矿井提升机的摩擦热分析和衬垫温度的数字模拟.doc

矿井提升机的摩擦热分析和衬垫温度的数字模拟 HAN Dong-tai, GE Shi-rong, DU Xue-ping School of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China 摘要： 在矿井运行过程中衬垫的摩擦性能受到摩擦热的极大影响。基于摩擦机理和热传导原理，在运行的矿井提升机中PVC衬垫温度场的数学模型得以研究。 利用ANSYS的数值模拟被提出；基于基础假设的温度分布和热通量得到研究。结果显示随着模型半径范围的扩大温度渐渐降低，并且等温线是同心圆之半圆之弧。在模型中热通量是双侧对称的，而且成反辐射状下降。 关键字：矿提升机；擦热；衬垫；数值模拟；温度场 引言 当今，矿井提升机衬垫主要由PVC塑料和PU聚氨酯甲酸乙酯，这种材料具有聚合性能。PVC塑料和PU聚氨酯甲酸乙酯的热传导率相对较小。因此，当滑动时由于摩擦热会使材料温度升高，这也将导致相态和结构的变化。先前的实验表明，摩擦热是影响衬垫摩擦性能的最重要因素之一。这点可以由摩擦系数系数看出，随着聚氨酯甲酸乙酯衬垫温度的增加，摩擦系数会降低。聚合物对于温度很敏感，温度变化可以改变其表面的摩擦条件，加剧表面磨损或者是引起表面去矿化作用。因此，在研究钢丝绳和衬垫的摩擦机理时，摩擦热和其效果应当被考虑。为了了解各种不同因素对摩擦热的影响，首要的一步是了解摩擦过程中衬垫温度场的分布和变化。 滑动摩擦热机理 2.1 滑动模式 一般来说，绝对和相对滑动存在于特定情况，机矿井提升机运行时。绝对滑动（纯滑动）在两个条件下发生：第一个条件是摩擦轮旋转时钢丝绳静止，此时提升时，不能承载重量；另一个条件是钢丝绳在衬垫上滑动，类似于紧急刹车情况。运行时，相对滑动是由摩擦副的绝对速度的不同引起的，并且相对滑动的发生需要两个条件：第一，钢丝绳的速度比摩擦轮的速度大，当提升机卸载重量和减速是，滑动条件是相同的；第二，摩擦轮的速度大于钢丝绳的速度，这个条件和提升机在超载情况在运行的条件相同。 2.2 钢丝绳和衬垫见摩擦热产生机理 在滑动过程中，摩擦的主要影响是摩擦热。热量由抗摩擦功产生，摩擦功和摩擦力和滑动速度直接相关。对于软线驱动来说，欧拉公式是摩擦提升机的主要驱动原则。摩擦轮两边钢丝绳的伸展势力的限制速率见表一。次情况可描述为： Received 12 May 2008; accepted 15 August 2008 Projectssupported by the National Outstanding Youth Science Foundation of China and 0E4458 by the Youth Science Foundation of China University of Mining and Technology Corresponding author. Tel: +86 E-mail address: handongtai@cumt.edu.cn Fig. 1 Stretch forces of steel wire rope on both sides of the fiction wheel in its penultimate state T1 /T2=e ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 公式中e是自然对数基数2.71828，a是缠绕在摩擦轮上的钢丝绳的包角。U是钢丝绳和衬垫的摩擦系数，??和??分给是有载荷端和无载荷端的张力。一般来说，张力和正压力的关系是： ???????????????????????????????????????????????）Fig. 4 Simplified physical model of gasket t是半径为r的衬垫在任意时间的温度；是接触表面单位弧长度的热流量。 温度场的数学模拟 微元分析 衬垫热传导分析由FEM software ANSYS调查，由于其特殊的多场耦合函数，在温度模拟方面是很有利的。 利用ANSYS分析热传递的过程如下：首先，将物体分成小单元（包括一些小单元） 其次，按照能量守恒定理，在给定的边界和初始条件下解