多绳摩擦提升机摩擦衬垫温度场研究

2023-04-27 15:05 作者:酥慕糖腻歪腻歪 0人读过 | 我要投稿

多绳摩擦提升机摩擦衬垫温度场研究

一、参数化设计模型

钢丝绳与衬垫间的摩擦热生成和传导属于不稳定导热的范畴。研究摩擦热的分布及其在衬垫或钢丝绳内扩散的情况，须知在不同时刻，衬垫或钢丝绳内温度场变化的情况。对于钢丝绳而言，在滑动过程中摩擦副的受热分析如图 1所示。丝绳受热、放热的接触面为半圆弧，传热现象较为复杂。

由于钢丝绳内部结构较为复杂，要想准确获知其传热规律是十分困难的，因此，选择连续均质材料的衬垫作为研究对象，研究其内部温度场的分布情况。

为得到一个易于分析而又合理的衬垫模型，做如下假设:

(1)在正常的滑动条件下，的损量是很小的，因此，在分析时忽略摩擦过程中衬垫的磨损量钢丝绳和衬垫的接触形状是一个半径为 R的半圆弧局部接触面是一个半径为7的形接触弧，其中r为钢丝绳的半径。当滑动状况不变时，接触形状保持

不变。

(2)是均质、连续，且各为同性的聚合物材料，即衬垫的基本物理参数在摩擦过程中保持不变。

(3)加接触面面处热，不存在散热现象。

(4)在衬垫接触弧内，任意一个断面处的受热量在以为半径的小接触弧范围内均分布，且受热量q均为定值。

(5)传热现进根据以上5点假设，将实际工况抽象为如图2所示的衬垫模型

二.温度场分析

为了了解衬垫在摩擦热作用下内部温度场的分布状况，利用件的热分模块对模型进行热分析。

热分析模块可以析温度场不随时间变化的稳态传热问题，也可以分析温度场随时间变化的动态传热问题，尤其是软件具有的多场合功能使得在热分方面更为便利进行热分析的具体步骤如下:(1把研究对象划分成有限个单元(包含节点)。笔者以衬垫为研究对象，其模型可以看作是内壁加热的不稳定一维空心圆柱体，由于衬垫模型具有对称性的特点，所以只分析模型的一个截面即可。

由于衬垫是传热的不良导体，受摩擦热影响的区域很，因此截面内径取钢径”19mm度取2.1 mm。模型截面是一个半圆环面，将其沿径向分为20等份，周向分为80 等份，如图3所示。

2)根据能量恒原理解一定边界条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相关量。

2.1 参数设计

根据 ANSYS计算的需要，对相关参数进行以下选择3

(1)衬垫热物性能参数选用PVC 材料衬垫，密度p=1390 kg/m，比热容 cp= 1842.2 J/( kgC)导热系数=0.145 W/(m·C);

(2)动力参数轻载侧拉力T=222kN，相对滑速v=69.33mm/s;

(3)计算的边界条件 ab、bc 和 cd 边界绝热ad边界为均匀热流密度，且r=4 mm，g=0;r=1.9mm，q=9;

(4)计算的初始条模型初始时间 =0s 时模型初始温度t=20C。

选取钢丝绳对于摩擦轮的包围角为，钢丝绳与衬垫之间的摩擦因数“=0.35，根据摩擦热量传递经验，假设5%的摩擦热施加到衬垫上。

衬垫试验

为了验证衬垫与钢丝绳接触表面及内部的温度变化情况，在摩擦衬垫试验机上进行了相应的试验。衬垫内部温度测量点布置如图6 所示

在试验中，钢丝绳直径D=20mm，衬垫尺寸为100mmx80mmx50mm(长x宽x高)，衬垫由有限个微单元组成，微单元可以认为是一个微长方体，由图3可知，分析模型近似认为由有限个长方体组成的，由此认为仿真模型和试验模型一致。

根据我国摩擦衬垫摩擦因数的测试标准 MT/T248-1991 和JB/T10347一2002 的规定，摩擦试验台钢丝绳与衬垫的相对滑速为0.1~10mm/s，比压为1.02.0、3.0 MPa。

在相对滑速v=2mm/s、比压P=3MPa、

环境温度(即初始温度) T=12.9C 的条件下，得到的衬垫内部点 P、P、P、温度随时间变化的曲线如图 7所示。其中，P、P、P、与衬垫和钢丝绳接触摩擦表面的距离D分别为0.52、1.53、252mmo。

从图 7可以看出，随着摩擦时间的增加，PP2、P、处所测的的温度都是不断升高的，在 200s时，P点温升为9C左右，P,点温升为5C左右P;点温升约为4;P、P、P;三点在测试开始的前半段，温度上升较快，曲线比较陡峭，

而后半段温度上升变得较缓慢，甚至出现平坡，温度趋于稳定;同一时刻，P、P点处的温差要比 P、P;点处的温差大得多团在相对滑速v=5mm/s、比压P=3MPa、环境温度(即初始温度)T= 14.7的条件下，得到的衬垫内部点P、P、P温度随时间变化的曲线如图8所示。其中P、P、P与垫和钢丝绳接触摩擦表面的距离D分别为0.52、153、252 mm。

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