12.3. Материалы для ленточных тормозов

Наиболее важными показателями фрикционных свойств материалов, используемых в ленточных тормозах лебедок, являются:

коэффициент трения, выражающий отношение силы сопротивления перемещению двух тел при трении (силы трения) к нормальной составляющей внешних сил, действующих на поверхности тела;

стабильность коэффициента трения — безразмерная величина, определяемая отношением среднего коэффициента трения к его максимальному значению, полученным в результате многократных измерений данного узла трения при неизменных режимах его работы;

допускаемое контактное давление — усилие, с которым сжаты два тела в паре трения, отнесенное к площади их контакта и допустимое по условиям сопротивления движению и величине износа трущихся тел;

допускаемая скорость скольжения — скорость относительного перемещения тел пары трения по поверхности их контакта, определяемая по условиям минимальной интенсивности износа и допустимого нагрева узла;

износостойкость — характеризует свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения;

теплостойкость — характеризует изменение коэффициента трения в зависимости от температуры;

сопротивление термической усталости, т. е. постепенному разрушению материала, развивающемуся под действием многократных повторных температурных напряжений.

Работоспособность ленточного тормоза, как и других узлов трения, определяется фрикционной совместимостью контактирующих материалов. Наиболее эффективны материалы, которые в паре обеспечивают наилучшие показатели рассмотренного комплекса фрикционных свойств. Коэффициент трения и допускаемое контактное давление выбранных материалов определяют диаметр и ширину тормозных шкивов. Теплостойкость тормозных колодок, сопротивляемость тормозных шкивов износу и термической усталости существенно влияют на безопасность работы и долговечность ленточных тормозов. Увеличение мощности лебедок и скоростей спуско-подъемных операций в бурении неразрывно связано с повышением моментов торможения ленточных тормозов. В этой связи важное значение приобретают экспериментально-исследовательские работы по изысканию новых тормозных материалов, обладающих повышенными показателями фрикционных свойств.

В табл. 12. 1 приведены коэффициенты трения по стали асбофрикционных материалов, используемых в тяжело нагруженных тормозах и муфтах сцепления [3].

Таблица 12.1

Коэффициент трения по стали

Материал	Температура, С
	80	100	120-130	230-260
6КХ-1			0.57-0,52
6КХ-15			0,6-0,42
6КФ-32		0,6—0,52
Ретинакс ФК-16Л	0,39	0,4	0,41—0,42	0,41—0,38
Ретинакс ФК-24А	0,4	0,41
143-63	0,41—0,46			0,41—0,46
39-70	0,44—0,57			0,44—0,57
43266	0,38			0,38

Продолжение табл. 12.1

Материал	Температура, С
	300-320	360-380	400-420	400-500
6КХ-1		0,52-0,24	0,3—0,2	0,3—0,14
6КХ-15		0.32-О.25	0,2—0.17
6КФ-32	0,36	0,21—0,19	0,3—0,03
Ретинакс ФК-16Л	0,32—0,3	0,22—0,18	0,16	0.17
Ретинакс ФК-24А	0,4—0,5			0,35—0,45
143-63			0,41—0,46	Резко падает
39-70			0,44—0,57	0,3
43266				Резко падает и возрастает при температуре более 500 °С до 0,46-0,48

В отечественных буровых установках тормозные колодки изготовляют из ретинакса, который относится к теплостойким фрикционным материалам. Ретинакс выпускается двух марок (ГОСТ 10851—73):

А — асбосмоляная композиция с включением латунной проволоки. При работе в паре с чугуном ЧНМХ допускается температура на поверхности до 1 100 °С при скорости скольжения до 50 м/с и давлении до 2,5 МПа;

Б — асбосмоляная композиция для работы в паре с серым чугуном и легированными сталями при температуре до 700 °С, скорости скольжения до 10 м/с и давлении до 1,5 МПа.

Физико-механические показатели изделий из ретинакса приведены ниже [4].

Марка ретинакса ……..	Тип А (ФК-16Л)	Тип Б (ФК-24А)
Плотность, г/см ……..	2,4—2,8	2,13
Предел прочности, МПа, не менее:
при срезе ………………	23	25,5
при сжатии …………….	56	71
Твердость, МПа ……..	350—560	250—500
Линейный износ в паре с чугуном СЧ 15-32 за 2 ч, мм, не более . . .	0,19	0,16
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К).............	0,60	0,58
Коэффициент трения при испытании в паре с чугуном СЧ 15—32 (ГОСТ 1412—85), не менее ....	0,32	0,33

В ленточных тормозах лебедок используется ретинакс ФК-24А (марка Б). В расчетах коэффициент трения его по стали принимается равным 0,3, допускаемое контактное давление 1,2 МПа. Расчетный коэффициент трения ретинакса несколько меньше действительного. Для обеспечения гибкости тормозной ленты и равномерного прилегания ее к тормозному шкиву колодки выполняют в виде кольцевых секторов длиной 120 мм.

Тормозные шкивы обычно изготовляют из износостойких сталей марок 60Г, 35ХНЛ и 35ХМЛ. Опыт свидетельствует об удовлетворительной их фрикционной совместимости с тормозными колодками из асбокаучука 6КХ-15. Однако колодки из 6КХ-15 удовлетворительно работают при сравнительно небольших контактном давлении (до 0,8 МПа) и температуре нагрева (до 400 °С) и не удовлетворяют фрикционным свойствам, предъявляемым к ленточным тормозам современных мощных лебедок.

Ретинакс обладает сравнительно высокими фрикционными свойствами, позволяющими значительно повысить тормозной момент, и поэтому обеспечивает торможение при скоростях скольжения до 30 — 40 м/с и температуре на. поверхности трения шкивов 700— 1 200 °С. В этих условиях тормозные шкивы из стали марки 35ХНЛ и других традиционных марок разрушаются от термической усталости. В зимнее время при понижении температуры окружающего воздуха до минус 30—50 °С разрушение тормозных шкивов от термической усталости заметно возрастает. Недостаточная сопротивляемость термической усталости свидетельствует о том, что тормозные шкивы из рассматриваемых марок сталей и колодки из ретинакса не отвечают требованиям фрикционной совместимости. Сопротивление термической усталости возрастает у шкивов, изготовленных из материалов, которые обладают высокими показателями пластичности, теплопроводности и низким коэффициентом температурного расширения. Наряду с физико-механическими свойствами большое влияние на термическую усталость оказывают площадь поверхности охлаждения, геометрическая форма тормозных шкивов и другие конструктивные факторы, влияющие на интенсивность отвода тепла, поглощаемого тормозом. В результате сравнительных испытаний сталей различных марок Уралмашзаводом рекомендуется изготовлять шкивы, работающие в паре с ретинаксом, из низко углеродистых сталей марок 14ХГ2НМЛ, 12Х2НГМ, которые по еле закалки и высокого отпуска имеют наиболее удовлетворительные показатели по износостойкости и сопротивляемости термической усталости.