提升機(jī)摩擦襯墊的力學(xué)性能及其耐磨性能研究

一、實(shí)驗(yàn)部分

選用作為研究對(duì)象分別編號(hào)為AB和C。首先根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制備拉伸壓縮硬度應(yīng)力松弛及摩擦磨損試樣拉伸試樣根據(jù)GB/T16421-1996制備壓縮和硬度試驗(yàn)試樣的公稱尺寸為15+0.2mmx8+0.2mm應(yīng)力松弛和磨損試樣的公稱尺寸為10mmx20mmx6mm。

在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上開(kāi)展ABC3種襯墊材料的拉伸實(shí)驗(yàn)和壓縮實(shí)驗(yàn)。采用D型邵氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度實(shí)驗(yàn)。采用UMT-2M型多功能摩擦試驗(yàn)機(jī)(CETR)進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn)及摩擦磨損試驗(yàn)。采用掃描電子顯微鏡觀察襯墊試樣磨損后的磨痕形貌。

二.結(jié)果與討論

為

(1)拉伸實(shí)驗(yàn)

圖1為3種襯墊材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。曲線表明3種襯墊材料均屬于“硬而強(qiáng)”的材料其拉伸過(guò)程中均未出現(xiàn)明顯的屈服過(guò)程,拉伸曲線大致可分為3 個(gè)階段:D彈性變形區(qū)即 oa 段,應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣示€性關(guān)系直線增加,oa段的斜率即為A襯墊材料的彈性模量，這一階段是由于高分子的鍵長(zhǎng)鍵角和小的運(yùn)動(dòng)單元的變化引起的:

彈塑性變形階段即ab 段，這一段是有一定弧度的曲線這反映了襯墊材料的黏彈性,黏性使襯墊材料有一定程度的彈性模量損失:

3斷裂階段即 bc 階段應(yīng)力超過(guò)了襯墊材料分子間的作用力，分子鏈斷裂,宏觀上表現(xiàn)為裂紋迅速擴(kuò)展,最終在集中應(yīng)力作用下斷裂應(yīng)力迅速降為0對(duì)比 3 種材料的斷裂延伸率和拉伸力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖2和圖3)A 墊材料具有最高的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率B 襯墊材料的抗拉強(qiáng)度比A襯墊材料要低一些，其塑性要比 A 襯墊材料差很多但是其彈性模量是最大的而c襯墊材料的抗拉性能和塑性都是最差的。

(2)壓縮實(shí)驗(yàn)

圖4為3種襯墊材料的壓縮應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線。結(jié)果表明,曲線基本呈相同變化趨勢(shì)。圖5為3種材料抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖結(jié)果表明B襯墊材料的抗壓強(qiáng)度和彈性模量都最高,在實(shí)際礦井提升機(jī)運(yùn)用中能承受最高的鋼絲繩及繩端載荷同時(shí)不容易發(fā)生大的變形對(duì)于礦井安全具有很大的作用。

(3)硬度實(shí)驗(yàn)

圖6為3種材料的硬度值,結(jié)果表明,其邵氏硬度大小關(guān)系為;B>A>C，但三者硬度值均分布在HD55~70與國(guó)外高性能襯墊的硬度值相近。C襯墊材料不論是在拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度還是硬度與 AB襯墊材料相比都有較大差距,推測(cè)C襯墊材料應(yīng)該為PVC或是PU之類的普通性能襯墊而AB襯墊材料應(yīng)該為性能相近的2種高性能襯墊。

(4)應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)

圖7為3 種襯墊材料的應(yīng)力松弛曲線當(dāng)襯墊被壓縮到一定程度開(kāi)始固定,應(yīng)變量不變時(shí),襯墊材料的應(yīng)力會(huì)立刻有大幅度降低,表明此時(shí)襯墊材料已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生應(yīng)力松弛。由圖 8 可知3 種材料在oa、abbc 階段的應(yīng)力時(shí)間變化率依次大幅度降低后一階段大約都為前一階段的 10%,這說(shuō)明襯墊材料的應(yīng)力衰減對(duì)時(shí)間的依賴規(guī)律相似即3種材料的應(yīng)力松弛機(jī)理一致。

(5）耐性能研究

圖9為3種試樣磨損后的磨損量對(duì)比，其中C襯墊材料耐磨性能最差磨痕要比AB襯墊材料寬且深,其磨損量約為AB襯墊材料的3倍由于A襯墊材料密度要比 B 襯墊材料低，磨損體積量高所以磨痕較 B襯墊材料明顯很多。

(6)微觀損形分析

圖10為3種襯墊材料磨損后的微觀形貌(X50)從磨痕可以判斷A襯墊材料的抗壓強(qiáng)度和彈性模量都不是很高,在給定的壓力和距離下材料已發(fā)生塑性變形B襯墊材料磨損區(qū)域表面僅有少量顆粒的脫落.

嚴(yán)重磨損區(qū)域大致呈圓形,在彈性變形下材料需要高的摩擦循環(huán)次數(shù)，才會(huì)發(fā)生比較明顯的磨損,而實(shí)驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)還未達(dá)到.故材料磨損很小。C襯墊試樣幾乎完全處于凸峰和凹谷組成的剝落區(qū)域排列無(wú)規(guī)則且比較密集在幾條凹谷的接合區(qū)域磨損會(huì)更加嚴(yán)重。

說(shuō)明C襯墊材料抗壓強(qiáng)度和彈性模量都要比AB2種墊材料差很多在相同壓力和變形的條件下,其塑性變形量最大導(dǎo)致其疲勞磨損最為嚴(yán)重。

四、結(jié)語(yǔ)

(1)A襯墊材料抗沖擊能力最強(qiáng),黏度最小而C襯墊材料抗沖擊能力最弱,黏度最大3種材料的應(yīng)力松弛機(jī)理一致:

(2)材料的磨損程度與其彈性模量和抗壓強(qiáng)度存在密切關(guān)系彈性模量和抗壓強(qiáng)度越大,磨損程。

END

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