兩種軸承在320t魚(yú)雷型混鐵車上的應(yīng)用

宋建波

摘 要：本文從一般靜壓軸承與液體自潤(rùn)滑軸承的性能特點(diǎn)出發(fā)，討論了在320 t魚(yú)雷型混鐵車的實(shí)際工作環(huán)境下，兩種軸承在承載性能、環(huán)境適應(yīng)能力、經(jīng)濟(jì)性以及壽命、保養(yǎng)等方面的不同。

關(guān)鍵詞：自潤(rùn)滑軸承;靜壓軸承;魚(yú)雷型混鐵車

中圖分類號(hào)：U279文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）05-0112-03

Abstract： This paper embarked from the general hydrostatic bearing and the solid self-lubricating bearing's performance character ristic， discussed that in the 320t torpedo form iron mixing car's practical work environment ， two kind of bearings in aspect and so on load bearing performance， environment adaptiveness， efficiency as well as life， maintenance differences.

Keywords： self-lubricating bearing;hydrostatic bearing;torpedo form iron mixing car

1 兩種軸承的比較

1.1 靜壓軸承

采用靜力潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承稱為靜壓軸承。靜壓軸承一般由外部的潤(rùn)滑油泵提供壓力油來(lái)形成壓力油膜，以承受載荷。靜壓軸承的供油壓力高。其主要特點(diǎn)之一是在完全靜止的狀態(tài)下，也能建立起承載油膜，能保證在啟動(dòng)階段摩擦副兩表面沒(méi)有直接接觸。因此，啟動(dòng)靜壓軸承的轉(zhuǎn)子時(shí)，必須先啟動(dòng)靜壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。靜壓軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于摩擦副有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故亦可能產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，當(dāng)動(dòng)壓效應(yīng)達(dá)到一定份額時(shí)，軸承成為動(dòng)靜壓混合軸承。靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)是：①啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)期間摩擦副均被壓力油膜隔開(kāi)，滑動(dòng)阻力僅來(lái)自流體黏性，摩擦因數(shù)小、工作壽命長(zhǎng);②靜壓軸承有“均化”誤差的作用，能減少制造中不精確性產(chǎn)生的影響，故對(duì)制造精度的要求比動(dòng)壓軸承低;③摩擦副表面上的壓力比較均勻，軸承的可靠性和壽命較高;④可精確地獲得預(yù)期的軸承性能;⑤軸承的溫度分布較均勻，熱膨脹問(wèn)題不如動(dòng)壓軸承嚴(yán)重。

靜壓軸承適應(yīng)的工況范圍極廣，從載荷以克計(jì)的精密儀器到載荷達(dá)數(shù)千噸的重型設(shè)備都有采用靜壓軸承的。

1.2 自潤(rùn)滑軸承

添加少許潤(rùn)滑劑或完全沒(méi)有潤(rùn)滑劑，使滑動(dòng)軸承自身具有潤(rùn)滑性的軸承叫作自潤(rùn)滑軸承。自潤(rùn)滑軸承可分為粉末冶金整體燒結(jié)和鑲嵌型兩種。粉末冶金整體燒結(jié)是把固體潤(rùn)滑劑以粉末的形式作為組元添加到金屬基體原料中，通過(guò)壓制成形、燒結(jié)，形成自潤(rùn)滑復(fù)合材料，以其作為軸承、軸瓦或襯板;鑲嵌型是在基體上預(yù)先設(shè)計(jì)、加工好一定面積比例的孔洞或溝槽，在其中嵌入固體潤(rùn)滑材料，經(jīng)過(guò)特殊黏結(jié)及時(shí)效處理，將二者結(jié)合成為一個(gè)整體，以其作為軸承、軸瓦或襯板。根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)方式鑲嵌固體潤(rùn)滑劑，可長(zhǎng)時(shí)間在無(wú)油潤(rùn)滑條件或水潤(rùn)滑條件下工作，自潤(rùn)滑軸承突破了一般軸承依靠油膜潤(rùn)滑的局限性。固體自潤(rùn)滑軸承在使用過(guò)程中，通過(guò)摩擦熱使固體潤(rùn)滑劑與軸摩擦，形成油、粉末并存、潤(rùn)滑的優(yōu)異條件，既保護(hù)軸不磨損，又使固體潤(rùn)滑特性永恒。這類自潤(rùn)滑軸承適用于重載低速的工況條件，以及往復(fù)、旋轉(zhuǎn)、搖擺和間歇運(yùn)動(dòng)等油膜難以形成的場(chǎng)合，具有很好的耐磨性和極低的摩擦系數(shù)，同時(shí)也具有耐腐蝕和抗化學(xué)性。

自潤(rùn)滑軸承目前主要運(yùn)用于水利機(jī)械、水壩工作門(mén)支鉸軸承、水輪機(jī)軸套、鋼鐵工業(yè)、冶金設(shè)備、軋機(jī)、連鑄輸送輥道、高溫鼓風(fēng)爐、烘干爐用軸套、汽機(jī)車工業(yè)、工程機(jī)械等需要耐腐蝕、水潤(rùn)滑場(chǎng)合以及高溫、重載中速無(wú)法加油的工況場(chǎng)合。自潤(rùn)滑軸承的優(yōu)點(diǎn)如下：①設(shè)計(jì)靈活、簡(jiǎn)單、方便，使用范圍廣;②無(wú)油可以使用;③使用成本低;④高承載、低轉(zhuǎn)速情況下，可發(fā)揮優(yōu)越的性能;⑤往復(fù)運(yùn)動(dòng)、搖擺運(yùn)動(dòng)、啟動(dòng)停止頻繁等油膜形成困難的場(chǎng)所，可發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性;⑥優(yōu)越的耐藥品性及耐腐蝕性;⑦工作壽命較長(zhǎng)，所需維護(hù)保養(yǎng)甚少，替代更換周期長(zhǎng)，性能好。

2 320 t魚(yú)雷罐車軸承的應(yīng)用環(huán)境

魚(yú)雷型混鐵車（魚(yú)雷罐車，如圖1所示）是鐵廠向鋼廠或鑄鐵廠運(yùn)送鐵水進(jìn)行煉鋼或澆注的專用車輛，本身無(wú)牽引動(dòng)力，由普通機(jī)車牽引。320 t魚(yú)雷罐車所使用的軸承應(yīng)符合以下條件。

①具有較高的承載性能。魚(yú)雷罐車公稱裝載重量320 t，最大370 t，罐體自重約285 t。所需傾翻力矩約為539 kN·m，所有重量都集中由兩個(gè)主軸承承載，因此軸承需有很高的承載能力。

②低轉(zhuǎn)速下有良好的潤(rùn)滑性能。魚(yú)雷罐車罐體翻轉(zhuǎn)速度在0.001 5～0.15 r/min，軸承需要在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有良好的潤(rùn)滑性能。

③工作環(huán)境復(fù)雜。魚(yú)雷罐車長(zhǎng)期工作在高溫、高粉塵環(huán)境下，對(duì)軸承的密封與高溫工作性能提出更高的要求。

在以上條件中，自潤(rùn)滑軸承與靜壓軸承的特性對(duì)于①、②項(xiàng)較易實(shí)現(xiàn)，對(duì)于第③項(xiàng)，由于靜壓軸承需要油泵注油潤(rùn)滑，復(fù)雜的環(huán)境對(duì)油泵潤(rùn)滑系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。

3 兩種不同軸承的設(shè)計(jì)要求

3.1 靜壓軸承

上海梅山鋼鐵股份有限公司已有的魚(yú)雷罐車使用靜壓軸承，前后各有一個(gè)主軸承，前部另有一個(gè)輔軸承。

3.1.1 幾何尺寸。主軸承座支撐處圓直徑為750 mm，軸瓦長(zhǎng)度768 mm，如圖2所示。輔軸承支撐處圓直徑為350 mm。

3.1.2 潤(rùn)滑方式。以二硫化鉬極壓鋰基脂作為潤(rùn)滑劑，采用柱塞式油泵，多點(diǎn)干油泵集中給脂潤(rùn)滑，由多點(diǎn)干油泵、分配閥及給油配管等組成。油泵主動(dòng)端由電機(jī)帶動(dòng)，從動(dòng)端由主軸通過(guò)鏈輪傳動(dòng)經(jīng)增速機(jī)帶動(dòng)。最大工作壓力為15 MPa。

3.1.3 使用壽命。靜壓軸承的使用壽命由軸瓦厚度決定，當(dāng)因供油（壓力）不足等原因?qū)е螺S瓦在厚度方向磨損量超過(guò)4 mm時(shí)，達(dá)到軸承的使用壽命，需更換軸瓦。

3.2 自潤(rùn)滑軸承

采用高書(shū)江研究中的設(shè)計(jì)方法[1]，以DEVA—BM的技術(shù)參數(shù)為例，可以計(jì)算出320 t魚(yú)雷罐車所用自潤(rùn)滑軸承的各技術(shù)參數(shù)。

⑤軸承壽命。對(duì)于動(dòng)載荷，負(fù)載對(duì)DEVA—BM的性能影響系數(shù)[αE]=0.7。對(duì)于軸承固定——軸旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)類別對(duì)DEVA—BM性能的影響系數(shù)[αBS]=1.10[2]。現(xiàn)確定各系數(shù)如表1所示

[參數(shù) 數(shù)值 最大靜載/（N/mm2） 200 最大動(dòng)載/（N/mm2） 80 最大滑動(dòng)速度/（m/s） 0.5 摩擦系數(shù)（干） 0.11 最小硬度 >HRC35 最高溫度/℃ 200 最低溫度/℃ -150 最大[pU]因數(shù)/[N·m/（mm2·s）] 1.0 表面精度/μm 0.2～0.8 ]

4 總結(jié)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，將靜壓軸承與自潤(rùn)滑軸承用于魚(yú)雷罐車時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。

①承載性能。靜壓軸承與自潤(rùn)滑軸承在潤(rùn)滑良好的情況下均可承受較大壓強(qiáng)。靜壓軸承為了增大其承壓能力，使用二硫化鉬極壓脂作為潤(rùn)滑油形成壓力油膜，最大壓力可達(dá)15 MPa，滿足工作需求，而自潤(rùn)滑軸承在承載方面有更為優(yōu)越的性能，最大動(dòng)載可達(dá)80 MPa，遠(yuǎn)高于靜壓軸承。

②環(huán)境適應(yīng)性能。靜壓軸承需要油泵供油系統(tǒng)。由于魚(yú)雷罐車工作環(huán)境中粉塵多，溫度高，所需壓力大，會(huì)使供油系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞、無(wú)油壓等狀況。同時(shí)，對(duì)溢流閥、單向閥、柱塞組件等都有很高的要求。對(duì)于自潤(rùn)滑軸承，在其表面加開(kāi)縱向溝槽后可大大減少粉塵污染帶來(lái)的軸承磨損問(wèn)題，對(duì)高壓、多粉塵、高溫環(huán)境具有很好的適應(yīng)能力。

③經(jīng)濟(jì)性。自潤(rùn)滑軸承需要使用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行制造，很大程度上提高了成本費(fèi)用;而靜壓軸承需要有一套油泵總成、管路作為輔件，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，并且其潤(rùn)滑油（脂）無(wú)法循環(huán)，因此，其相對(duì)于自潤(rùn)滑軸承而言并無(wú)成本優(yōu)勢(shì)。

④其他。通過(guò)計(jì)算可知，在正常工作情況下，自潤(rùn)滑軸承的使用壽命較長(zhǎng)，至少可與靜壓軸承相當(dāng);靜壓軸承在每工作一段時(shí)間（約一周）后需要進(jìn)行油泵的檢查、加油、廢油清理等作業(yè)，耗費(fèi)人力和物力;自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)可達(dá)到0.11，但相對(duì)于使用脂潤(rùn)滑的靜壓軸承仍然很高，因此在罐體傾翻時(shí)需要更大的動(dòng)力。

綜上所述，靜壓軸承與自潤(rùn)滑軸承應(yīng)用在320 t魚(yú)雷罐車的具體環(huán)境中，各有優(yōu)缺點(diǎn)。靜壓軸承作為比較傳統(tǒng)的大承載能力軸承，在軸承的摩擦性能方面有很好的優(yōu)勢(shì)，但隨著材料與冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，自潤(rùn)滑軸承將顯示出更大的優(yōu)勢(shì)，并逐漸在冶金、水電等重型行業(yè)中廣泛使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高書(shū)江，李成峰.自潤(rùn)滑軸承的特性及其應(yīng)用[J].黑龍江冶金，2006（1）：15-18

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