磨損面積擴(kuò)散率對(duì)閘瓦磨損壽命的影響

第1項(xiàng)盤式閘瓦磨損過(guò)程分析

不考慮制動(dòng)盤偏擺因素情況下 按時(shí)間歷程分以下3個(gè)階段:

(1)磨合階段輪廓接觸發(fā)生在宏觀幾何形狀相對(duì)較高的區(qū)域(主要是安裝誤差引起的端面不平度)，蝶力作用在局部區(qū)

域根據(jù)庫(kù)倫定律制動(dòng)力并未減小但較高的局部正壓力促使磨損加劇磨損面積增大局部正壓力減小磨損率降低表面形貌的幾何尺度進(jìn)入表面波紋度(值的大小主要受加工方法所限)的數(shù)量級(jí)。從表面形貌的幾何尺度進(jìn)入表面波紋度的數(shù)量級(jí)直至微觀幾何數(shù)量級(jí)階段是穩(wěn)定磨損”只是后者相對(duì)前者接觸面積進(jìn)一步增大;

(2)穩(wěn)定磨損階段。磨損面積近似等于名義接觸面積
(3)閘瓦的磨損使閘瓦報(bào)廢更換階段 此時(shí)因閘瓦的磨損使制動(dòng)力矩不能滿足要求或者或者調(diào)整瓦間隙后雖然制動(dòng)力矩滿足要求但閘瓦的機(jī)械性能已不滿足要求

第2項(xiàng)
基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

由眾多的離散的小接觸面積的統(tǒng)計(jì)和值分析如下在閘瓦磨損過(guò)程中，由于在接觸區(qū)閘瓦材料的彈塑性變形實(shí)際上磨損面積略大于實(shí)際接觸面積 理論上一般認(rèn)為閘瓦的磨損面積近似等于實(shí)際接觸面積閘瓦-制動(dòng)盤摩擦副名義接觸面積S=axb 是一定值。而對(duì)于單位時(shí)間內(nèi)磨損面積的與原磨損面積”的關(guān)系，從邏輯上需要分磨合階段、穩(wěn)定磨損階段。在穩(wěn)定磨損階段 閘瓦-制動(dòng)盤摩擦副的磨損面積等于名義接觸面積 因此單位時(shí)間內(nèi)磨損面積的增量在外載荷、環(huán)境介質(zhì)因素不變的情況下是與名義接觸面積呈某一比值這一比值即為磨損面積擴(kuò)散率設(shè)此定值為在磨合階段磨損面積擴(kuò)散率視作變量以符號(hào)表示因此當(dāng)外載荷環(huán)境介質(zhì)因素不變的情況下可近似認(rèn)為磨損面積的增量與前一時(shí)刻的磨損面積呈比值的關(guān)系即A(t+A)-A(t)=kA(t)將閘瓦磨損視作連續(xù)的過(guò)程,磨損面積擴(kuò)散率通過(guò)時(shí)刻，時(shí)未磨損面積B(t)給出定義式這是符合實(shí)際磨損過(guò)程的事實(shí)上磨損面積擴(kuò)散率與已磨損面積A(t)并無(wú)直接關(guān)系反而在其它工因素已定的情況下由未磨損面積決定tuB(t)(1式中從一制動(dòng)過(guò)程中未磨損面積向磨損面積的瞬時(shí)轉(zhuǎn)化速率作為變量符號(hào)引入 近似計(jì)算中 其值與時(shí)間存在聯(lián)系但沒有時(shí)間累積性故在積分過(guò)程中可視作常量 如果將u視作時(shí)間變量則進(jìn)入二元微分方程組的求解而二元微分方程這求解出因變量的具體表達(dá)式局限性很強(qiáng)從的影響因素包括制動(dòng)工況、材料、環(huán)境介質(zhì)等。制動(dòng)工況參

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

數(shù)包括相對(duì)滑動(dòng)速度、外載荷、制動(dòng)盤偏擺值、閘瓦及制動(dòng)盤安裝誤差等 材料參數(shù)主要指材料的表面幾何參數(shù)、表面性質(zhì)參數(shù)(主要指強(qiáng)度、硬度熱穩(wěn)定性抗疲勞等)環(huán)境介質(zhì)參數(shù)主要包括吸附膜溫升等沖擊與振動(dòng)也影響了從的取值。這些因素強(qiáng)合在起參數(shù)間數(shù)量級(jí)特別是每一因素的影響權(quán)重在不同的制動(dòng)工況、制動(dòng)方式下取值不同 這也是沒有從這些參數(shù)中選取自變量而是從磨損面積擴(kuò)散率著手建立微分方程以近似估計(jì)閘瓦壽命磨合時(shí)間、閘瓦定期更換的周期的原因

設(shè)摩擦副在其壽命周期內(nèi)某一時(shí)刻的磨損面積為A(t)末磨損面積B()名義接面積S則。

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

曲線性質(zhì)可知 隨制動(dòng)時(shí)數(shù)的增加 磨損面積逐漸增大開始階段磨損面積的增率較小原因是此時(shí)其增量受閘瓦安裝誤差引起的端面不平度影影響 中間階段接近線性增長(zhǎng) 原因在于此時(shí)其增量受制造加工時(shí)產(chǎn)生的表面波紋度影響當(dāng)接近0.95s的時(shí)候增速變緩主要原因在于此時(shí)受表面形貌的微觀表面不平度影響 之后的磨合終了階段 輪廓接觸面積近似等于名義接面積(2)從圖3即式7)曲線性質(zhì)可分析出 隨著損時(shí)間的增加磨損面積擴(kuò)散率逐漸增大，當(dāng)達(dá)到峰值后逐漸減小至接近于零 達(dá)到峰值的時(shí)間t可以令A(yù)(t=0求出經(jīng)計(jì)算的表達(dá)式如下。

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

等于名義接觸面積S而實(shí)際上是經(jīng)過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)的磨合接觸表面進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段這表明在磨合終了階段閘瓦磨損面積擴(kuò)散率有很大幅度的降低，即這一階段磨損面積值變化并不大，且其數(shù)值的變化對(duì)磨損參數(shù)影響不大 這一分析結(jié)果很好的詮釋了JB/T3721-1999礦用提升機(jī)盤形制動(dòng)器閘瓦標(biāo)準(zhǔn)的“礦井提升所用閘瓦當(dāng)接觸面積達(dá)到配置的多副閘瓦之和的95%就認(rèn)為進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段”的規(guī)定

(4)由圖4可得開始制動(dòng)階段在壓力加載的過(guò)程中瓦發(fā)生彈塑性變形接觸面積與壓力P的指數(shù)值成比例即滿足4。

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

其中C為比例系數(shù)由閘瓦材料決定因礦用閘瓦一般是增強(qiáng)纖維型樹脂基復(fù)合材料，故C值及具體的指數(shù)值必須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定由于(0~A時(shí)間極短 制動(dòng)初期磨損面積約等于A。所以在圖4的磨損面積擴(kuò)散率曲線上初期幾乎為0在磨合階段磨損面積擴(kuò)散率的絕對(duì)值有較大增長(zhǎng)當(dāng)有磨合階段進(jìn)入穩(wěn)定磨損的過(guò)程中，磨損面積擴(kuò)散率由最大值回復(fù)到接近零的狀態(tài)這與閘瓦的實(shí)際磨合過(guò)程是相符的(5)當(dāng)閘瓦進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段磨損面積略低于名義接觸面積，當(dāng)外載荷與工況條件相差不大的情況下閘瓦的磨損厚度與時(shí)間成正比即滿足。

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

(6)閘瓦磨損厚度計(jì)算。磨合階段的磨損厚度是宏觀幾何誤差、表面波紋度、表面粗糙度之和，，般可經(jīng)驗(yàn)取值因?yàn)檫@一數(shù)值在去除宏觀幾何誤差的情況下與穩(wěn)定階段的磨損厚度相比較小，故在磨損厚度近似計(jì)算中不計(jì)入在精度上是可以接受的，同理當(dāng)計(jì)算磨合階段所用時(shí)間可以令A(yù)(t)-95%·SJB/T3721-1999標(biāo)準(zhǔn)推薦規(guī)定“在低載低速工況下不低于72h”所以此處不具體。

基于磨損面積擴(kuò)散率的閘瓦磨損模型的建立

計(jì)算其值直接以72h 代入JB/T 3721-1999 規(guī)定“JK型提升機(jī)閘瓦與制動(dòng)盤的間隙為(1~15)mm。如閘瓦磨損厚度超過(guò)2mm時(shí)應(yīng)及時(shí)更換”故有下式成立。

第2項(xiàng)

經(jīng)分析和例證表明

(1)通過(guò)磨損面積擴(kuò)散率對(duì)閘瓦磨損壽命估計(jì)所用的思路是明確的建立的模型雖稍顯繁瑣但模型與磨損深度、質(zhì)量磨損率及體積磨損率等概念相比更加符合實(shí)際磨損過(guò)程伯努利方程解法對(duì)模型的適用性也很好。這些方式方法對(duì)計(jì)算其它接觸表面的磨損具有普遍適用意義;

(2)通過(guò)基于閘瓦的磨損面積的時(shí)變性 得出閘瓦磨損壽命的近似式從而可對(duì)閘瓦壽命做較為精確的近似計(jì)算。不足之處是缺乏足夠的工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合出從隨工況參數(shù)的變化曲線或以工況參數(shù)為自變量的高次多項(xiàng)式影響了求解的精度。

END

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