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带式输送机盘式制动器磨损安全性实验分析

文档作者：常映辉1，2 文档来源： 1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室，		点击数：	更新时间： 2025年10月06日
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试验研究
2023年第1期 Mechanical Managemenat nd Development No.1,2023
总第237期 机械管理开发 Total237
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.01.004
带式输送机盘式制动器磨损安全性实验分析
常映辉1，2
（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030051；
2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室， 山西 太原 030051)
摘要：带式输送机使用过程中对制动器的要求较高，盘式制动器以其稳定高的特点成为广泛使用的制动形式。对
于盘式制动器的磨损，采用实验分析的形式对不同材料的摩擦片在不同的润滑条件下进行磨损率分析，从而依据
磨损率的变化规律为盘式制动器的设计使用提供参考，保证带式输送机的制动安全。
关键词：带式输送机盘式制动器摩擦磨损磨损率
中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1003-773X(2023)01-0012-03
引言
带式输送机是进行煤矿开采过程中重要的输送
设备，具有运量大、输送平稳、适应性高的特点，在煤
矿及其他行业中具有广泛的应用。随着我国采煤自动
化技术的发展进步，煤矿开采的效率不断提高[，带
式输送机也朝着大型化、高速化的方向发展，以满足
煤矿的输送需求。同时，随之而来的是对带式输送机
制动器较高的性能要求，从而保证输送的安全可靠。
在带式输送机使用的制动器中[2]，盘式制动器具有稳
定性高、结构紧凑及散热性能好的优点，是主要使用
的制动器类型。盘式制动器依靠摩擦片与制动盘之间
的摩擦产生制动力矩，实现对带式输送机的停机制动[3]，
在井下复杂的环境中，盘式制动器受到潮湿、灰尘等
的影响，会加剧对摩擦片的磨损[4，造成材料磨损、热
裂纹等问题，影响带式输送机的安全制动，对煤矿的
安全生产造成影响。针对带式输送机所使用的盘式制
动器摩擦片，选择不同的摩擦片材料进行不同参数下
的磨损实验分析，从而确定摩擦片摩擦磨损的规律，
减小磨损，充分发挥盘式制动器的性能，保证带式输
送机的输送安全
1 盘式制动器摩擦磨损的影响因素分析
煤矿带式输送机在井下恶劣的环境中工作，空气
中的颗粒物较多，且井下环境较为潮湿，加剧了盘式
制动器的摩擦磨损[5]。盘式制动器受到多种因素的影
响作用，使其性能发生变化。制动器在摩擦过程中，引
起磨损的形式多样，包括磨粒磨损、黏着磨损及疲劳
磨损，常见的因素包括制动压力、制动速度、环境温
度、粗糙度及材料自身的性能等。
盘式制动器摩擦的过程中，随着制动压力的不
同，在较高的制动压力下，其摩擦副表面的塑性变形
随之增加，表面膜被破坏[6],使得两个接触表面直接
接触，造成严重的黏着磨损。同时，表面膜破坏之后的
磨粒被压碎，接触面之间的材料组织发生变化，进一
步加剧磨损。
盘式制动器动作过程中，制动的速度对摩擦磨损
具有重要的影响，制动速度较低时，在切向力的作用
下制动器接触面产生变形，随着制动速度的增加，会
引起摩擦副表面的温度增加，使得接触表面产生相应
的氧化膜[7,且材料的剪切强度因温升而下降，加剧
了表面的磨损
盘式制动器制动过程中，材料自身的性能对磨损
具有直接的影响作用，材料之间的摩擦状态不同，干
磨损与有润滑剂的状态下[8]，材料之间的接触性质发
生变化，含有润滑剂的摩擦表面可以形成表面膜，抵
抗表面的磨损。材料自身的基体材料是磨损的主要对
象，基体的硬度值越大，则抗剪切的能力越强[9]。材料
的晶粒越小，则磨损时剥落的物料越少，产生的磨损
越小。
2 盘式制动器磨损实验分析
2.1 磨损实验方案的设计
带式输送机盘式制动器常采用铜基及树脂基的
摩擦片，选用两种材质的摩擦片，以45号钢支撑的盘
体作为摩擦副材料，将摩擦片制成12mm×26mm×
10mm的方形样件，采用砂纸进行摩擦片表面打磨处
理，得到表面光滑的摩擦片材料[10]。采用MFT-400型
多工试验机进行摩擦实验，并通过EX24型电子天
平测量摩擦片的磨损量，从而对摩擦片的磨损率进行
计算分析。
在室温条件下，两种试样分别进行干摩擦及水润
滑条件的摩擦实验，对不同制动压力及制动速度下的
试样磨损率进行分析。
2.2 制动速度对磨损率的影响分析
对两种试样在不同的润滑条件下进行制动速度
的单因素实验，设定制动压力为20N，制动速度分别
为 40 mm/min、80 mm/min、120 mm/min、160 mm/min、
200mm/min，对两种不同材质的试样进行摩擦实验。
收稿日期：2022-08-01
作者简介：常映辉（1978一），男，山西汾阳人，硕士研究生，毕业于西安建筑科技大学，副研究员，研究方向为矿用装备自动化。
2023年第1期 常映辉：带式输 全性实验分析 13
在实验过程中，摩擦副表面在压应力的作用下产生变
形，随着表面滑移的增加，接触面上的凸起受到剪切
应力的作用形成磨屑11]，在接触面上形成裂纹，造成
接触基体的磨损。
在干摩擦条件下保持制动压力不变，随着制动速
度的增加，得到两种试样的磨损率变化如图1所示，
其中试样1为铜基摩擦片，试样2为树脂基摩擦片。
从图1中可以看出，两种试样的磨损率随制动速度的
增加变化趋势一致，均呈逐渐减小的趋势，其中试样
1铜基摩擦片的磨损率要大于试样2树脂基的磨损
率，其中试样1的变化率也略大。
0.50×104
试样1
0.45 试样2
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20 40 80 120 160 200
制动速度/（mm'min-)
图1 干摩擦条件下的磨损率变化曲线
在水润滑条件下同样保持制动压力不变，随着制
动速度的增加，得到两种试样的磨损率变化如图2所
示。从图2中可以看出，两种试样的磨损率相对干摩
擦条件具有明显的减小，且随着制动速度的增加，两
种试样的磨损率变化均逐渐减小，铜基摩擦片的磨损
率要大于树脂基摩擦片[12],且在制动速度增加的过程
中，铜基摩擦片的减小量要大于树脂基。
0.18?104
试样1 0.16 试样2
(ul）/率
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
40 80 120 160 200
制动速度/（mm'min-)
图2 水润滑条件下的磨损率变化曲线
2.3 制动压力对磨损率的影响分析
对两种试样在不同的润滑条件下进行制动压力
的单因素实验，设定制动速度为160mm/min，制动压
力分别为20N、25N、30N、35N、40N,对两种不同材
质的试样进行摩擦实验。在干摩擦条件下保持制动速
度不变，随着制动压力的增加，得到两种试样的磨损
率变化如图3所示。从图3中可以看出，随着制动压
力的增加，两种试样的磨损率均呈现增加的趋势，且
0.50X104
试样1
0.45 试样2
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
20 25 30 35 40
制动压力/N
图3 干摩擦条件下的磨损率变化曲线
试样1的磨损率要大于试样2，其增加量小于试样2。
制动压力的增加，使得接触表面的温度升高，产生热
效应，加剧了摩擦片的磨损。
同样在水润滑条件下保持制动速度不变，随着制
动压力的增加，得到两种试样的磨损率变化如图4所
示。从图4中可以看出，在水润滑条件下，两种试样产
生的磨损率小于干摩擦的磨损率，这是由于采用水润
滑可以较好地降低接触表面的温度，减少接触面的热
效应。两种试样的磨损率随制动压力的增加呈上升的
趋势，且试样1的磨损率大于试样2，其增加量要大
于试样2，这说明水润滑条件下对树脂基材料的磨损
率具有较好的抑制作用。
0.21×10-4
试样1
0.18 试样2
(U,)/率醉
0.15
0.12
0.09
0.06
0.03
20 25 30 35 40
制动压力/N
图4 水润滑条件下的磨损率变化曲线
3结论
带式输送机采用盘式制动器在井下使用过程中，
潮湿、粉尘的环境会加剧盘式制动器的磨损，且制动时
的速度、压力及摩擦副材料对磨损率具有重要的影响。
采用实验分析的形式对不同基体的摩擦片进行干摩
擦及水润滑条件下的磨损实验，结果表明：
1)在水润滑条件下，可以较好地减小摩擦片的
磨损率，随着制动速度的增加，摩擦片的磨损率会逐
渐减小；随着制动压力的增加，摩擦片的磨损率会逐
渐增加。
2)在相同的实验条件下，树脂基材料的磨损率要
小于铜基材料的磨损率，且在水润滑条件下，对树脂
基材料的磨损具有较好的抑制作用。
（编辑：王慧芳）
上接第11页）
（编辑：王慧芳）
14 第38卷
机械管理开发
jxglkfbjb@126.com
参考文献
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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
高容差范围，降低承载性能和强度对安装误差的敏感
性。从提高容差能力方面考虑，在强度满足使用要求
时，应最大程度上缩短椭圆长度。
参考文献
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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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