多繩摩擦提升機(jī)摩擦襯墊溫度場(chǎng)研究

2023-04-27 15:05 作者:酥慕糖膩歪膩歪 0人讀過(guò) | 我要投稿

多繩摩擦提升機(jī)摩擦襯墊溫度場(chǎng)研究

一、參數(shù)化設(shè)計(jì)模型

鋼絲繩與襯墊間的摩擦熱生成和傳導(dǎo)屬于不穩(wěn)定導(dǎo)熱的范疇。研究摩擦熱的分布及其在襯墊或鋼絲繩內(nèi)擴(kuò)散的情況，須知在不同時(shí)刻，襯墊或鋼絲繩內(nèi)溫度場(chǎng)變化的情況。對(duì)于鋼絲繩而言，在滑動(dòng)過(guò)程中摩擦副的受熱分析如圖 1所示。絲繩受熱、放熱的接觸面為半圓弧，傳熱現(xiàn)象較為復(fù)雜。

由于鋼絲繩內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要想準(zhǔn)確獲知其傳熱規(guī)律是十分困難的，因此，選擇連續(xù)均質(zhì)材料的襯墊作為研究對(duì)象，研究其內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布情況。

為得到一個(gè)易于分析而又合理的襯墊模型，做如下假設(shè):

(1)在正常的滑動(dòng)條件下，的損量是很小的，因此，在分析時(shí)忽略摩擦過(guò)程中襯墊的磨損量鋼絲繩和襯墊的接觸形狀是一個(gè)半徑為 R的半圓弧局部接觸面是一個(gè)半徑為7的形接觸弧，其中r為鋼絲繩的半徑。當(dāng)滑動(dòng)狀況不變時(shí)，接觸形狀保持

不變。

(2)是均質(zhì)、連續(xù)，且各為同性的聚合物材料，即襯墊的基本物理參數(shù)在摩擦過(guò)程中保持不變。

(3)加接觸面面處熱，不存在散熱現(xiàn)象。

(4)在襯墊接觸弧內(nèi)，任意一個(gè)斷面處的受熱量在以為半徑的小接觸弧范圍內(nèi)均分布，且受熱量q均為定值。

(5)傳熱現(xiàn)進(jìn)根據(jù)以上5點(diǎn)假設(shè)，將實(shí)際工況抽象為如圖2所示的襯墊模型

二.溫度場(chǎng)分析

為了了解襯墊在摩擦熱作用下內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布狀況，利用件的熱分模塊對(duì)模型進(jìn)行熱分析。

? 熱分析模塊可以析溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化的穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題，也可以分析溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)傳熱問(wèn)題，尤其是軟件具有的多場(chǎng)合功能使得在熱分方面更為便利進(jìn)行熱分析的具體步驟如下:(1把研究對(duì)象劃分成有限個(gè)單元(包含節(jié)點(diǎn))。筆者以襯墊為研究對(duì)象，其模型可以看作是內(nèi)壁加熱的不穩(wěn)定一維空心圓柱體，由于襯墊模型具有對(duì)稱(chēng)性的特點(diǎn)，所以只分析模型的一個(gè)截面即可。

由于襯墊是傳熱的不良導(dǎo)體，受摩擦熱影響的區(qū)域很，因此截面內(nèi)徑取鋼徑”19mm度取2.1 mm。模型截面是一個(gè)半圓環(huán)面，將其沿徑向分為20等份，周向分為80 等份，如圖3所示。

2)根據(jù)能量恒原理解一定邊界條件和初始條件下每一節(jié)點(diǎn)處的熱平衡方程，由此計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)溫度，繼而進(jìn)一步求解出其他相關(guān)量。

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù) ANSYS計(jì)算的需要，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行以下選擇3

(1)襯墊熱物性能參數(shù) 選用PVC 材料襯墊，密度p=1390 kg/m，比熱容 cp= 1842.2 J/( kgC)導(dǎo)熱系數(shù)=0.145 W/(m·C);

(2)動(dòng)力參數(shù)輕載側(cè)拉力T=222kN，相對(duì)滑速v=69.33mm/s;

(3)計(jì)算的邊界條件 ab、bc 和 cd 邊界絕熱ad邊界為均勻熱流密度，且r=4 mm，g=0;r=1.9mm，q=9;

(4)計(jì)算的初始條模型初始時(shí)間 =0s 時(shí)模型初始溫度t=20C。

選取鋼絲繩對(duì)于摩擦輪的包圍角為，鋼絲繩與襯墊之間的摩擦因數(shù)“=0.35，根據(jù)摩擦熱量傳遞經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)5%的摩擦熱施加到襯墊上。

襯墊試驗(yàn)

為了驗(yàn)證襯墊與鋼絲繩接觸表面及內(nèi)部的溫度變化情況，在摩擦襯墊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。襯墊內(nèi)部溫度測(cè)量點(diǎn)布置如圖6 所示

在試驗(yàn)中，鋼絲繩直徑D=20mm，襯墊尺寸為100mmx80mmx50mm(長(zhǎng)x寬x高)，襯墊由有限個(gè)微單元組成，微單元可以認(rèn)為是一個(gè)微長(zhǎng)方體，由圖3可知，分析模型近似認(rèn)為由有限個(gè)長(zhǎng)方體組成的，由此認(rèn)為仿真模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢隆?/p>

根據(jù)我國(guó)摩擦襯墊摩擦因數(shù)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) MT/T248-1991 和JB/T10347一2002 的規(guī)定，摩擦試驗(yàn)臺(tái)鋼絲繩與襯墊的相對(duì)滑速為0.1~10mm/s，比壓為1.02.0、3.0 MPa。

在相對(duì)滑速v=2mm/s、比壓P=3MPa、

環(huán)境溫度(即初始溫度) T=12.9C 的條件下，得到的襯墊內(nèi)部點(diǎn) P、P、P、溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖 7所示。其中，P、P、P、與襯墊和鋼絲繩接觸摩擦表面的距離D分別為0.52、1.53、252mmo。

從圖 7可以看出，隨著摩擦?xí)r間的增加，PP2、P、處所測(cè)的的溫度都是不斷升高的，在 200s時(shí)，P點(diǎn)溫升為9C左右，P,點(diǎn)溫升為5C左右P;點(diǎn)溫升約為4;P、P、P;三點(diǎn)在測(cè)試開(kāi)始的前半段，溫度上升較快，曲線(xiàn)比較陡峭，

而后半段溫度上升變得較緩慢，甚至出現(xiàn)平坡，溫度趨于穩(wěn)定;同一時(shí)刻，P、P點(diǎn)處的溫差要比 P、P;點(diǎn)處的溫差大得多團(tuán)在相對(duì)滑速v=5mm/s、比壓P=3MPa、環(huán)境溫度(即初始溫度)T= 14.7的條件下，得到的襯墊內(nèi)部點(diǎn)P、P、P溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖8所示。其中P、P、P與墊和鋼絲繩接觸摩擦表面的距離D分別為0.52、153、252 mm。

。

從圖 8 可以看出，隨著摩擦?xí)r間的增加，PP2、P;處所測(cè)的的溫度都不斷升高，在 15 時(shí)，P點(diǎn)溫升為11.5C左右，P點(diǎn)溫升為6C左右，P點(diǎn)溫升為5C左右;PPP;三點(diǎn)處在測(cè)試開(kāi)的前半段，曲線(xiàn)比較陡峭，后半段溫度上升較緩慢，溫度較穩(wěn)定;同一時(shí)刻，P、P點(diǎn)處的溫差要比 PP點(diǎn)處的溫差大很多。

四、結(jié)論

(1)在鋼絲繩與襯墊的相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中，消耗的摩擦功絕大部分將轉(zhuǎn)化為熱量，擴(kuò)散到鋼絲繩、襯墊等介質(zhì)中。隨著摩擦?xí)r間的增加，襯墊表面的摩擦熱沿著徑向傳遞到襯墊內(nèi)部，導(dǎo)致襯墊內(nèi)部溫度上升。在摩擦?xí)r間一定的情況下，襯墊內(nèi)部點(diǎn)的溫升幅度隨著相對(duì)滑動(dòng)速度的增大而增大。

(2)在摩擦的開(kāi)始階段，墊內(nèi)部點(diǎn)的溫度上升幅度隨著時(shí)間的增加而變快，但溫度增加到一定程度時(shí)，升幅會(huì)逐漸變緩并達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的溫度值。試驗(yàn)表明此刻檢測(cè)點(diǎn)處于熱平衡狀態(tài)，獲得熱量是由襯墊表面沿內(nèi)徑方向傳遞的熱量，且近似相等。

(3)同一時(shí)刻，溫度上升的幅度隨著距襯墊表面距離的增大而變緩，這表明襯墊的導(dǎo)熱性能很差，屬于熱的不良導(dǎo)體，這與由 ANSYS模擬得到的結(jié)果基本保持一致。

(4化一線(xiàn)變化過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)值抖動(dòng)現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是:在試驗(yàn)過(guò)程中比壓和速度發(fā)生變化，需要不斷調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)，以保持恒壓和勻速狀態(tài)在調(diào)節(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的溫度小幅抖動(dòng)現(xiàn)象不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)論。