多繩摩擦式提升機的摩擦襯墊材料、性能、工作狀態全面解析

1　襯墊材料

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

從襯墊的用途可知 ,制作襯墊的材料應具備兩個主要特點:一是摩擦性能要好 ,即與鋼絲繩對偶的摩擦系數要高而穩定 ;二是不能損傷鋼絲繩 ,即摩擦襯墊的硬度應低于鋼絲繩。圍繞這兩個特點 ,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。隨著化學工業的發展 ,人們逐漸開始使用人工合成材料 ,如聚氯乙烯、聚氨酯橡膠以及樹脂類材料等。

按材料的化學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 ,用來制作襯墊的是聚酯型聚氨酯 ,其最大特點是韌性好、耐磨。但聚氨酯材料有其無法克服的弱點 ,如熔點低 ,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 ;橫向鋼性差 ,受力后變形大 ,易發生疲勞斷裂 ;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熔化的材料。與熱熔型材料相比 ,非熱熔型材料具有許多優點 ,如受熱不熔化 ,意外情況下能夠保證襯墊的摩擦性能 ;摩擦系數高而穩定 ,受溫度影響小 ;硬度高 ,橫向鋼性好 ,受力后變形小 ,不易發生疲勞斷裂 ;抗化學腐蝕、抗老化能力強 ,壽命長以及切削性能好等。國內使用較多的樹脂類襯墊就是非熱熔型材料 ,其摩擦性能優異。

根據多繩摩擦式提升機的工作特點 ,應該說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、載荷壓力、鋼絲繩蠕動速度和環境溫度等 4 個方面 ,也是影響襯墊摩擦系數的 4 個主要因素。

表面狀態

襯墊工作時 ,由于受使用現場諸多因素的影響 , 其繩槽表面會有不同的狀態 ,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 ,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從鋼絲繩上粘過來的。我國多數情況下 ,襯墊是在有鋼絲繩防腐脂并且淋水的情況下工作的 ,這種狀態是所有表面狀態中最惡劣的 ,對襯墊摩擦系數的不利影響最大。當然 ,這里所說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 ,簡稱摩擦脂。

試驗表明 ,一般情況下襯墊在不同表面狀態下的摩擦系數是不同的 ,而涂脂狀態下的摩擦系數最低 , 因此 ,襯墊的摩擦性能是與表面狀態密不可分的。通常所說的襯墊摩擦系數 ,在沒有特別指明的情況下 , 應該是指涂脂狀態下的摩擦系數。

于受鋼絲繩彈性差異、張力差的不同和運行速度不同等的影響 ,不同規格的提升機 ,鋼絲繩的蠕動速度是不同的。蠕動速度的計算公式為

式中:V 為鋼絲繩蠕動速度;Δ T 為摩擦輪兩側鋼絲繩張力差;V0 為提升機運行時鋼絲繩的線速度;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 ,鋼絲繩的蠕動速度對襯墊的摩擦性能有一定的影響 ,單純從速度影響角度講 ,蠕動速度增大會使襯墊的摩擦系數適當提高 ,但磨損會增大。

環境溫度

我國幅員遼闊 ,冬夏兩季室外氣溫從 - 30～ +40 ℃ 應屬正常 ,而室內溫度應能控制在 0～30 ℃范圍內。

載荷壓力

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

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

根據計算 ,不同規格、型號的提升機 ,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。

鋼絲繩的蠕動速度

正常工作時 ,襯墊與鋼絲繩間是不容許有相對滑動的 ,如果出現滑動 ,則被認為是摩擦副失效 ,容易帶來事故隱患。但由于鋼絲繩是彈性體 ,根據彈性體傳動理論 ,鋼絲繩會在襯墊上產生彈性滑動即蠕動。由襯墊的工作環境一般都在室內 ,而與之密切聯系的鋼絲繩則不同。對于塔式提升機 ,鋼絲繩要從機房通過四周開放的井塔到達井筒。對于落地式提升機 ,鋼絲繩則要完全暴露地通過室外才能到達井筒 , 鋼絲繩會受到日曬雨淋。相比之下 ,鋼絲繩的工作環境要惡劣得多 ,但因襯墊始終與鋼絲繩接觸 ,其摩擦性能在一定程度上會受到鋼絲繩溫度的影響 ,尤其是當鋼絲繩表面有油脂時 ,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 ,摩擦系數是襯墊最重要的一項性能參數。從使用角度考慮 ,襯墊應具備以下 3 個主要性能 :

摩擦系數要高。根據目前國內襯墊制造業的水平 ,許多摩擦系數應該在 0. 20 以上。

摩擦系數應具有隨鋼絲繩蠕動速度的提高呈上升趨勢的特點 ,以保證意外情況引起非正常滑動時滑動速度收斂。

熱穩定性好。當意外情況引起非正常滑動 , 導致襯墊繩槽表面溫度升高時不能熔化 ,且摩擦系數應保持穩定。