柔性绳罐道越来越发挥出其优越性,在矿井开采过程中,得到越来越广泛地应用,然而,如何有效地为平台提供电能一直是井下的重要课题,关系着矿井的安全运行。目前,对于提升机发电装置的研究较多的是刚性罐道发电装置,有一些已经正式应用于矿井中,并取得了很好的发电效果,而专门针对绳罐道发电装置的研究未见有报道。同样,国内外也无绳罐道发电装置中滚轮材质的研究。如果借鉴刚性罐道的发电原理,滚轮直接同绳罐道中的钢丝绳摩擦来获得动力,则滚轮作为与钢丝绳直接接触的元件,其摩擦学性能是决定滚轮和钢丝绳工作状态和使用寿命的关键。在提升容器加速和减速的时候,滚轮与钢丝绳产生相对滑动,是滚轮圆周磨损严重的根本原因。因此,本文设计一种绳罐道发电装置,选取实际工况中的最恶劣工况—滑动摩擦,对四种滚轮材料聚醚醚酮(PEEK)、聚氨酯(PU)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及黄铜与钢丝绳的摩擦温升和磨损特性进行了研究,从而优化摩擦滚轮材质的选择。本文主要主要研究内容及结论如下:(1)建立了由四种材料制作的摩擦试件,并利用滑动摩擦试验机,对四种材料进行了摩擦实验,结果发现:黄铜的磨损较为严重,PEEK的磨损较为轻微,其他两种材料的磨损介于二者之间。就摩擦系数而言,黄铜的摩擦力最大,而其他三种的摩擦系数相对较小。对摩擦温升而言,数值模拟结果显示,相同滑动速度下,黄铜的温升最小,能达到36.2℃,这是因为黄铜自身的散热性较好,其它三种材料温升较高,其中,PEEK能达到86.4℃,PU能达到89.1℃,UHMWPE能达到89.5℃。(2)针对实验的工况,建立了摩擦温升数值计算模型,该模型取散热最差的中间对称面为对象进行研究,建立了二维散热模型,能够较为细致地考察样件及钢丝绳内的温度场。结果表明,黄铜的温升最小,而其它三种材料的温升相当。摩擦温升有个发展的过程,由开始工作到稳定工况,黄铜需要1000秒的量级,而其它三种材料所需的时间为3000秒的量级。摩擦产生的热量按一定比例在钢丝绳与试件之间进行分配,这一分配比,即随着时间的变化而变化,同时,在不同位置也有明显得差异,在摩擦面中心,钢丝绳分配的摩擦热最多,而在摩擦面边缘,反而存在钢丝绳的热损失,即钢丝绳不但得不到摩擦热,反而向试件散热,这种情况在试件材料为PEEK、PU、UHMWPE三种有机物的情况下会发生,而对于黄铜,则不会发生。这是由于当试件为有机物时,自身传热较慢,而钢丝绳整体温度较高,因此,会造成在摩擦面边缘区,钢丝绳向试件散热。(3)对四种材料的磨损率及微观形貌进行了研究,结果发现,黄铜的磨损率比较大,其体积磨损率达到0.03cm~3/h,且有明显的磨屑,磨屑起初为金属黄铜的本色,后变为黑色粉末,而聚醚醚酮(PEEK)以及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的体积磨损率要小一个数量级,分别达到0.00192cm~3/h和0.00109cm~3/h。通过观察微观形貌,发现有犁槽、凹坑、塑性变形等多种形貌,并对形貌的微观深度进行了观测,发现PEEK的切削深度较小,而黄铜及PU较深。综合评价,PEEK是较为合适的材料,而以黄铜为代表的金属材料性能较差。