)制動(dòng)速度、制動(dòng)壓力參數(shù)不盡相同。因此，通過(guò)掌握制動(dòng)速度、制動(dòng)壓力對(duì)摩擦片制動(dòng)性能的影響，對(duì)優(yōu)化制動(dòng)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有指導(dǎo)意義。本文將通過(guò)試驗(yàn)研究不同制動(dòng)速度、制動(dòng)正壓力下摩擦片的摩擦性能。

2 帶式輸送機(jī)摩擦性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 摩擦副的建立

為了準(zhǔn)確得到摩擦片的摩擦性能，本文以山西長(zhǎng)治莊子河煤業(yè)有限公司帶式輸送機(jī)制動(dòng)器為研究載體，在此基礎(chǔ)上建立制動(dòng)輪與制動(dòng)器的摩擦副。其中，制動(dòng)輪的材質(zhì)為45 號(hào)鋼，制動(dòng)器的類型為鼓式制動(dòng)器。

2.1.2 摩擦片的制備

本文對(duì)兩種不同材質(zhì)摩擦片的摩擦學(xué)進(jìn)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(shí)將摩擦片的模具預(yù)熱后，將混料加入預(yù)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(yàn)流程

試驗(yàn)主要分為兩部分：其一為分析摩擦片在不同制動(dòng)速度、制動(dòng)正壓力下摩擦片的磨損行為（磨損率）。制動(dòng)正壓力選取為20 N、30 N、40 N、50 N；制動(dòng)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(dòng)時(shí)間下摩擦片的摩擦因數(shù)。此時(shí)，取制動(dòng)正壓力為30 N、制動(dòng)速度為500 r/min，制動(dòng)時(shí)間分別為1 min、2 min、3 min、4 min以及5 min。

磨損率的計(jì)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(zhì)量；ρ 為樣品的密度，s為樣品的摩擦路程；p為樣品的制動(dòng)正壓力。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 磨損率結(jié)果

不同的制動(dòng)通過(guò)試驗(yàn)對(duì)磨損率的研究可推算出摩擦片的壽命，因此可通過(guò)摩擦片的磨損率評(píng)價(jià)其制動(dòng)性能[4]。不同制動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓力的增加而上升，且當(dāng)制動(dòng)壓力大于40 N 時(shí)樣品1 的磨損率急劇上升；樣品2 磨損率的變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)?？傮w上來(lái)講，同等條件下樣品2 的磨損率高于樣品1。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因?yàn)椋寒?dāng)制動(dòng)正壓力大于45 N時(shí)在樣品1 表面會(huì)出現(xiàn)第三體物質(zhì)，隨著制動(dòng)正壓力的繼續(xù)增大第三體物質(zhì)脫落，使得摩擦面積增大，從而加劇了對(duì)樣品的磨損[5]。

不同制動(dòng)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(dòng)速度力下摩擦片的磨損率

如圖3 所示，隨著制動(dòng)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(shì)相對(duì)平穩(wěn)；當(dāng)制動(dòng)速度大于650 r/min 時(shí)，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(jīng)研究可知，隨著制動(dòng)速度的增加使得樣品表面溫度升高，進(jìn)而使得樣品表面各配料更加緊密，強(qiáng)度更大；且樣品1 的緊密程度遠(yuǎn)大于樣品2。因此，隨著制動(dòng)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(dāng)制動(dòng)正壓力小于45 N 時(shí)，樣品1的磨損率明顯小于樣品2 的磨損率。即說(shuō)明，當(dāng)制動(dòng)正壓力小于45 N 時(shí)，樣品1 的磨損特性優(yōu)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(dòng)時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖4 所示。

圖4 樣品摩擦因素隨著制動(dòng)時(shí)間的變化情況

如圖4 所示，樣品1 隨著制動(dòng)時(shí)間的增加，其摩擦因數(shù)幾乎不變；而樣品2 隨著制動(dòng)時(shí)間的增加，其摩擦因數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。

不同制動(dòng)正壓力下兩個(gè)樣品摩擦因數(shù)的變化趨勢(shì)如圖5 所示。

圖5 不同制動(dòng)壓力下樣品摩擦因素的變化情況

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

不同制動(dòng)速度下兩種樣品摩擦因素的變化趨勢(shì)如圖6 所示。

圖6 不同制動(dòng)速度下樣品摩擦因數(shù)的變化情況

如圖6 所示，隨著制動(dòng)速度的增加兩種樣品的摩擦因數(shù)均在減小，而且當(dāng)制動(dòng)速度大于650 r/min時(shí)樣品1 的摩擦因素急劇降低，制動(dòng)速度小于650 r/min 時(shí)其摩擦因數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。

綜上所述，制動(dòng)速度對(duì)樣品摩擦因數(shù)的影響明顯大于制動(dòng)正壓力和制動(dòng)時(shí)間對(duì)摩擦因數(shù)的影響。

4 結(jié)論

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)行可靠性和安全性直接決定綜采工作面的產(chǎn)煤效率。帶式輸送機(jī)制動(dòng)性能是影響其可靠性的關(guān)鍵，經(jīng)對(duì)帶式輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)摩擦片摩擦學(xué)的分析可知：

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

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