鏈斗式挖泥船下導(dǎo)輪軸瓦磨損原因及解決措施

　　摘要：分析了下導(dǎo)輪軸承易于磨損的原因，提出了改進(jìn)措施，收到了一定效果。
　　關(guān)鍵詞：軸承磨損；賽龍軸承；密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)
　　
　　鏈斗式挖泥船在淺灘整治工程、江河疏浚工程中仍較多使用，該種船挖泥系統(tǒng)的下導(dǎo)輪軸承卻因密封問題而成為易損部位，這不僅影響生產(chǎn)，加大了維修量，還需支付大量修理費(fèi)，成了設(shè)備管理的一大難題。在總結(jié)研究以往維修經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們主要從潤滑、密封和軸承材料三方面進(jìn)行改進(jìn)，收到了一定效果。
　　
　　一、磨損原因分析
　　
　　在機(jī)械設(shè)備中因磨損造成的損失是驚人的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，60%以上零部件失效是由磨損造成的。從摩擦學(xué)方面分析，在相互作用的摩擦副之間有潤滑劑存在時(shí)，往往有一層油膜，其厚度由潤滑劑的粘度、摩擦副之間的載荷和相對速度等條件決定。粘度高、相對速度大，載荷小的摩擦副所形成的油膜厚度大。當(dāng)油膜厚度大于表面粗糙度的最大高度時(shí)，則兩表面不直接接觸，產(chǎn)生的摩擦為潤滑油分子間內(nèi)摩擦，摩擦系數(shù)很小，能有效降低磨損。如果油膜厚度小于粗糙度最大高度，即使將摩擦副完全浸沒在潤滑油里磨損也會很嚴(yán)重。挖泥船在挖泥作業(yè)時(shí)經(jīng)常會遇到巖石或堅(jiān)硬底質(zhì)等惡劣工況，此時(shí)下導(dǎo)輪銅質(zhì)軸瓦要承受巨大的壓力和沖擊載荷作用，有時(shí)會產(chǎn)生塑性形變，使軸瓦間隙變大，潤滑油較難形成具有一定厚度的油膜（下導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速低于1.5m/s），使摩擦介于邊界摩擦，更加快了軸瓦磨損。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面分析，原銅瓦在承載面開設(shè)“米”字形油槽，降低了承載面油膜的承載能力，潤滑效果降低，磨損加劇；水下施工底質(zhì)惡劣，巖盤、孤石、泥砂等對傳統(tǒng)密封破壞嚴(yán)重。原設(shè)計(jì)徑向組合密封等常用結(jié)構(gòu)很難防止因挖泥時(shí)壓力、沖擊負(fù)荷大和泥砂多等原因?qū)γ芊庠斐傻膿p壞，外界泥沙大量進(jìn)入造成嚴(yán)重的磨粒磨損，縮短軸承使用壽命。
　　
　　二、解決措施
　　
　　（一）合理選擇軸承材料及潤滑形式
　　賽龍軸承是加拿大湯姆森—戈登公司為船舶應(yīng)用研制的產(chǎn)品。賽龍材料是由三次元交叉結(jié)晶熱凝性樹脂制造而成的均質(zhì)聚合物，屬非金屬高分子化合材料，其性能好于傳統(tǒng)的銅、巴氏合金、尼克、鐵弗龍、電木、鐵梨木、氨基聚合物等軸承材料。賽龍具有出色的抗磨損性，在水介質(zhì)磨損實(shí)驗(yàn)中，賽龍磨損量約是橡膠的1/2，銅的1/100；有自恢復(fù)彈性，能承受高壓和沖擊載荷，可以抵抗對于一般金屬軸承材料來說會導(dǎo)致永久變形或破裂的沖擊載荷。黑色賽龍的楊氏彈性模量為490Mpa，白色賽龍為440Mpa，大約是青銅的21倍；賽龍軸承承載能力強(qiáng)，在速度很低的場合可承受重載；自潤滑性能好；密度低、重量輕、有良好的機(jī)械加工性；材料無毒性，不會產(chǎn)生公害；成本與銅瓦相當(dāng)。
　　不同等級賽龍軸承具有各自的特點(diǎn)：（1）標(biāo)準(zhǔn)XL型黑色賽龍軸承，具有較高抗磨性，摩擦系數(shù)較小，應(yīng)用最廣泛。（2）SXL型白色賽龍軸承，自潤滑性能好，抗磨損性與黑色賽龍相當(dāng)，主要用于不宜潤滑或得不到潤滑的重載軸承上。（3）合成型賽龍軸承是賽龍中最耐磨的等級，在污濁、含沙和雜質(zhì)量大的環(huán)境下有良好的耐磨性能，是專門為極度污濁環(huán)境而設(shè)計(jì)的。在充滿淤泥的萊茵河、密西西比河上工作的拖輪以及世界上最大的挖泥船機(jī)頭上均得到了應(yīng)用，實(shí)踐證明了該軸承的優(yōu)越價(jià)值。（4）堅(jiān)實(shí)型軸承，是賽龍家族新成員，其特點(diǎn)是長度與直徑之比為2﹕1，兼具SXL級別的低摩擦特性。
　　相關(guān)非金屬水潤滑軸承材料實(shí)驗(yàn)表明，在磨損環(huán)境為6%砂、6%粘土、2%皂、86%水，流量約為2L/min，線速度1m/s，壓力0.7Mpa，軸承內(nèi)徑25mm，長度38mm，軸材為中碳鋼條件下，假定體積均為1，各材料體積磨損量結(jié)果為：合成型賽龍＝0.1，白色賽龍＝黑色賽龍＝0.2，橡膠＝0.28，尼龍＝0.35，酚醛樹脂＝0.63，鐵梨木＝0.82。
　　黑色賽龍?jiān)谠谒疂櫥庐?dāng)線速度達(dá)到1.5m/s時(shí)，合成型賽龍摩擦系數(shù)低于0.025。綜合比較，軸承材料選用合成型賽龍軸承替代原銅質(zhì)軸承作為下導(dǎo)輪軸承。雖然油脂潤滑摩擦系數(shù)低，但不利于散熱，故采用壓力水循環(huán)潤滑形式，既利于散熱而且較環(huán)保。當(dāng)挖泥船疏浚挖泥時(shí)，船周圍江水較渾濁，含沙量大不宜直接取舷外水進(jìn)入潤滑系統(tǒng)，建議經(jīng)過二級沉淀水箱過濾后再進(jìn)入軸承內(nèi)潤滑。
　　（二）改進(jìn)軸承和密封裝置結(jié)構(gòu)
　　改進(jìn)后的密封裝置結(jié)構(gòu)合理緊湊（斗橋軸承座側(cè)面與導(dǎo)輪側(cè)面可用距離僅120mm），是利用軸向密封來實(shí)現(xiàn)徑向密封的目的。結(jié)構(gòu)原理是采用動環(huán)、靜環(huán)和密封端蓋三部分組成。靜環(huán)固定在軸上，靜環(huán)與動環(huán)（動環(huán)為經(jīng)平面磨削加工的軸向密封環(huán)）之間均布6個(gè)彈簧，動環(huán)在彈簧推動下沿導(dǎo)向鍵軸向滑動并壓緊在端蓋巨形密封圈上，實(shí)現(xiàn)軸向密封，同時(shí)動環(huán)與軸之間采用“YXd”型密封圈按照動密封設(shè)計(jì)，達(dá)到既能移動又能實(shí)現(xiàn)對軸的徑向密封效果。這樣的密封結(jié)構(gòu)即使因正常磨損，壓力、沖擊荷載等造成軸下沉，動環(huán)也會隨軸平移，但仍與端蓋巨形膠圈保持良好的密封效果，而不會進(jìn)入泥砂，從而實(shí)現(xiàn)了密封作用的補(bǔ)償性和連續(xù)性。新軸承設(shè)計(jì)時(shí)在承載面的120°包角范圍內(nèi)不設(shè)水槽，更能產(chǎn)生較好的水力膜，提高了水膜的承載能力，其結(jié)果具有低摩擦性的好處。
　　（三）其它措施
　　在設(shè)計(jì)中合理選擇配合公差及表面粗糙度；在機(jī)械加工中注意加工精度；安裝過程中保持工件清潔，端面軸向密封膠圈之間填塞潤滑脂時(shí)注意油質(zhì)潔凈，避免混入硬質(zhì)顆粒等雜質(zhì)，對摩擦面造成不必要的“微切割”；先磨合后再加載運(yùn)行；施工中對操作管理人員的要求：①保持潤滑水清潔，充足。②每次使用前均先供水再運(yùn)轉(zhuǎn)再加負(fù)荷。③勤觀察，經(jīng)常提起斗橋檢查，避免下導(dǎo)輪被江底水下廢棄物如鋼絲繩、漁網(wǎng)等纏繞，破壞密封。
　　實(shí)踐證明，在機(jī)械設(shè)計(jì)中提高對摩擦磨損和潤滑問題的重視，合理選材，合理設(shè)計(jì)，把潤滑和強(qiáng)度問題同等對待；在使用中加強(qiáng)管理，由此帶來的效益將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于節(jié)省的成本。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、于全虎.賽龍軸承在船舶上的應(yīng)用[J].江蘇船舶，2001.
　　2、王優(yōu)強(qiáng).水潤滑賽龍軸承綜述[J].機(jī)械工程師，2002.
　　（作者單位：黑龍江省航道局）