論船舶機(jī)械摩擦學(xué)的研究進(jìn)展

黎 銘，王智杰

（重慶大學(xué)，重慶 400044）

近年來(lái)我國(guó)船舶在行駛過程中出現(xiàn)故障的幾率較大，其中運(yùn)作過程中產(chǎn)生的摩擦損耗是主要原因。因此，有效研究船舶機(jī)械摩擦學(xué)不僅能夠增加船舶行駛的安全性，還能夠響應(yīng)節(jié)能減排的口號(hào)。

船舶行駛中產(chǎn)生摩擦的地方主要在于動(dòng)力裝置，包括主機(jī)、傳動(dòng)元件、支撐元件、螺旋槳和舵機(jī)等部分，因此下面分別就這幾個(gè)部分中的摩擦學(xué)問題展開介紹。

1 主機(jī)中的摩擦學(xué)問題

動(dòng)力裝置中的主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)三種，這里主要介紹柴油機(jī)中的摩擦學(xué)。當(dāng)柴油機(jī)作為主機(jī)時(shí)，主要應(yīng)用于一些體型較大的船舶。柴油機(jī)在運(yùn)作的過程中由于十字頭滑塊和到導(dǎo)板之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦，這也是柴油機(jī)中摩擦損耗主要產(chǎn)生的地方。除此之外，由于環(huán)境因素的影響，各部件受到腐蝕后會(huì)造成摩擦力系數(shù)增大，導(dǎo)致摩擦損耗的增加。

解決主機(jī)中的摩擦學(xué)問題，可以從三個(gè)方向入手。一是對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行處理，在傳統(tǒng)涂料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用如陶瓷材料，由于這類材料較傳統(tǒng)材料相比，擁有更高的熔點(diǎn)和耐腐蝕性能，能夠有效降低表面摩擦系數(shù)，進(jìn)而減少摩擦損耗。二是主機(jī)表面往往會(huì)涂抹一些潤(rùn)滑油，當(dāng)潤(rùn)滑油中增加如納米氧化鋁等添加劑時(shí)，也能夠有效減少表面摩擦系數(shù)。三是減少主機(jī)表面產(chǎn)生的摩擦損耗，定期進(jìn)行維護(hù)有利于避免氣缸套的過度損耗，能夠大幅度增加摩擦副的使用壽命。

2 傳動(dòng)元件的摩擦學(xué)問題

船舶在行駛過程中必然少不了推進(jìn)器的作用，當(dāng)船舶主機(jī)產(chǎn)生功率時(shí)通過傳動(dòng)元件促使推進(jìn)器運(yùn)作，此過程也難以避免摩擦損耗的產(chǎn)生。傳統(tǒng)的船舶傳動(dòng)元件材料為艉軸承，拋開摩擦損害，在潤(rùn)滑劑的作用之下還會(huì)產(chǎn)生部分溶解，對(duì)經(jīng)過的江河污染非常嚴(yán)重。如今船舶元件材料選擇上已經(jīng)有較大地改變。

傳動(dòng)元件中軸承改造在結(jié)構(gòu)上同樣也需要得到改進(jìn)。經(jīng)過相關(guān)研究表明，水槽的體形對(duì)軸承摩擦因素的影響程度很大，當(dāng)水槽較窄時(shí)，軸承由于承載力增加，使表面摩擦因素增加。此外，有學(xué)者研究出水槽的布置方式也能夠影響摩擦因素，其放置在尾軸正下方時(shí)摩擦因數(shù)最小。

3 支承元件的摩擦學(xué)問題

支撐元件在船舶構(gòu)造中主要包括軸承和齒輪箱兩個(gè)部分，當(dāng)支撐元件表面摩擦系數(shù)較大的時(shí)候能夠產(chǎn)生大量摩擦損耗。傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑涂抹在支撐元件上造成的潤(rùn)滑環(huán)境不大良好，加上通風(fēng)罩、回油槽等在安裝時(shí)的不合理，使得摩擦損耗嚴(yán)重。

為了降低支撐元件中的摩擦損耗，首先在齒輪箱上需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)選擇材料性能更好的潤(rùn)滑劑進(jìn)行涂抹，以此創(chuàng)造出一個(gè)更為良好的潤(rùn)滑環(huán)境，降低齒輪箱中的摩擦系數(shù)進(jìn)而減少摩擦損耗；在軸承方面也是如此，傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式主要采用的是黑油潤(rùn)滑劑，由于黑油潤(rùn)滑劑涂抹之后能夠保持較長(zhǎng)的時(shí)間不失效，在摩擦系數(shù)降低上也有著不錯(cuò)的效果，因此備受船舶工作人員的喜愛。但是黑油潤(rùn)滑劑使用過程中一旦支撐元件的密封設(shè)施受到損壞，黑油潤(rùn)滑劑會(huì)泄露到江河中造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此未來(lái)此塊潤(rùn)滑劑的選擇還需要繼續(xù)改善。

4 螺旋槳和舵機(jī)的摩擦學(xué)問題

船舶在行駛的過程中主要的動(dòng)力來(lái)源于螺旋槳，由于螺旋槳在船舶構(gòu)造中的位置所在，長(zhǎng)期浸泡在水下遭到破壞。螺旋槳遭到破壞的原因除了水的腐蝕之外，還有很大一部因素是由于表面產(chǎn)生的摩擦損耗，為此近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行過研究，其中朱新河學(xué)者提出的陰極分解法起到很好的實(shí)踐效果。

螺旋槳和舵機(jī)的工作環(huán)境是無(wú)可避免的，長(zhǎng)期水下工作使得船舶這兩塊的損耗較大，但船舶行駛的主要?jiǎng)恿?lái)源也是這兩部分，因此進(jìn)行摩擦損耗改善是必須要做的。研究表明空泡的產(chǎn)生是螺旋槳及舵機(jī)腐蝕的主要原因，可以采取的措施為增加螺旋槳漿葉數(shù)量。此外還可以在構(gòu)造方面進(jìn)行改善。

5 結(jié)語(yǔ)

摩擦學(xué)在很多行業(yè)領(lǐng)域中有著重要的研究意義，隨著世界環(huán)境的不斷惡化，節(jié)能減排已然成為世界各國(guó)強(qiáng)調(diào)的口號(hào)，因此對(duì)于摩擦學(xué)的研究熱度再一次提升到一個(gè)高點(diǎn)。文章研究的是船舶機(jī)械摩擦學(xué)分析，通過對(duì)主機(jī)、傳動(dòng)元件、支撐元件、螺旋槳和舵機(jī)這幾個(gè)方面的摩擦問題研究之后，能夠有效發(fā)現(xiàn)造成摩擦損耗的主要原因。針對(duì)這些原因，文章針對(duì)性的給出了解決對(duì)策，以此降低船舶行駛中大量的摩擦損耗，響應(yīng)了節(jié)能減排的口號(hào)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了一定貢獻(xiàn)。