12.3 Матеріали для стрічкових гальм

Найбільш важливими показниками фрикційних властивостей матеріалів, які використовуються в стрічкових гальмах лебідок, є:

коефіцієнт тертя, який виражає відношення сили опору переміщенню двох тіл при терті (сили тертя) до нормальної складової зовнішніх сил, які діють на поверхні тіла;

стабільність коефіцієнта тертя — безрозмірна величина, визначається відношенням середнього коефіцієнта тертя до його максимального значення, одержаним в результаті багаторазових вимірів даного вузла тертя при незмінних режимах його роботи;

допустимий контактний тиск — зусилля, з яким стиснуті два тіла в парі тертя, віднесене до площі їх контакту і допустиме по умовам опору руху і величині спрацювання тіл, що труться;

допустима швидкість ковзання — швидкість відносного переміщення тіл пари тертя по поверхні їх контакту, яка визначається з умови мінімальної інтенсивності спрацювання і допустимого нагріву вузла;

зносостійкість — характеризує властивість матеріалу здійснювати опір спрацюванню в певних умовах тертя;

теплостійкість — характеризує зміну коефіцієнта тертя залежно від температури;

опір термічної втоми, так як поступове руйнування матеріалу, яка розвивається під дією багаторазових повторних температурних напружень.

Роботоздатність стрічкового гальма, як і інших вузлів тертя, визначається фрикційною сумісністю контактуючих ма-теріалів. Найбільш ефективні матеріали, які в парі забезпечують найкращі показники розглянутого комплексу фрикційних властивостей. Коефіцієнт тертя і допустимий контактний тиск вибраних матеріалів визначають діаметр і ширину гальмівних шківів. Теплостійкість гальмівних колодок, опірність гальмівних шківів спрацюванню і термічній втомі суттєво впливають на безпеку роботи і довговічність стрічкових гальм. Збільшення потужності лебідок і швидкостей спуско-підіймальних операцій в бурінні нерозривно зв’язане із збільшенням моментів гальмування стрічкових гальм. В цьому випадку важливе значення набуває експериментально-дослідні роботи по пошуку нових гальмівних матеріалів, які володіють підвищеними показниками фрикційних властивостей.

В табл. 12.1 приведені коефіцієнти тертя по сталі асбо- фрикційних матеріалів, які використовуються у важко навантажених гальмах і муфтах щеплення. [3].

У вітчизняних бурових установках гальмівні колодки виго-товляють із ретінакса, який відноситься до теплостійких фрик-ційних матеріалів. Ретінакс випускається двох марок (ГОСТ 10851-73):

А — асбосмоляна композиція із включенням латунної дротини. При роботі в парі з чавуном ЧНМХ допускається температура на поверхні до 1100 С при швидкості ковзання до 50 м/с і тиску до 2,5 МПа;

Б — асбосмоляна композиція для роботи в парі із сірим чавуном і легованими сталями при температурі до 700 С, швидкість ковзання до 10 м/с і тиску до 1,5 МПа.

Фізико-механічні показники виробів з ретінаксу приведені нижче [4].

Марка ретінакса	Тип А (ФК-16Л)	Тип Б (ФК-24А)
Щільність, г/см3	2,4—2,8	2,13
Границя міцності, МПа, не менше: при зрізі при стиску	23 56	25,5 71
Твердість, МПа	350—560	250—500
Лінійне спрацювання в парі з чавуном СЧ 15-32 за 2 г мм, не більше	0,19	0,16
Коефіціент теплопровідності, Вт/(мК)	0,60	0,58
Коефіціент тертя при випробуванні в парі з чавуном СЧ 15-32 (ГОСТ 1412-85), не менше	0,32	0,33

В стрічкових гальмах лебідок використовується ретінакс ФК-24А (марка Б). В розрахунках коефіцієнт тертя його по сталі приймається рівним 0,3, допустимий контактний тиск 1,2 МПа. Розрахунковий коефіцієнт тертя ретінакса трохи менше ніж дійсний. Для забезпечення гнучкості гальмівної стрічки і рівномірного прилягання її до гальмівного шківа колодки виготовляють у вигляді кільцевих секторів довжиною 120 мм.

Гальмівні шківи переважно виготовляють з зносостійких сталей марок 60Г, 35ХНЛ і 35ХМЛ. Досвід показує про задовільну їх функціональну сумісність з гальмівними колодками із азбокаучука 6КХ-15. Але колодки із 6КХ-15 працюють задовільно про порівняно невеликому тиску (до 0,8 МПа) і температурі нагрівання (до 400 С) і не задовольняють фрикційним властивостям, які висуваються до стрічкових гальм сучасних потужних лебідок.

Ретінакс володіє порівняно високими фрикційними властивостями, які дозволяють значно підвищити гальмівний момент, і тому забезпечує гальмування при швидкостях ковзання до 30-40 м/с і температурі на поверхні тертя шківів 700-1200 С. У цих умовах гальмівні шківи із сталі марки 35ХНЛ та інших традиційних марок руйнуються від термічної втоми. В зимовий період при зниженні температури навколишнього повітря до мінус 30-50 С руйнування гальмівних шківів від термічної втоми помітно зростає. Недостатній опір термічній втомі свідчить про те, що гальмівні шківи із розглядуваних марок сталей і колодки з ретінакса не відповідають вимогам фрикційної сумісності. Опір термічній втомі зростає у шківів, виготовлених із матеріалів, які володіють високими показниками пластичності, теплопровідності і низьким коефіцієнтом температурного розширення. Разом з фізико-механічними властивостями великий вплив на термічну втому створюють площа поверхні охолодження, геометрична форма гальмівних шківів і інші конструктивні фактори, які впливають на інтенсивність відводу тепла, яке поглинається гальмом. В результаті порівняльних випробовувань сталей різних марок Уралмашзаводом рекомендується виготовляти шківи, які працюють в парі з ретінаксом, із низько-вуглецевих сталей марок 14ХГ2НМЛ, 12Х2НГМ, які після гартування і високого відпуску мають найбільш задовільні показники по зносостійкості і опору термічній втомі.