由多绳摩擦式提升机的工作原理可知,安装于提升机摩擦轮(主导轮)简壳上的摩擦衬垫(以下简称衬垫)是摩擦式提升机用来驱动钢丝绳,提升载荷的一个非常重要的零件,其摩擦性能的好坏,直接影响着提升机的工作能力、工作效率和安全性等。

1.材料

      衬垫的用途主要有两个:一是增加摩擦轮与钢丝绳间的摩擦力,以提高提升机的工作能力和安全性;是充当隔离垫，将筒壳和钢丝绳隔离避免两者直接接触和相互摩擦,保护筒壳,延长钢丝绳使用寿命。

从衬垫的用途可知,制作衬垫的材料应具备两个主要特点:一是摩擦性能要好,即与钢丝绳对偶的摩擦系数要高而稳定;二是不能损伤钢丝绳,即衬垫的硬度应低于钢丝绳。围绕这两个特点,早期使用的衬垫材料大多为天然材料,如木材、皮革、橡胶以及铝合金等随着化学工业的发展,人们逐渐开始使用人工合成材料.如聚氯乙烯、聚氨酷橡胶以及树脂类材料等。

按材料的化学特性可将衬垫材料分为热熔型和非热熔型两类。聚氯乙烯、聚氨酷等属于热熔型材料。聚氨酷因其类型、组分不同而有许多种,性能上也有一定差异,用来制作衬垫的是聚酷型聚氨醋,其最大特点是韧性好、耐磨。但聚氨酷材料有其无法克服的弱点,如熔点低，一般只有 100 多度,意外情况下,难以保证衬垫的摩擦性能;尤其是热传导能力非常差(被用作冰箱保温材料足以证明),易使摩擦热聚集及局部温度升高而影响摩擦系数;横向钢性差,受力后变形大,易发生疲劳断裂;忌紫外线照射,老化周期短以及切削性能差等

非热熔型材料是指受热直到燃烧不会熔化的材料。与热熔型材料相比,非热熔型材料具有许多优点,如受热不熔化,意外情况下能够保证衬垫的摩擦性能;摩擦系数高而稳定,受温度影响小;硬度高,横向钢性好,受力后变形小,不易发生疲劳断裂;抗化学腐蚀、抗老化能力强,寿命长以及切削性能好等。国内使用较多的树脂类衬垫就是非热熔型材料,其摩擦性能优异。

根据多绳摩擦式提升机的工作特点,应该说非热熔型材料更适合于用作衬垫材料。

2、衬垫的工作条件

衬垫的工作条件主要包括表面状态、载荷压力、钢丝绳蠕动速度和环境温度等 4个方面,也是影响衬垫摩擦系数的4个主要因素。

2.1 表面状态

衬垫工作时,由于受使用现场诸多因素的影响其绳槽表面会有不同的状态,如干燥、淋水或有油脂但往往不是单纯的一种,而是几种状态揉合在一起，如油脂加淋水,而且还受到矿粉的污染,尤其是有油脂状态,矿粉被油脂粘住而附着在钢丝绳上,并参与摩擦面的工作。地下水是造成淋水的直接原因,而油脂则是钢丝绳的防腐剂,是衬垫与钢丝绳接触时从钢丝绳上粘过来的。我国多数情况下,衬垫是在有钢丝绳防腐脂并且淋水的情况下工作的,这种状态是所有表面状态中最恶劣的,对衬垫摩擦系数的不利影响最大。当然,这里所说的油脂并不是普通的防腐脂,而是摩擦提升专用的钢丝绳防腐脂 ,简称摩擦脂。

试验表明，一般情况下衬垫在不同表面状态下的摩擦系数是不同的,而涂脂状态下的摩擦系数最低因此,衬垫的摩擦性能是与表面状态密不可分的。通常所说的衬垫摩擦系数,在没有特别指明的情况下应该是指涂脂状态下的摩擦系数。

2.2 载荷压力

衬垫工作时受到来自钢丝绳的压力,此压力因衬垫所处位置不同而有较大差别。通常所说的压力(或比压)指平均压力,是按照绳槽的投影面积计算而来的,计算公式为

式中:N 为衬垫所受压力的平均值;Ti为重载侧钢丝绳张力;T2为轻载侧钢丝绳张力;D为摩擦轮直径;d 为钢丝绳直径。

根据计算,不同规格、型号的提升机,其衬垫所受到的压力是不同的,但平均压力一般在 2.0MPa 左右,最大值低于 3.0MPa。

2.3 钢丝绳的蠕动速度

正常工作时，衬垫与钢丝绳间是不容许有相对滑动的,如果出现滑动,则被认为是摩擦副失效,容易带来事故隐患。但由于钢丝绳是弹性体,根据弹性体传动理论,钢丝绳会在衬垫上产生弹性滑动即蠕动。由于受钢丝绳弹性差异、张力差的不同和运行速度不同等的影响,不同规格的提升机,钢丝绳的蠕动速度是不同的。蠕动速度的计算公式为

式中:V为钢丝绳蠕动速度AT为摩擦轮两侧钢丝绳张力差;V。为提升机运行时钢丝绳的线速度;E 为钢丝绳的拉伸弹性模量;A 为钢丝绳的有效横截面积。研究表明,钢丝绳的蠕动速度对衬垫的摩擦性能有一定的影响,单纯从速度影响角度讲,蠕动速度增大会使衬垫的摩擦系数适当提高,但磨损会增大。

2.4 环境温度

我国幅员辽阔,冬夏两季室外气温从- 30~+40C应属正常,而室内温度应能控制在0~30C范围内。衬垫的工作环境一般都在室内,而与之密切联系的钢丝绳则不同。对于塔式提升机,钢丝绳要从机房通过四周开放的井塔到达井筒。对于落地式提升机,钢丝绳则要完全暴露地通过室外才能到达井筒钢丝绳会受到日晒雨淋。相比之下,钢丝绳的工作环境要恶劣得多,但因衬垫始终与钢丝绳接触,其摩擦性能在一定程度上会受到钢丝绳温度的影响,尤其是当钢丝绳表面有油脂时,影响程度要大些。

3、衬垫的性能要求

衬垫的用途十分清楚的表明,摩擦系数是衬垫最重要的一项性能参数。从使用角度考虑,衬垫应具备

以下3 个主要性能:(1)摩擦系数要高。根据目前国内衬垫制造业的水平,许多摩擦系数应该在 0.20 以。(2)摩擦系数应具有随钢丝绳蠕动速度的提高呈上升趋势的特点,以保证意外情况引起非正常滑动时滑动速度收敛。

(3)热稳定性好。当意外情况引起非正常滑动导致衬垫绳槽表面温度升高时不能熔化，且摩擦系数应保持稳定。

除此之外,衬垫还应有足够的强度,内部组织均匀,不能有缺陷,耐油耐水,长期接触油脂和水性能保持稳定,不损伤钢丝绳,不含污染环境、有害人身健康的物质以及切削性能好等。