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帶式輸送機盤式制動器磨損安全性實驗分析

文檔作者：常映輝1，2 文檔來源： 1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司 2.煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室，		點擊數：	更新時間： 2025年10月06日
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試驗研究
2023年第1期 Mechanical Managemenat nd Development No.1,2023
總第237期 機械管理開發 Total237
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.01.004
帶式輸送機盤式制動器磨損安全性實驗分析
常映輝1，2
（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西太原030051；
2.煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室， 山西 太原 030051)
摘要：帶式輸送機使用過程中對制動器的要求較高，盤式制動器以其穩定高的特點成為廣泛使用的制動形式。對
于盤式制動器的磨損，采用實驗分析的形式對不同材料的摩擦片在不同的潤滑條件下進行磨損率分析，從而依據
磨損率的變化規律為盤式制動器的設計使用提供參考，保證帶式輸送機的制動安全。
關鍵詞：帶式輸送機盤式制動器摩擦磨損磨損率
中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)01-0012-03
引言
帶式輸送機是進行煤礦開采過程中重要的輸送
設備，具有運量大、輸送平穩、適應性高的特點，在煤
礦及其他行業中具有廣泛的應用。隨著我國采煤自動
化技術的發展進步，煤礦開采的效率不斷提高[，帶
式輸送機也朝著大型化、高速化的方向發展，以滿足
煤礦的輸送需求。同時，隨之而來的是對帶式輸送機
制動器較高的性能要求，從而保證輸送的安全可靠。
在帶式輸送機使用的制動器中[2]，盤式制動器具有穩
定性高、結構緊湊及散熱性能好的優點，是主要使用
的制動器類型。盤式制動器依靠摩擦片與制動盤之間
的摩擦產生制動力矩，實現對帶式輸送機的停機制動[3]，
在井下復雜的環境中，盤式制動器受到潮濕、灰塵等
的影響，會加劇對摩擦片的磨損[4，造成材料磨損、熱
裂紋等問題，影響帶式輸送機的安全制動，對煤礦的
安全生產造成影響。針對帶式輸送機所使用的盤式制
動器摩擦片，選擇不同的摩擦片材料進行不同參數下
的磨損實驗分析，從而確定摩擦片摩擦磨損的規律，
減小磨損，充分發揮盤式制動器的性能，保證帶式輸
送機的輸送安全
1 盤式制動器摩擦磨損的影響因素分析
煤礦帶式輸送機在井下惡劣的環境中工作，空氣
中的顆粒物較多，且井下環境較為潮濕，加劇了盤式
制動器的摩擦磨損[5]。盤式制動器受到多種因素的影
響作用，使其性能發生變化。制動器在摩擦過程中，引
起磨損的形式多樣，包括磨粒磨損、黏著磨損及疲勞
磨損，常見的因素包括制動壓力、制動速度、環境溫
度、粗糙度及材料自身的性能等。
盤式制動器摩擦的過程中，隨著制動壓力的不
同，在較高的制動壓力下，其摩擦副表面的塑性變形
隨之增加，表面膜被破壞[6],使得兩個接觸表面直接
接觸，造成嚴重的黏著磨損。同時，表面膜破壞之后的
磨粒被壓碎，接觸面之間的材料組織發生變化，進一
步加劇磨損。
盤式制動器動作過程中，制動的速度對摩擦磨損
具有重要的影響，制動速度較低時，在切向力的作用
下制動器接觸面產生變形，隨著制動速度的增加，會
引起摩擦副表面的溫度增加，使得接觸表面產生相應
的氧化膜[7,且材料的剪切強度因溫升而下降，加劇
了表面的磨損
盤式制動器制動過程中，材料自身的性能對磨損
具有直接的影響作用，材料之間的摩擦狀態不同，干
磨損與有潤滑劑的狀態下[8]，材料之間的接觸性質發
生變化，含有潤滑劑的摩擦表面可以形成表面膜，抵
抗表面的磨損。材料自身的基體材料是磨損的主要對
象，基體的硬度值越大，則抗剪切的能力越強[9]。材料
的晶粒越小，則磨損時剝落的物料越少，產生的磨損
越小。
2 盤式制動器磨損實驗分析
2.1 磨損實驗方案的設計
帶式輸送機盤式制動器常采用銅基及樹脂基的
摩擦片，選用兩種材質的摩擦片，以45號鋼支撐的盤
體作為摩擦副材料，將摩擦片制成12mm×26mm×
10mm的方形樣件，采用砂紙進行摩擦片表面打磨處
理，得到表面光滑的摩擦片材料[10]。采用MFT-400型
多工試驗機進行摩擦實驗，并通過EX24型電子天
平測量摩擦片的磨損量，從而對摩擦片的磨損率進行
計算分析。
在室溫條件下，兩種試樣分別進行干摩擦及水潤
滑條件的摩擦實驗，對不同制動壓力及制動速度下的
試樣磨損率進行分析。
2.2 制動速度對磨損率的影響分析
對兩種試樣在不同的潤滑條件下進行制動速度
的單因素實驗，設定制動壓力為20N，制動速度分別
為 40 mm/min、80 mm/min、120 mm/min、160 mm/min、
200mm/min，對兩種不同材質的試樣進行摩擦實驗。
收稿日期：2022-08-01
作者簡介：常映輝（1978一），男，山西汾陽人，碩士研究生，畢業于西安建筑科技大學，副研究員，研究方向為礦用裝備自動化。
2023年第1期 常映輝：帶式輸 全性實驗分析 13
在實驗過程中，摩擦副表面在壓應力的作用下產生變
形，隨著表面滑移的增加，接觸面上的凸起受到剪切
應力的作用形成磨屑11]，在接觸面上形成裂紋，造成
接觸基體的磨損。
在干摩擦條件下保持制動壓力不變，隨著制動速
度的增加，得到兩種試樣的磨損率變化如圖1所示，
其中試樣1為銅基摩擦片，試樣2為樹脂基摩擦片。
從圖1中可以看出，兩種試樣的磨損率隨制動速度的
增加變化趨勢一致，均呈逐漸減小的趨勢，其中試樣
1銅基摩擦片的磨損率要大于試樣2樹脂基的磨損
率，其中試樣1的變化率也略大。
0.50×104
試樣1
0.45 試樣2
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20 40 80 120 160 200
制動速度/（mm'min-)
圖1 干摩擦條件下的磨損率變化曲線
在水潤滑條件下同樣保持制動壓力不變，隨著制
動速度的增加，得到兩種試樣的磨損率變化如圖2所
示。從圖2中可以看出，兩種試樣的磨損率相對干摩
擦條件具有明顯的減小，且隨著制動速度的增加，兩
種試樣的磨損率變化均逐漸減小，銅基摩擦片的磨損
率要大于樹脂基摩擦片[12],且在制動速度增加的過程
中，銅基摩擦片的減小量要大于樹脂基。
0.18?104
試樣1 0.16 試樣2
(ul）/率
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
40 80 120 160 200
制動速度/（mm'min-)
圖2 水潤滑條件下的磨損率變化曲線
2.3 制動壓力對磨損率的影響分析
對兩種試樣在不同的潤滑條件下進行制動壓力
的單因素實驗，設定制動速度為160mm/min，制動壓
力分別為20N、25N、30N、35N、40N,對兩種不同材
質的試樣進行摩擦實驗。在干摩擦條件下保持制動速
度不變，隨著制動壓力的增加，得到兩種試樣的磨損
率變化如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著制動壓
力的增加，兩種試樣的磨損率均呈現增加的趨勢，且
0.50X104
試樣1
0.45 試樣2
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
20 25 30 35 40
制動壓力/N
圖3 干摩擦條件下的磨損率變化曲線
試樣1的磨損率要大于試樣2，其增加量小于試樣2。
制動壓力的增加，使得接觸表面的溫度升高，產生熱
效應，加劇了摩擦片的磨損。
同樣在水潤滑條件下保持制動速度不變，隨著制
動壓力的增加，得到兩種試樣的磨損率變化如圖4所
示。從圖4中可以看出，在水潤滑條件下，兩種試樣產
生的磨損率小于干摩擦的磨損率，這是由于采用水潤
滑可以較好地降低接觸表面的溫度，減少接觸面的熱
效應。兩種試樣的磨損率隨制動壓力的增加呈上升的
趨勢，且試樣1的磨損率大于試樣2，其增加量要大
于試樣2，這說明水潤滑條件下對樹脂基材料的磨損
率具有較好的抑制作用。
0.21×10-4
試樣1
0.18 試樣2
(U,)/率醉
0.15
0.12
0.09
0.06
0.03
20 25 30 35 40
制動壓力/N
圖4 水潤滑條件下的磨損率變化曲線
3結論
帶式輸送機采用盤式制動器在井下使用過程中，
潮濕、粉塵的環境會加劇盤式制動器的磨損，且制動時
的速度、壓力及摩擦副材料對磨損率具有重要的影響。
采用實驗分析的形式對不同基體的摩擦片進行干摩
擦及水潤滑條件下的磨損實驗，結果表明：
1)在水潤滑條件下，可以較好地減小摩擦片的
磨損率，隨著制動速度的增加，摩擦片的磨損率會逐
漸減小；隨著制動壓力的增加，摩擦片的磨損率會逐
漸增加。
2)在相同的實驗條件下，樹脂基材料的磨損率要
小于銅基材料的磨損率，且在水潤滑條件下，對樹脂
基材料的磨損具有較好的抑制作用。
（編輯：王慧芳）
上接第11頁）
（編輯：王慧芳）
14 第38卷
機械管理開發
jxglkfbjb@126.com
參考文獻
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Experimental Analysis of Wear Safety of Belt Conveyor Disc Brake
Chang Yinghuil2
(1. China Coal Technology &amp;amp; Engineering Group Taiyuan Research Institute Co., Ltd., Taiyuan Shanxi
030051; 2. National Engineering Laboratory of Coal Mining Machinery &amp;amp; Equipment, Taiyuan Shanxi
030051)
Abstract: The requirements for brakes during the use of belt conveyors are high, and disc brakes are the widely used form of braking with
their high stability. For the wear of disc brakes, the wear rate of friction pads of different materials under different lubrication conditions is
analyzed in the form of experimental analysis, so as to provide reference for the design and use of disc brakes based on the change law of
wear rate and ensure the braking safety of belt conveyors.
Key words: belt conveyor; disc brake; frictional wear; wear rate
高容差范圍，降低承載性能和強度對安裝誤差的敏感
性。從提高容差能力方面考慮，在強度滿足使用要求
時，應最大程度上縮短橢圓長度。
參考文獻
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The Loading Bearing Performance of the Face Gear of Misalignment Drive by the Active
Tooth Surface Modification of a Spent Fuel Reactor
Zhang Ju , Guo Mingchao', Kan Chen', Xu Lei, Zhang Le', Peng Xianlong?
(1. China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd., Beijing 100840;2. Xi'An University of Science and
Technology, Xi'an Shaanxi 710054)
Abstract: The face gear drive system is the core technology of the reactor. For reasonable design of the installation tolerance of the
large-scale face gear drive, the loading bearing performance of the face gear of misalignment drive is studied. The active tooth surface
modification is performed on the face gear drive, the design parameters are briefly described, and mathematical models of the modified tooth
surface, geometry contact and loaded bearing contact are established. The influence of the misalignments on the loaded performance of the
face gear drive is analyzed by the application of the tooth contact and loaded tooth contact analysis. Numerical calculation examples shows
that the active modification is beneficial to improve the loading bearing performance, the very small installation misalignments lead to the
obvious decrease of the loading performance, the adverse efect of the misalignments could be reduced by the reasonable designed length of
the contact ellipse. The length of contact ellipse should be shortened as far as possible to improve the tolerance range under the condition
that the contact and bending strength are satisfied.
Key words: reactor face gear; tolerance; load bearing

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