提升机摩擦衬垫的力学性能及其耐磨性能研究
提升机摩擦衬垫的力学性能及其耐磨性能研究
一、实验部分
选用作为研究对象分别编号为AB和C。首先根据国家标准制备拉伸压缩硬度应力松弛及摩擦磨损试样拉伸试样根据GB/T16421-1996制备压缩和硬度试验试样的公称尺寸为15+0.2mmx8+0.2mm应力松弛和磨损试样的公称尺寸为10mmx20mmx6mm。
在电子万能试验机上开展ABC3种衬垫材料的拉伸实验和压缩实验。采用D型邵氏硬度计进行硬度实验。采用UMT-2M型多功能摩擦试验机(CETR)进行应力松弛试验及摩擦磨损试验。采用扫描电子显微镜观察衬垫试样磨损后的磨痕形貌。
二.结果与讨论
为
(1)拉伸实验
图1为3种衬垫材料的应力-应变曲线。曲线表明3种衬垫材料均属于“硬而强”的材料其拉伸过程中均未出现明显的屈服过程,拉伸曲线大致可分为3 个阶段:D弹性变形区即 oa 段,应力随应变增加而呈线性关系直线增加,oa段的斜率即为A衬垫材料的弹性模量，这一阶段是由于高分子的键长键角和小的运动单元的变化引起的:
弹塑性变形阶段即ab 段，这一段是有一定弧度的曲线这反映了衬垫材料的黏弹性,黏性使衬垫材料有一定程度的弹性模量损失:
3断裂阶段即 bc 阶段应力超过了衬垫材料分子间的作用力，分子链断裂,宏观上表现为裂纹迅速扩展,最终在集中应力作用下断裂应力迅速降为0对比 3 种材料的断裂延伸率和拉伸力学性能发现(见图2和图3)A 垫材料具有最高的抗拉强度和断裂伸长率B 衬垫材料的抗拉强度比A衬垫材料要低一些，其塑性要比 A 衬垫材料差很多但是其弹性模量是最大的而c衬垫材料的抗拉性能和塑性都是最差的。
(2)压缩实验
图4为3种衬垫材料的压缩应力随时间变化的曲线。结果表明,曲线基本呈相同变化趋势。图5为3种材料抗压强度对比图结果表明B衬垫材料的抗压强度和弹性模量都最高,在实际矿井提升机运用中能承受最高的钢丝绳及绳端载荷同时不容易发生大的变形对于矿井安全具有很大的作用。
(3)硬度实验
图6为3种材料的硬度值,结果表明,其邵氏硬度大小关系为;B>A>C，但三者硬度值均分布在HD55~70与国外高性能衬垫的硬度值相近。C衬垫材料不论是在拉伸强度、压缩强度还是硬度与 AB衬垫材料相比都有较大差距,推测C衬垫材料应该为PVC或是PU之类的普通性能衬垫而AB衬垫材料应该为性能相近的2种高性能衬垫。
(4)应力松弛实验
图7为3 种衬垫材料的应力松弛曲线当衬垫被压缩到一定程度开始固定,应变量不变时,衬垫材料的应力会立刻有大幅度降低,表明此时衬垫材料已经开始发生应力松弛。由图 8 可知3 种材料在oa、abbc 阶段的应力时间变化率依次大幅度降低后一阶段大约都为前一阶段的 10%,这说明衬垫材料的应力衰减对时间的依赖规律相似即3种材料的应力松弛机理一致。
(5）耐性能研究
图9为3种试样磨损后的磨损量对比，其中C衬垫材料耐磨性能最差磨痕要比AB衬垫材料宽且深,其磨损量约为AB衬垫材料的3倍由于A衬垫材料密度要比 B 衬垫材料低，磨损体积量高所以磨痕较 B衬垫材料明显很多。
(6)微观损形分析
图10为3种衬垫材料磨损后的微观形貌(X50)从磨痕可以判断A衬垫材料的抗压强度和弹性模量都不是很高,在给定的压力和距离下材料已发生塑性变形B衬垫材料磨损区域表面仅有少量颗粒的脱落.
严重磨损区域大致呈圆形,在弹性变形下材料需要高的摩擦循环次数，才会发生比较明显的磨损,而实验的循环次数还未达到.故材料磨损很小。C衬垫试样几乎完全处于凸峰和凹谷组成的剥落区域排列无规则且比较密集在几条凹谷的接合区域磨损会更加严重。
说明C衬垫材料抗压强度和弹性模量都要比AB2种垫材料差很多在相同压力和变形的条件下,其塑性变形量最大导致其疲劳磨损最为严重。
四、结语
(1)A衬垫材料抗冲击能力最强,黏度最小而C衬垫材料抗冲击能力最弱,黏度最大3种材料的应力松弛机理一致:
(2)材料的磨损程度与其弹性模量和抗压强度存在密切关系弹性模量和抗压强度越大,磨损程。
END
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