自潤滑關(guān)節(jié)軸承以其承載能力高、摩擦阻力小、工作壽命長、可承受偏載、可自動糾偏、適應(yīng)性強等優(yōu)良性能，受到工程界的廣泛重視。目前此類軸承在水工閘門上的應(yīng)用日益普遍，象平板門、弧門支鉸、液壓起閉機等。國產(chǎn)自潤滑關(guān)節(jié)軸承在水工金屬結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用已經(jīng)近十年的歷史，以大連三環(huán)復合材料技術(shù)開發(fā)有限公司為代表，在國內(nèi)眾多重點水利工程中得到普遍采用。特別值得一提的是三峽工程，在其地下廠房快速閘門的定輪軸承上采用了國產(chǎn)的GEW220XFZ5以及GEW180XFZ5關(guān)節(jié)軸承。該軸承使用在140米水下，軸承壓力和水下環(huán)境條件非?？量獭？梢赃@樣說，在三峽地下電站能用得上，那么在所有金屬結(jié)構(gòu)閘門上就都可以用。

目前國內(nèi)的水利工程中雖然實現(xiàn)了部分替代進口，但是在大型、超大型水利工程仍以進口為主，這樣一方面增大了工程的制造成本，因為國外的產(chǎn)品價格一般比我們國產(chǎn)產(chǎn)品高3倍以上，另外一方面也不利于民族工業(yè)的發(fā)展，不利于國產(chǎn)品牌的發(fā)展，不利于自主創(chuàng)新基本國策的實施。         關(guān)節(jié)軸承供應(yīng)商(三泰軸承）www.huizhouweb.com

超大型關(guān)節(jié)軸承在金屬結(jié)構(gòu)上主要應(yīng)用于弧門支鉸，承受的壓力負荷非常大，在深孔弧門上已達到36000KN。由于弧門兩個支鉸的斜角布置還會產(chǎn)生軸向推力。軸承的運行方式為往復運動，每次運轉(zhuǎn)的角度為60^o 左右，同時根據(jù)該軸承的通常使用條件，閘門的啟閉機活塞速度一般為0.6m/min，也即0.01m/s，門板和支鉸之間的距離較大，這樣在軸承滑動球面上的線速度為0.001m/s以下。在如此低的線速度條件下軸承的承載能力完全可以用許用靜載指標來校核，而且由于側(cè)向推力的存在應(yīng)按當量載荷進行校核計算。這也就是說軸承的強度是其主要技術(shù)指標，應(yīng)避免在較大載荷下軸承壓潰。同時要求軸承有良好的摩擦學特性，摩擦系數(shù)小且動靜摩擦系數(shù)接近，避免造成啟閉過程中的爬行現(xiàn)象或出現(xiàn)噪音。

軸承的工作環(huán)境：平時，閘門關(guān)閉處于擋水狀態(tài)，軸承的工作環(huán)境為灰塵和潮濕的大氣；當閘門開啟時，軸承在水下工作，應(yīng)具有雙面水密功能。 關(guān)節(jié)軸承供應(yīng)商(三泰軸承）www.huizhouweb.com

2 國產(chǎn)超大型雙金屬鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承的各項性能

弧形閘門支鉸關(guān)節(jié)軸承宜選用GEW…FZB053和GEW…FZB056。GEW…FZB053為銅合金鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承，其靜載承載能力、耐磨性能較高，但價格昂貴。GEW…FZB056為雙金屬鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承，其性能與GEW…FZB05相當，可節(jié)約大量銅資源，具有較高的性價比，因此宜優(yōu)先采用。

GEW…FZB053和GEW…FZB056軸承的各項性能參數(shù)如下表

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2 國產(chǎn)超大型雙金屬鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承的各項性能

2.3.1靜承載能力

以嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐沖砂系統(tǒng)閘門支鉸軸承為例,根據(jù)使用條件，徑向荷載為Fr=32000kN，軸向荷載為Fa=2200kN，F(xiàn)a/Fr=0.07，當量載荷系數(shù)為1.07,因此當量載荷為1.07×32000kN=34240KN，單位壓力為109MPa。

GEW630XFZB056-2RS軸承的表面層材料為銅合金，靜承載能力為280Mpa（此為鑲嵌面積為25%），換算在鑲嵌面積為35%時其靜承載能力為242.7MPa，有效承載投影面積（去除兩端密封溝槽）為313480mm²，因此該關(guān)節(jié)軸承的許用靜載荷為242.7Mpa×313480mm²=76071KN。這樣以靜載校核的安全系數(shù)為2.2。

2.3.2 工作壽命分析

在83Mpa壓力下，速度V=2mm/s，滑動1000米，相當于真機運行50年，徑向磨損量僅為0.11mm，根據(jù)以上試驗結(jié)果可以看出，滿足弧形閘門50年以上是沒有問題的。關(guān)節(jié)軸承供應(yīng)商(三泰軸承）www.huizhouweb.com

3.1.1 軸承內(nèi)圈或外圈基體材料

軸承內(nèi)圈或外圈基體材料為特制銅合金或鋼基體表面堆焊銅合金，球形表面鑲嵌固體潤滑劑；與自潤滑材料相對磨的偶件內(nèi)圈或外圈一般采用軸承鋼，淬火后低溫回火，球形表面鍍硬鉻，拋光。軸承的型式分兩種：GEW…HFZB05、GE…HFZB05軸承是由內(nèi)圈和可軸向分離的雙半外圈所組成；GEW…XFZB05、GE…XFZB05軸承是由內(nèi)圈和可徑向分離的雙縫外圈所組成，兩個半外圈兩端用鎖圈緊固。

雙縫外圈的優(yōu)點是可以整體加工、整體裝配，因此加工精度易于保證。但是由于超大型關(guān)節(jié)軸承重量在1噸以上，而且外圈與座孔之間配合面較長，需要有很大的壓入力，安裝現(xiàn)場的條件又非常有限，因此不利于裝配。雙半外圈關(guān)節(jié)軸承的外圈可以分兩次壓入，方便了裝配，同時兩個半外圈的尺寸公差可控制在0.02mm以內(nèi),完全可以滿足精度要求。所以超大型關(guān)節(jié)軸承我們推薦采用雙半外圈結(jié)構(gòu)型式。

3.1.2軸承的潤滑

FZB系列關(guān)節(jié)軸承具有良好的自潤滑性能，但在有潤滑的條件下，性能會有較大提高。因此，在有條件的情況下，應(yīng)盡可能改善潤滑條件，以利提高性能，延長使用壽命。需強調(diào)的是在裝配前必須涂固體潤滑膜以幫助軸承跑合，使其從運動開始就有良好的摩擦性能。

3.1.3軸承的密封

有效的密封可防止水和泥沙進入，防止?jié)櫥橘|(zhì)流失，尤其是在水下工作時，是保證軸承正常工作的關(guān)鍵。FZB系列自潤滑關(guān)節(jié)軸承自身可帶密封，也就是在外圈上上加工密封槽，鑲O型密封圈。這種密封的特點是簡單、可靠，但將減少承載面積。對于重要的軸承或?qū)γ芊庖蠛芨叩膱龊?，可采取雙密封。

銅合金以及雙金屬自潤滑關(guān)節(jié)軸承的關(guān)鍵加工過程有三項：一是銅合金的鑄造；二是銅合金的堆焊，三是溝道的磨加工。

3.2.1銅合金的鑄造

銅合金材質(zhì)采用我公司特制的2#配方高強銅合金，鑄造過程由公司自行控制，嚴格按規(guī)范要求，對每件產(chǎn)品隨爐采樣進行化學成分分析和機械性能檢測，性能指標遠優(yōu)于國家標準。以碗米坡工程弧門支鉸軸承為例，拉伸強度最低803Mpa（標準為755Mpa），屈服極限最低624Mpa（標準為450Mpa），延伸率最低18.5%（標準為12%），硬度最低HB217（標準為180）。鑄造采用5噸或10噸感應(yīng)熔銅爐，離心機可澆鑄1噸重量的鑄件。

3.2.2銅合金的堆焊

采用自動堆焊機來確保焊接質(zhì)量及其均勻一致性，實現(xiàn)銅合金與鋼基體的牢固冶金結(jié)合，采用超聲波對堆焊的冶金結(jié)合層進行檢測，確保結(jié)合層牢固可靠。檢測結(jié)果表明層間抗剪強度達到248Mpa，是足夠的。

3.2.3溝道（也就是球面）的磨加工

球面磨削采用范成磨削方法，杯形砂輪與工件安裝成軸線相交成一定角度，砂輪和工件同時繞各自的軸線旋轉(zhuǎn)。根據(jù)平面與球面相截，所得截形是個圓的基本原理，保證完全的球形表面，理論上沒有形狀誤差。目前三環(huán)公司擁有的1.8米落地磨床可以滿足直徑1000mm以上關(guān)節(jié)軸承的加工要求。

對以上三個關(guān)鍵過程的控制完全可以滿足超大型弧門支鉸軸承的機械性能和加工精度要求。

三環(huán)公司的研發(fā)中心測試室擁有關(guān)節(jié)軸承的所有性能指標的檢測手段和能力，具體如下：

（1）  化驗室可以進行各種黑色和有色金屬原材料的化學成分分析。

（2）  300kN萬能試驗機：可進行雙金屬材料、軸承鋼材料的力學性能試驗，如拉伸強度、屈服強度、延伸率等。

（3）  臺式硬度計和里氏硬度計：可進行軸承產(chǎn)品的表面硬度檢驗。

（4）  (4超聲波探傷檢測儀：可以對軸承鋼基體材料以及雙金屬材料的結(jié)合層進行無損探傷檢測。

（5）  CZS-4000大型多功能自潤滑軸承試驗機：本臺設(shè)備為國內(nèi)首臺?？赡M該軸承的使用條件進行摩擦磨損以及壽命試驗，如摩擦系數(shù)、磨損量（壽命）、PV值等。同時該試驗機還可以模擬滑動支撐材料的條件進行摩擦磨損試驗，如在干摩擦、脂潤滑、水潤滑等條件下的摩擦磨損性能。關(guān)節(jié)軸承供應(yīng)商(三泰軸承）www.huizhouweb.com

國外較具代表性的有SKF、DEVA、INA。

INA公司的主要產(chǎn)品是聚四氟乙烯纖維織物復合材料，基體為中碳鋼或不銹鋼，型號為GE…UK-2RS：軸頸尺寸在17——300mm；GE…DW：軸頸尺寸在320——600mm，外圈軸向分兩瓣且用沿周分布螺釘緊固。軸承的摩擦系數(shù)最小0.02，最大0.20。交變載荷可達100MPa

SKF 公司的產(chǎn)品有三種，其中GEP…FS所采用的自潤滑材料為玻璃纖維增強聚四氟乙烯；GE…C采用燒結(jié)青銅自潤滑材料。以上兩種材料產(chǎn)品應(yīng)用于弧門支鉸；應(yīng)用于液壓起閉機的軸承SKF推出了GE…TXA-2LS，所采用的自潤滑材料為聚四氟乙烯纖維織物，基體為中碳鋼或不銹鋼。

DEVA 公司的主要產(chǎn)品是銅合金鑲嵌自潤滑軸承DEVAGLIDE，相當于FZB05，主要用于弧門支鉸和平板門。

SKF公司的GEP…FS產(chǎn)品減摩性能較好，但承載能力較低。GEP…C所采用的含固體潤滑劑的青銅合金雖然承載能力較高，但摩擦系數(shù)較高。SKF、INA 的聚四氟乙烯纖維織物復合材料軸承所采用的聚四氟乙烯纖維織物是由聚四氟乙烯纖維與芳綸纖維混紡而成，厚度一般為0.4mm左右，單純聚四氟乙烯的表層厚度小于0.10mm，承載能力為210Mpa，尤其是該材料能否正常工作與粘接牢度有直接關(guān)系，不管怎樣說粘接劑的壽命讓人擔憂，特別要考慮金屬結(jié)構(gòu)中軸承的使用壽命應(yīng)大于30年以上。DEVA公司的產(chǎn)品主要是銅合金鑲嵌自潤滑軸承DEVAGLIDE，相對來講在弧門和平板門上要可靠一些。關(guān)節(jié)軸承供應(yīng)商(三泰軸承）www.huizhouweb.com

 

國內(nèi)外產(chǎn)品主要性能情況見下表

 

目前，國內(nèi)的水利工程中大型自潤滑關(guān)節(jié)軸承（一般指直徑φ500mm以上）還仍以進口為主。存在目前這種問題的原因主要是：

（1）   工程設(shè)計單位在選用國產(chǎn)軸承的過程中小心翼翼，盡量用進口的就不用國產(chǎn)的。對選用國產(chǎn)軸承心存顧慮，擔心產(chǎn)品性能和質(zhì)量達不到要求，怕出現(xiàn)問題承擔責任。

（2）   國內(nèi)企業(yè)自身在產(chǎn)品宣傳、推廣方面的工作還有很大差距，沒有把產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢完全轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌龈偁巸?yōu)勢。另外還存在著國內(nèi)市場的無序競爭。這些問題都影響到自潤滑軸承替代進口的進程。

2003年我們?yōu)楹贤朊灼鹿こ烫峁┑腉EW530HFZ5關(guān)節(jié)軸承刷新了國產(chǎn)大型自潤滑關(guān)節(jié)軸承的新紀錄，該年5月份在大連召開了由全國各水利勘測設(shè)計院金結(jié)方面的主任、專家們參加的技術(shù)研討會，對大連三環(huán)公司生產(chǎn)的大型關(guān)節(jié)軸承以及技術(shù)水平給予了很高的評價。2005年末我們又為喜河工程提供了630mm直徑的關(guān)節(jié)軸承，2007年又為彭水工程提供18套630mm直徑的關(guān)節(jié)軸承。安徽院設(shè)計的白蓮崖工程也是選用的我們公司710mm直徑的關(guān)節(jié)軸承，可以說我們公司每年都在刷新一項紀錄，在水利工程上在逐步取代進口。

在雙金屬自潤滑關(guān)節(jié)軸承方面：2005年和2006年重慶的石堤和酉酬工程在其弧門支鉸上采用了GEW530HFZB056關(guān)節(jié)軸承，使用效果良好。2006年構(gòu)皮灘的快速閘門上全部采用GEW220XFZB056關(guān)節(jié)軸承。2007年，重慶嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐沖砂系統(tǒng)閘門支鉸軸承采用10套（五扇門）GEW630HFZB056-2RS關(guān)節(jié)軸承，大頂山工程采用GEW440HFZB056關(guān)節(jié)軸承，白蓮崖工程采用GEW710HFZB056關(guān)節(jié)軸承8套。值得一提的就是草街和白蓮崖工程，是國產(chǎn)的最大規(guī)格雙金屬自潤滑軸承，這標志著該軸承已進入大規(guī)模推廣階段。

2008年2月23日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會在大連市主持召開了超大型雙金屬鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承的科技成果技術(shù)鑒定會。鑒定委員會主任、副主任以及專家委員來自中國水力發(fā)電工程學會、中國水電工程顧問集團公司、電力工業(yè)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備檢測中心、二灘水電開發(fā)有限責任公司、華北電力大學能源與動力工程學院、中國水利水電科學研究院、大連理工大學振動與強度測試中心有限公司等單位。會議對大連三環(huán)復合材料技術(shù)開發(fā)有限公司、安徽水利水電勘測設(shè)計院、成都勘測設(shè)計院、中南勘測設(shè)計院宜昌設(shè)計院研制開發(fā)的超大型雙金屬鑲嵌自潤滑關(guān)節(jié)軸承成果的技術(shù)研究總結(jié)、技術(shù)經(jīng)濟分析、科技查新等報告，認真審查了技術(shù)文件、資料，形成鑒定意見并一致通過鑒定。鑒定委員會專家對該成果給予很高的評價，認為該產(chǎn)品的承載能力、摩擦系數(shù)、壽命等關(guān)鍵性能指標與國外同類先進產(chǎn)品相當，其綜合性能指標達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

（1）   通過以上對國產(chǎn)自潤滑關(guān)節(jié)軸承各項性能指標的分析，完全符合超大型弧門支鉸使用條件，是可靠的。

（2）   通過國產(chǎn)超大型關(guān)節(jié)軸承設(shè)計、制造和測試能力分析，由于大連三環(huán)公司在國內(nèi)率先進行了自潤滑關(guān)節(jié)軸承的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，年生產(chǎn)能力500噸以上，具備制造1000mm以上直徑超大型關(guān)節(jié)軸承的設(shè)計加工能力。并且試驗設(shè)備先進，可模擬弧門支鉸軸承的各種使用條件，為工程提供科學、詳實的設(shè)計依據(jù)。

（3）   國產(chǎn)自潤滑關(guān)節(jié)軸承在各項性能指標上不低于國外同類產(chǎn)品的水平。特別是通過三峽、碗米坡、構(gòu)皮灘、大頂山、彭水、喜河、草街、白蓮崖等重點工程替代進口的實例，充分說明了國產(chǎn)自潤滑在超大型弧門支鉸上替代進口是可靠的。

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