兩種軸承在320t魚雷型混鐵車上的應用

宋建波

摘 要：本文從一般靜壓軸承與液體自潤滑軸承的性能特點出發，討論了在320 t魚雷型混鐵車的實際工作環境下，兩種軸承在承載性能、環境適應能力、經濟性以及壽命、保養等方面的不同。

關鍵詞：自潤滑軸承;靜壓軸承;魚雷型混鐵車

中圖分類號：U279文獻標識碼：A文章編號：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

采用靜力潤滑的滑動軸承稱為靜壓軸承。靜壓軸承一般由外部的潤滑油泵提供壓力油來形成壓力油膜，以承受載荷。靜壓軸承的供油壓力高。其主要特點之一是在完全靜止的狀態下，也能建立起承載油膜，能保證在啟動階段摩擦副兩表面沒有直接接觸。因此，啟動靜壓軸承的轉子時，必須先啟動靜壓潤滑系統。靜壓軸承在運轉中，由于摩擦副有相對運動，故亦可能產生動壓效應，當動壓效應達到一定份額時，軸承成為動靜壓混合軸承。靜壓軸承的優點是：①啟動和運轉期間摩擦副均被壓力油膜隔開，滑動阻力僅來自流體黏性，摩擦因數小、工作壽命長;②靜壓軸承有“均化”誤差的作用，能減少制造中不精確性產生的影響，故對制造精度的要求比動壓軸承低;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可精確地獲得預期的軸承性能;⑤軸承的溫度分布較均勻，熱膨脹問題不如動壓軸承嚴重。

靜壓軸承適應的工況范圍極廣，從載荷以克計的精密儀器到載荷達數千噸的重型設備都有采用靜壓軸承的。

1.2 自潤滑軸承

添加少許潤滑劑或完全沒有潤滑劑，使滑動軸承自身具有潤滑性的軸承叫作自潤滑軸承。自潤滑軸承可分為粉末冶金整體燒結和鑲嵌型兩種。粉末冶金整體燒結是把固體潤滑劑以粉末的形式作為組元添加到金屬基體原料中，通過壓制成形、燒結，形成自潤滑復合材料，以其作為軸承、軸瓦或襯板;鑲嵌型是在基體上預先設計、加工好一定面積比例的孔洞或溝槽，在其中嵌入固體潤滑材料，經過特殊黏結及時效處理，將二者結合成為一個整體，以其作為軸承、軸瓦或襯板。根據不同的運動方式鑲嵌固體潤滑劑，可長時間在無油潤滑條件或水潤滑條件下工作，自潤滑軸承突破了一般軸承依靠油膜潤滑的局限性。固體自潤滑軸承在使用過程中，通過摩擦熱使固體潤滑劑與軸摩擦，形成油、粉末并存、潤滑的優異條件，既保護軸不磨損，又使固體潤滑特性永恒。這類自潤滑軸承適用于重載低速的工況條件，以及往復、旋轉、搖擺和間歇運動等油膜難以形成的場合，具有很好的耐磨性和極低的摩擦系數，同時也具有耐腐蝕和抗化學性。

自潤滑軸承目前主要運用于水利機械、水壩工作門支鉸軸承、水輪機軸套、鋼鐵工業、冶金設備、軋機、連鑄輸送輥道、高溫鼓風爐、烘干爐用軸套、汽機車工業、工程機械等需要耐腐蝕、水潤滑場合以及高溫、重載中速無法加油的工況場合。自潤滑軸承的優點如下：①設計靈活、簡單、方便，使用范圍廣;②無油可以使用;③使用成本低;④高承載、低轉速情況下，可發揮優越的性能;⑤往復運動、搖擺運動、啟動停止頻繁等油膜形成困難的場所，可發揮優越的耐磨性;⑥優越的耐藥品性及耐腐蝕性;⑦工作壽命較長，所需維護保養甚少，替代更換周期長，性能好。

2 320 t魚雷罐車軸承的應用環境

魚雷型混鐵車（魚雷罐車，如圖1所示）是鐵廠向鋼廠或鑄鐵廠運送鐵水進行煉鋼或澆注的專用車輛，本身無牽引動力，由普通機車牽引。320 t魚雷罐車所使用的軸承應符合以下條件。

①具有較高的承載性能。魚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主軸承承載，因此軸承需有很高的承載能力。

②低轉速下有良好的潤滑性能。魚雷罐車罐體翻轉速度在0.001 5～0.15 r/min，軸承需要在此轉速范圍內有良好的潤滑性能。

③工作環境復雜。魚雷罐車長期工作在高溫、高粉塵環境下，對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，自潤滑軸承與靜壓軸承的特性對于①、②項較易實現，對于第③項，由于靜壓軸承需要油泵注油潤滑，復雜的環境對油泵潤滑系統產生較大的影響。

3 兩種不同軸承的設計要求

3.1 靜壓軸承

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

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

3.1.2 潤滑方式。以二硫化鉬極壓鋰基脂作為潤滑劑，采用柱塞式油泵，多點干油泵集中給脂潤滑，由多點干油泵、分配閥及給油配管等組成。油泵主動端由電機帶動，從動端由主軸通過鏈輪傳動經增速機帶動。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，當因供油（壓力）不足等原因導致軸瓦在厚度方向磨損量超過4 mm時，達到軸承的使用壽命，需更換軸瓦。

3.2 自潤滑軸承

采用高書江研究中的設計方法[1]，以DEVA—BM的技術參數為例，可以計算出320 t魚雷罐車所用自潤滑軸承的各技術參數。

⑤軸承壽命。對于動載荷，負載對DEVA—BM的性能影響系數[αE]=0.7。對于軸承固定——軸旋轉，運動類別對DEVA—BM性能的影響系數[αBS]=1.10[2]。現確定各系數如表1所示

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

4 總結

根據以上計算結果，將靜壓軸承與自潤滑軸承用于魚雷罐車時的優缺點總結如下。

①承載性能。靜壓軸承與自潤滑軸承在潤滑良好的情況下均可承受較大壓強。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滑油形成壓力油膜，最大壓力可達15 MPa，滿足工作需求，而自潤滑軸承在承載方面有更為優越的性能，最大動載可達80 MPa，遠高于靜壓軸承。

②環境適應性能。靜壓軸承需要油泵供油系統。由于魚雷罐車工作環境中粉塵多，溫度高，所需壓力大，會使供油系統出現堵塞、無油壓等狀況。同時，對溢流閥、單向閥、柱塞組件等都有很高的要求。對于自潤滑軸承，在其表面加開縱向溝槽后可大大減少粉塵污染帶來的軸承磨損問題，對高壓、多粉塵、高溫環境具有很好的適應能力。

③經濟性。自潤滑軸承需要使用粉末冶金技術進行制造，很大程度上提高了成本費用;而靜壓軸承需要有一套油泵總成、管路作為輔件，對軸承進行潤滑，并且其潤滑油（脂）無法循環，因此，其相對于自潤滑軸承而言并無成本優勢。

④其他。通過計算可知，在正常工作情況下，自潤滑軸承的使用壽命較長，至少可與靜壓軸承相當;靜壓軸承在每工作一段時間（約一周）后需要進行油泵的檢查、加油、廢油清理等作業，耗費人力和物力;自潤滑軸承摩擦系數可達到0.11，但相對于使用脂潤滑的靜壓軸承仍然很高，因此在罐體傾翻時需要更大的動力。

綜上所述，靜壓軸承與自潤滑軸承應用在320 t魚雷罐車的具體環境中，各有優缺點。靜壓軸承作為比較傳統的大承載能力軸承，在軸承的摩擦性能方面有很好的優勢，但隨著材料與冶金行業的不斷發展，自潤滑軸承將顯示出更大的優勢，并逐漸在冶金、水電等重型行業中廣泛使用。

參考文獻：

[1]高書江，李成峰.自潤滑軸承的特性及其應用[J].黑龍江冶金，2006（1）：15-18

[2]楊麗穎，李長春，王守仁，等.固體自潤滑軸承的設計與應用[J].軸承，2004（3）：9-11.