新型SL減摩材料在鋼閘門中的應(yīng)用

王玉香，張瑞華

（黑龍江省水利第一工程處，黑龍江富裕 161202）

1 引言

由于歷史的原因，早期在滑塊的選材應(yīng)用上選用各向異性材料-膠木滑道（塊），在弧門支鉸軸承及閘門主側(cè)導(dǎo)輪軸承方面選用了銅套。近幾年又有選用燒結(jié)銅粉和聚四氟乙烯的復(fù)合材料及鑲嵌式銅套（MC油呢龍由于它自身的缺點(diǎn)已基本上被淘汰）。早年修建的水電工程，一些銅軸套和膠木軸套銹死或抱軸失效，管理部門深為焦慮。是什么原因引起?如何在今后設(shè)計(jì)中加以避免?本文進(jìn)行了簡(jiǎn)明論述，并對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)選用較多的鑲嵌式銅套等產(chǎn)品的使用，是否會(huì)出現(xiàn)銹蝕失效的問(wèn)題，提出一些看法。為避免今后類似情況的發(fā)生，在材料的選用上，應(yīng)選用各向同性和三場(chǎng)穩(wěn)定性好的材料替代各向異性、界面突變性材料。水利行業(yè)中在軸承材料的選擇上，尤其是在水潤(rùn)滑的軸承、啟閉設(shè)備軸承，由于經(jīng)常或長(zhǎng)期與水接觸，用金屬材料做滑動(dòng)軸承已被證明低于海水的腐蝕是不理想的，能提高設(shè)備的使用性能及壽命，使其做到自潤(rùn)滑、免維護(hù)。在水利設(shè)施上同樣存在難以油潤(rùn)滑，環(huán)境潮濕的情況，金屬軸套銹死嚴(yán)重。各種平面鋼閘門的支承材料是保證平面鋼閘門安全持久運(yùn)行及減少鋼閘門啟閉力的重要部件，新型減摩材料對(duì)摩擦過(guò)程某些要素的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，穩(wěn)定的摩擦過(guò)程決定于工作表面上形成的二次結(jié)構(gòu)（所謂工作層）的特性與性能。SL減摩材料是以不同的單體共聚的高分子為基礎(chǔ)，并采用合成的稀土金屬化合物及多種改性添加劑改性，通過(guò)特殊的合成工藝制造而成的均質(zhì)聚合物，它兼有多種工程塑料（聚酰亞胺類、聚甲醛、聚砜等）之優(yōu)點(diǎn)，并賦于共聚復(fù)合材料新的特性。在制品成型的同時(shí)，形成了高聚物，這與目前常用的高溫?cái)D壓及注塑成型工藝顯然不同，SL減摩材料所采用的工藝路線不但避免了高溫沖擊對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞，也把材料在擠出及注塑加工過(guò)程中因急冷定型及受熱不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力影響加以消除。同時(shí)SL減摩材料使用特制的稀土金屬化合物進(jìn)行綜合改性，在高聚物、減摩劑各組份之間形成配位化學(xué)鍵結(jié)合，保證了材料具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性、低的摩擦系數(shù)、高的承壓力、好的抗沖擊性及耐磨損性。DL/T5018-94規(guī)范執(zhí)行以來(lái)，新型減摩材料發(fā)展迅速，品種較多各有特色，新型減摩材料能使閘門安全持久運(yùn)行及減少閘門啟閉力起到重要作用。各種減摩材料經(jīng)長(zhǎng)期工程實(shí)踐后，SL材料摩擦性能優(yōu)異，動(dòng)力消耗小、耐磨。SL材料的滑動(dòng)軸承除油潤(rùn)滑良好的條件下使用，特別適合在大型工程上安全運(yùn)行的減摩材料之一。

2 SL減摩材料系列的優(yōu)點(diǎn)

2.1 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

SL減摩材料比一般材料（包括進(jìn)口材料）壽命長(zhǎng)，比相同尺寸進(jìn)口的同類性能材料價(jià)格便宜，所以SL減摩材料更具競(jìng)爭(zhēng)力，它的高性能能給用戶帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 加工性好

SL減摩材料既有韌性又有足夠的硬度，機(jī)加工性與金屬一致，用戶可購(gòu)買半成品，根據(jù)裝配要求在現(xiàn)場(chǎng)加工。尤其是修船時(shí)軸或軸承殼體處理后為保證軸承與軸的原來(lái)配合尺寸，半成品性的SL材料經(jīng)加工后，即可與任何機(jī)軸、機(jī)殼相配合。

2.3 使用壽命長(zhǎng)

SL減摩材料成分結(jié)構(gòu)特殊，在水潤(rùn)滑時(shí)既有好的潤(rùn)滑條件又能夠自潔，即使嵌沙也能達(dá)到減緩磨損的優(yōu)越特性。不論在海水、河水和污水中，它與橡膠軸承相比，使用壽命均超過(guò)幾倍;按國(guó)際檢測(cè)比磨損率較一般材料耐磨性提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。比鐵梨木、黃銅、酚醛樹(shù)脂、巴氏合金、尼龍、塑膠等軸承相比磨損更小。

2.4 好的韌性

SL減摩材料的柔韌性使滑動(dòng)在由于重載扭曲變形時(shí)，不會(huì)使軸承受到機(jī)械損傷，解決了非正常壓力促使軸承過(guò)早失效的問(wèn)題。

2.5 抗高撞擊負(fù)荷特性

當(dāng)滑動(dòng)軸承受到重?fù)糌?fù)荷時(shí)，由于其高彈性，可使其形狀在失去瞬間高負(fù)荷及時(shí)恢復(fù)原狀而不破裂，能有效的保護(hù)軸承殼體和其它機(jī)構(gòu)不損壞。

2.5.1 低摩擦

SL減摩材料滑動(dòng)軸承水潤(rùn)時(shí)摩擦系數(shù)可達(dá)到0.02耐磨性極佳，良好的潤(rùn)滑條件下運(yùn)專線速度無(wú)上限限制。對(duì)低速重載軸不生銹的工況，只能裝配時(shí)加上潤(rùn)滑油，以后工作中有潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑都可以保證正常使用，可以不實(shí)際復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng)，在該工況下可直接替代原設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承。

2.5.2 蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)

SL減摩材料具有蜂窩狀微孔儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)，其有利于形成永久性油膜或水膜，是潤(rùn)滑膜不易消逝。微孔引起表面加工粗糙度的改變，不影響軸承的正常使用，并且其抗壓強(qiáng)度不變。

2.5.3 耐腐蝕性

SL減摩材料制作的軸承是非金屬均質(zhì)聚合材料，能抵抗在現(xiàn)場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、力場(chǎng)作用下的各種介質(zhì)的腐蝕作用。

2.5.4 不會(huì)剝落

SL減摩材料不會(huì)發(fā)生橡膠、塑膠等材料軸承剝落情況。

3 SL減摩材料使用原則

1）擺動(dòng)、往復(fù)或頻繁起停，難以形成潤(rùn)滑油膜的工況;

2）重載、低速難以形成潤(rùn)滑油膜或不易加油的工況;

3）被水或其他溶液浸潤(rùn)、沖刷，潤(rùn)滑油無(wú)法存在的工況;

4）高空、地坑、室外、作業(yè)環(huán)境惡劣，無(wú)法加潤(rùn)滑油、脂或油脂易老化的工況;

5）軌道不平整引起走輪受力不均易出現(xiàn)軸承咬死碎裂的工況

4 SL減摩材料的特點(diǎn)

1）機(jī)械強(qiáng)度大：能承受較大的沖擊或穩(wěn)定載荷。

2）抗腐蝕性好：可在pH值5～10的化學(xué)液體中使用，而大多數(shù)有機(jī)溶劑，包括水、海水、油等對(duì)其無(wú)影響，有些還具有改善摩擦性能之優(yōu)點(diǎn)，如水即可作為它的潤(rùn)滑劑。

3）摩擦系數(shù)低和比磨損率低：在干態(tài)、水態(tài)、油態(tài)3種工況條件下，摩擦系數(shù)和比磨損率變化很小（可直接替代低速重載的滾動(dòng)軸承），且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本一致，至今各種耐磨非金屬材料的比磨損率均在10-6mg/Nm，而我公司的賽龍材料的比磨損率為10-7mg/Nm，耐磨性提高了一個(gè)數(shù)量級(jí);賽龍 NGA、NGB、NGC、NGD、NGE 材料比磨損率在干態(tài)、水態(tài)、油態(tài)3種工況狀態(tài)下，按國(guó)標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，其數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有分散性。

賽龍軸承的摩擦系數(shù)小于有色金屬和非金屬軸承材料，且具有良好的自潤(rùn)滑性，使用時(shí)只須加入初始潤(rùn)滑脂，不需精心設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)，即可在有水、無(wú)水、有潤(rùn)滑劑和無(wú)潤(rùn)滑劑狀態(tài)下使用。

4）尺寸穩(wěn)定性好：幾乎不吸水，變形小。

5）具有彈性和自恢復(fù)性，吸振性好，能承受重載荷及減少噪音。

6）極限PV值高

7）三場(chǎng)穩(wěn)定性好：在化學(xué)場(chǎng)、力場(chǎng)及電場(chǎng)的作用下，賽龍材料的性能相當(dāng)穩(wěn)定。通過(guò)近3個(gè)月的酸、堿、鹽水溶液（深度在5% ～20%）浸泡，賽龍材料的溶脹及溶出均小于0.03%～0.7%。

5 SL減摩材料使用的效果

1）SL減摩材料軸承的摩擦系數(shù)小，那么軸的摩擦阻力就小。對(duì)于大型船舶及其它重載荷來(lái)說(shuō)，摩擦系數(shù)每減少1個(gè)百分點(diǎn)，那么動(dòng)力消耗就會(huì)減少很多。

2）耐磨性好則使用壽命長(zhǎng)，延長(zhǎng)維修周期。延長(zhǎng)使用1a，不僅減少維修費(fèi)用，更重要的是減少停工，工作其加長(zhǎng)提高使用壽命長(zhǎng)，延長(zhǎng)維修周期。

3）吸水率低，軸承的吸水膨脹量小，對(duì)于船舶的舵軸承、艉軸承等在水中工作的滑動(dòng)軸承，預(yù)留的運(yùn)行間隙就相對(duì)小，那么在能夠保證正常使用間隙的范圍內(nèi)，可用于被磨損的量就大，由此使用的時(shí)間就延長(zhǎng)。另一方面吸水性小，軸承內(nèi)孔表面材質(zhì)能夠始終保持原有的高性能，使軸承使用更可靠。

4）線膨脹系數(shù)小，軸承受溫度的影響就相對(duì)小，同樣軸承與軸間的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙考慮因熱膨脹而放大的量就小，那么在能夠保證正常使用間隙的范圍內(nèi)，可用于被磨損的量就大，由此使用的時(shí)間就延長(zhǎng)。

由上所述，SL減摩材料的使用范圍寬，并由于有好的耐磨性和較大的可磨損量，所以使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行安全可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

新型減摩材料在水利水電金屬結(jié)構(gòu)工程中對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)，控制質(zhì)量及降低成本起到良好的作用，并已成為我國(guó)發(fā)展水利水電金屬結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)，使水利水電金屬結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系盡早達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。