制动装置作为关键的安全保障设备,是机械系统的重要组成部分。在机械装备的工作过程中,制动装置可靠的运行对提高装备控制系统、操纵系统乃至整机的可靠性具有举足轻重的作用。伴随着生产运输装备的大型化、高速化、高载化发展趋势,产生了对大型装备实施可靠制动的严苛的需要,意味着制动摩擦产生热量更多,闸瓦摩擦表面温升更快、更高,要求闸瓦具有较高的摩擦系数稳定系数,及较低的磨损率。有机基摩擦材料由于高分子树脂基摩擦材料基体在高温下易发生热分解,导致摩擦系数大幅度下降,磨损率急剧增大,这就限制了有机摩擦材料在更广泛领域推广使用。制动闸瓦是制动系统工作执行部件,它的摩擦磨损性能与制动安全有直接关系,因此,开展制动闸瓦的摩擦学特性试验,分析其机理,具有重要的理论价值和实践意义。本文以提升机盘式制动器闸瓦材料为研究对象,以提升机实际制动工况参数为参考,开展摩擦学特性试验,对其在取不同制动压力、滑动速度及摩擦表面温度时的摩擦学特性进行系统全面的测试,获得大量的试验数据,并以试验数据为基础,分析其摩擦磨损机理,获得一些具有实践意义的理论成果。首先,实施闸瓦材料综合测试,对闸瓦材料在综合测试中的摩擦性能变化进行表征。在分析闸瓦在制动过程中制动摩擦力的组成及种类的基础上,对不同工况条件下瞬态摩擦系数随时间的变化规律研究,获得瞬态摩擦系数突变现象的判别式。分析了制动压力、滑动速度及摩擦表面温度变化过程中平均摩擦系数的变化特征。分析了定温变压变速、定压变温变速、定速变温变压等情况对平均摩擦系数、其稳定系数及其离散程度的变化规律,得出其变化机理。其次,建立了平均摩擦系数统计分析的理论基础。选择平均摩擦系数样本值的标准偏差考察平均摩擦系数的离散程度,以平均摩擦系数标准偏差的变化曲线为基础,并以提出的三个判据为依据,进行了闸瓦材料摩擦性能的机理分析。考虑到pv机理图在闸瓦材料摩擦学设计中的重要作用,提出以组合参量考察、表征及分析闸瓦材料平均摩擦系数的观点,系统的研究了多种组合参量,分析了组合变量-平均摩擦系数曲线的性质及内在的摩擦学机理。通过对组合参量-平均摩擦系数的关系曲线分析,得出了组合参量与单参量的优缺点,并获得不同曲线在总体趋势、震荡性、突变性等的不同表现。基于单参数、组合变量的平均摩擦系数变化曲线特性,建立了组合变量-平均摩擦系数的关系模型。提出了失效概率空间的获取方法,求出了失效概率空间,并就该模型的应用进行了例证。这些内容既是闸瓦制动系控制系统安全运行的必要条件,也是材料摩擦学设计的边界条件,对于摩擦学设计和摩擦学控制具有不可忽视的意义。同时工况参数-摩擦系统安全关系模型的研究思路和数据处理办法适用于其它摩阻材料性能研究,具有普遍意义,甚至增摩材料亦可应用。并且闸瓦材料试验获得的各种单参数、双参数、三参数及多参数摩擦系数变化特征曲线,不仅是摩阻材料设计理论的丰富,而且作为实测数据可以用来进行材料摩阻行为的安全校核及可靠性计算而服务于工业生产。再次,对闸瓦试样在测试中获得的磨损数据进行分析处理。对闸瓦试样磨损的系统特性及影响因素简单介绍,并针对闸瓦材料粘结剂热分解温度之前与之后磨损机理的不同,考察了闸瓦磨损量随时间的变化规律及机理、磨损率-时间曲线变化规律及机理和不同摩擦表面温度下闸瓦表面形貌的影响。分析闸瓦摩擦表面温度不同时,制动压力、滑动速度对闸瓦材料磨损率及磨损率稳定系数的影响机理,同时分析了制动压力、滑动速度对闸瓦材料磨损率离散程度的影响机理,获得非常丰富的规律性结论。提出了一种基于磨损面积扩散率的闸瓦寿命计算方法,经过例证,与实践基本相符。最后,对闸瓦试样在热分解阶段的混合摩擦机制进行了探讨。通过闸瓦材料在热解阶段的摩擦磨损实验,实验验证了在制动压力、制动速度变化时,闸瓦材料的平均摩擦系数的变化。从热分解阶段磨损后的闸瓦材料的微观形貌入手,分析其在热分解阶段的微观形貌变化,并分析了产生这种变化的机理。详细阐述了闸瓦材料在热分解阶段的产物,分别分析了氧化膜、气垫膜、转移膜等的成分和产生机理。从表面膜的结构上分析了不同工况参数对表面膜润滑的影响,重点分析力表面膜润滑中的薄膜润滑,并根据薄膜润滑机理提出了摩阻材料的2个设计准则。在推断表面膜润滑符合牛顿流体特性的基础上,给出了闸瓦材料热分解表面膜的摩擦系数近似计算方法。