粗糙表面的摩擦触觉感知研究

本文中研究了手指触摸粗糙表面的摩擦振动特性、脑电生理反应和主观评价,为产品触感舒适性和抓握可靠性设计以及产品触感量化表征提供理论依据. 研究结果显示:随着表面轮廓算术平均偏差和轮廓单元平均宽度的降低,摩擦系数和功率谱重心逐渐增大,垂直偏差逐渐降低;垂直偏差、功率谱重心和摩擦系数特征参数能够反应粗糙表面的形貌特征变化,并且与人的主观感知评价一致,可以用来定量表征人对材料表面粗糙度、细致度和黏着度的感知. ERP曲线的P200成分峰值与接触表面的粗糙特征相关,粗糙度大的表面诱发的P200峰值高;P300成分与人的主观认知判断有关,粗糙感强、细致感差及黏着感低的表面诱发的P300峰值高且潜伏期短. 研究表明,材料表面的粗糙特性通过影响皮肤的接触摩擦行为,进而影响人脑的触觉感知和主观评价. 表面摩擦振动特性、人脑电生理反应和触感主观评价具有相关性,三者结合是系统研究粗糙表面摩擦触觉感知的有效手段.      

矿井提升钢丝绳改性氧化石墨烯润滑油减摩特性研究

针对恶劣提升工况下润滑失效导致的提升钢丝绳内部钢丝摩擦磨损严重的问题,开展改性氧化石墨烯润滑油减摩特性研究. 首先,制备十八胺官能化氧化石墨烯(ODA-GO)及其水合肼还原材料(ODA-rGO),分析其化学结构、表面形貌、片层间距和缺陷,探究其在钢丝绳润滑油IRIS中的分散性;接着,用四球机评价改性润滑油的减摩抗磨性能并研究其润滑机理;最后,评判ODA-GO改性油对钢丝减摩的改进效果. 结果表明:ODA通过酰胺化反应和亲核取代反应接枝在GO表面,ODA-GO拥有高接枝密度的十八烷基链,并在IRIS中分散性较好,ODA-rGO则相反,但在最优添加量下ODA-rGO的抗磨减摩性优于ODA-GO;改性石墨烯基材料会附着在摩擦接触表面,并填补已损伤区域,从而减少磨损;ODA-GO改性油使钢丝间摩擦系数降低10%,疲劳磨损显著降低.      

缠绕提升钢丝绳绕入冲击摩擦特性研究

为掌握多层缠绕提升钢丝绳层与层之间滑动摩擦磨损特性,在自制缠绕式矿井提升机钢丝绳层间摩擦试验台上,以6×19热镀锌钢丝绳为研究对象,对不同载荷、滑移速度、冲击速度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及接触区域温升变化规律进行试验探究.研究结果表明:摩擦系数变化分为快速增长阶段、过渡阶段、稳定阶段;摩擦系数随载荷增加小幅减小,随滑移速度增大总体呈降低趋势;缠绕钢丝绳滑动摩擦温升集中于接触区域,最大温升受滑移速度影响明显,随速度增加而增大;冲击摩擦系数明显低于稳定滑动摩擦系数,最大冲击摩擦系数随冲击速度、滑移速度增大而增大,随着冲击载荷增大出现多次冲击摩擦.     

提升机盘形制动器闸瓦三维瞬态温度场仿真与试验研究

结合提升机盘形制动器的实际运行工况,基于热传导理论及积分变换法,运用多物理场耦合数值分析软件对正常制动工况下闸瓦的温度场进行仿真计算,得到闸瓦三维瞬态温度场随时间的变化规律.同时,模拟提升机实际制动工况,采用X-DM型调压变速摩擦磨损试验机评价无石棉闸瓦材料与16Mn钢对摩时的摩擦磨损性能,采集闸瓦在试验过程中的温升数据,最后将仿真结果和试验数据进行对比分析.结果表明：闸瓦温度随径向距离增加而增大,摩擦热量主要集中于摩擦表面层,闸瓦温度在制动过程中先升后降.与试验结果对比分析表明,仿真计算结果与试验结果之间的最大误差为3.28%,二者之间吻合良好,从而证明了所用仿真计算方法的正确性和适用性.     

NbSe2/Ag纳米复合材料的制备及其作为煤矿机械机用润滑油添加剂摩擦学行为的研究

采用化学还原法成功制备出NbSe₂/Ag纳米复合材料,即在NbSe₂纳米片表面沉积1层纳米Ag颗粒. 采用UMT-2摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜(SEM)研究了NbSe₂/Ag纳米复合材料添加到煤矿机械机用润滑油中的摩擦学行为. 结果表明:相比于纳米Ag颗粒和NbSe₂,NbSe₂/Ag纳米复合材料添加到润滑油中更加有效地改善了润滑油的润滑承载效果. NbSe₂/Ag纳米复合材料所表现出最优良的摩擦学行为. 原因主要可能在于4个方面:第一,根据理论计算得出NbSe₂、Ag和NbSe₂/Ag纳米复合材料产生滑移的最大抗剪切强度按从小到大顺序排列为NbSe₂/Ag纳米复合材料、Ag、NbSe₂。NbSe₂/Ag纳米复合材料抗剪切强度最小,润滑效果最好;第二,NbSe₂/Ag纳米复合材料中的NbSe₂由于纳米Ag负载相比于纯NbSe₂具有更好的分散性,更利于形成完整均匀的润滑膜;第三,Ag质软润滑且弹性模量小,NbSe₂/Ag纳米复合材料受到摩擦热以及剪切作用形成的润滑膜由于Ag的存在提高了脆性破坏能力,使得润滑膜在摩擦副上硬凸点的刮擦作用下不易破裂;第四,部分纳米Ag球状颗粒可能存在接触界面上有效的滚动,起到“微轴承”的作用从而降低摩擦系数. 然而,润滑油的润滑效果与所添加的NbSe₂/Ag纳米复合材料含量并非呈现正相关关系,而是随着添加含量的增加呈现先降低后增加的趋势,在质量分数为1.5%时,效果最佳.      

热交换器非晶镀层表面的污垢特性研究

研究了化学镀三元Ni-Cu-P镀层的制备工艺,分析了三元Ni-Cu-P镀层成分、镀速的变化规律。通过DSA100接触角仪测试表明,所得三元Ni-Cu-P镀层均具有较大的接触角及较低的表面自由能。进一步的污垢沉积实验结果表明,与热交换器常用的不锈钢换热表面相比,4种三元Ni-Cu-P镀层表面均明显抑制了污垢的粘附。     

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性. 研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在?25 ℃时达到最大值,约0.85. 油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在?15 ℃时达到最大值,约0.35. 此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.      

原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M₂₃C₆-WC (M: Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程. 此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为. 结果显示:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M₂₃C₆复合碳化物为增强相. M₂₃C₆碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中. 微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe, Ni)枝晶+M₂₃C₆→W+WC+α-Fe枝晶+M₂₃C₆. 根据显微硬度和磨损率测试可知:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_0.5)分别增加了约230 HV_0.5和180 HV_0.5. M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10?6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10?5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10?6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.      

绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性影响

钢丝间微动磨损会加剧提升钢丝绳的疲劳损伤，降低钢丝绳的使用寿命，严重威胁矿井提升安全.为了研究绳股结构对螺旋接触钢丝间微动摩擦磨损特性的影响，在自制试验台上开展了拉伸-扭转耦合力作用下钢丝微动磨损试验.结果显示：随着接触力增加，相同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.748减小到0.646，而不同直径接触对下钢丝间摩擦系数从0.941减小到0.911；相比于凹接触对，凸接触对下钢丝表面磨损更加严重，并且不同直径钢丝间磨损深度和磨损系数明显大于相同直径钢丝间磨损深度和磨损系数；钢丝间主要磨损机理为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损，并且不同直径接触对下钢丝表面疲劳磨损特征更加严重；钢丝疲劳断口的瞬断区存在大量二次裂纹和韧窝形貌，钢丝疲劳断裂失效机理主要为韧性断裂.