两种轴承在320t鱼雷型混铁车上的应用

宋建波

摘 要：本文从一般静压轴承与液体自润滑轴承的性能特点出发，讨论了在320 t鱼雷型混铁车的实际工作环境下，两种轴承在承载性能、环境适应能力、经济性以及寿命、保养等方面的不同。

关键词：自润滑轴承;静压轴承;鱼雷型混铁车

中图分类号：U279文献标识码：A文章编号：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 两种轴承的比较

1.1 静压轴承

采用静力润滑的滑动轴承称为静压轴承。静压轴承一般由外部的润滑油泵提供压力油来形成压力油膜，以承受载荷。静压轴承的供油压力高。其主要特点之一是在完全静止的状态下，也能建立起承载油膜，能保证在启动阶段摩擦副两表面没有直接接触。因此，启动静压轴承的转子时，必须先启动静压润滑系统。静压轴承在运转中，由于摩擦副有相对运动，故亦可能产生动压效应，当动压效应达到一定份额时，轴承成为动静压混合轴承。静压轴承的优点是：①启动和运转期间摩擦副均被压力油膜隔开，滑动阻力仅来自流体黏性，摩擦因数小、工作寿命长;②静压轴承有“均化”误差的作用，能减少制造中不精确性产生的影响，故对制造精度的要求比动压轴承低;③摩擦副表面上的压力比较均匀，轴承的可靠性和寿命较高;④可精确地获得预期的轴承性能;⑤轴承的温度分布较均匀，热膨胀问题不如动压轴承严重。

静压轴承适应的工况范围极广，从载荷以克计的精密仪器到载荷达数千吨的重型设备都有采用静压轴承的。

1.2 自润滑轴承

添加少许润滑剂或完全没有润滑剂，使滑动轴承自身具有润滑性的轴承叫作自润滑轴承。自润滑轴承可分为粉末冶金整体烧结和镶嵌型两种。粉末冶金整体烧结是把固体润滑剂以粉末的形式作为组元添加到金属基体原料中，通过压制成形、烧结，形成自润滑复合材料，以其作为轴承、轴瓦或衬板;镶嵌型是在基体上预先设计、加工好一定面积比例的孔洞或沟槽，在其中嵌入固体润滑材料，经过特殊黏结及时效处理，将二者结合成为一个整体，以其作为轴承、轴瓦或衬板。根据不同的运动方式镶嵌固体润滑剂，可长时间在无油润滑条件或水润滑条件下工作，自润滑轴承突破了一般轴承依靠油膜润滑的局限性。固体自润滑轴承在使用过程中，通过摩擦热使固体润滑剂与轴摩擦，形成油、粉末并存、润滑的优异条件，既保护轴不磨损，又使固体润滑特性永恒。这类自润滑轴承适用于重载低速的工况条件，以及往复、旋转、摇摆和间歇运动等油膜难以形成的场合，具有很好的耐磨性和极低的摩擦系数，同时也具有耐腐蚀和抗化学性。

自润滑轴承目前主要运用于水利机械、水坝工作门支铰轴承、水轮机轴套、钢铁工业、冶金设备、轧机、连铸输送辊道、高温鼓风炉、烘干炉用轴套、汽机车工业、工程机械等需要耐腐蚀、水润滑场合以及高温、重载中速无法加油的工况场合。自润滑轴承的优点如下：①设计灵活、简单、方便，使用范围广;②无油可以使用;③使用成本低;④高承载、低转速情况下，可发挥优越的性能;⑤往复运动、摇摆运动、启动停止频繁等油膜形成困难的场所，可发挥优越的耐磨性;⑥优越的耐药品性及耐腐蚀性;⑦工作寿命较长，所需维护保养甚少，替代更换周期长，性能好。

2 320 t鱼雷罐车轴承的应用环境

鱼雷型混铁车（鱼雷罐车，如图1所示）是铁厂向钢厂或铸铁厂运送铁水进行炼钢或浇注的专用车辆，本身无牵引动力，由普通机车牵引。320 t鱼雷罐车所使用的轴承应符合以下条件。

①具有较高的承载性能。鱼雷罐车公称装载重量320 t，最大370 t，罐体自重约285 t。所需倾翻力矩约为539 kN·m，所有重量都集中由两个主轴承承载，因此轴承需有很高的承载能力。

②低转速下有良好的润滑性能。鱼雷罐车罐体翻转速度在0.001 5～0.15 r/min，轴承需要在此转速范围内有良好的润滑性能。

③工作环境复杂。鱼雷罐车长期工作在高温、高粉尘环境下，对轴承的密封与高温工作性能提出更高的要求。

在以上条件中，自润滑轴承与静压轴承的特性对于①、②项较易实现，对于第③项，由于静压轴承需要油泵注油润滑，复杂的环境对油泵润滑系统产生较大的影响。

3 两种不同轴承的设计要求

3.1 静压轴承

上海梅山钢铁股份有限公司已有的鱼雷罐车使用静压轴承，前后各有一个主轴承，前部另有一个辅轴承。

3.1.1 几何尺寸。主轴承座支撑处圆直径为750 mm，轴瓦长度768 mm，如图2所示。辅轴承支撑处圆直径为350 mm。

3.1.2 潤滑方式。以二硫化钼极压锂基脂作为润滑剂，采用柱塞式油泵，多点干油泵集中给脂润滑，由多点干油泵、分配阀及给油配管等组成。油泵主动端由电机带动，从动端由主轴通过链轮传动经增速机带动。最大工作压力为15 MPa。

3.1.3 使用寿命。静压轴承的使用寿命由轴瓦厚度决定，当因供油（压力）不足等原因导致轴瓦在厚度方向磨损量超过4 mm时，达到轴承的使用寿命，需更换轴瓦。

3.2 自润滑轴承

采用高书江研究中的设计方法[1]，以DEVA—BM的技术参数为例，可以计算出320 t鱼雷罐车所用自润滑轴承的各技术参数。

⑤轴承寿命。对于动载荷，负载对DEVA—BM的性能影响系数[αE]=0.7。对于轴承固定——轴旋转，运动类别对DEVA—BM性能的影响系数[αBS]=1.10[2]。现确定各系数如表1所示

[参数 数值 最大静载/（N/mm2） 200 最大动载/（N/mm2） 80 最大滑动速度/（m/s） 0.5 摩擦系数（干） 0.11 最小硬度 >HRC35 最高温度/℃ 200 最低温度/℃ -150 最大[pU]因数/[N·m/（mm2·s）] 1.0 表面精度/μm 0.2～0.8 ]

4 总结

根据以上计算结果，将静压轴承与自润滑轴承用于鱼雷罐车时的优缺点总结如下。

①承载性能。静压轴承与自润滑轴承在润滑良好的情况下均可承受较大压强。静压轴承为了增大其承压能力，使用二硫化钼极压脂作为润滑油形成压力油膜，最大压力可达15 MPa，满足工作需求，而自润滑轴承在承载方面有更为优越的性能，最大动载可达80 MPa，远高于静压轴承。

②环境适应性能。静压轴承需要油泵供油系统。由于鱼雷罐车工作环境中粉尘多，温度高，所需压力大，会使供油系统出现堵塞、无油压等状况。同时，对溢流阀、单向阀、柱塞组件等都有很高的要求。对于自润滑轴承，在其表面加开纵向沟槽后可大大减少粉尘污染带来的轴承磨损问题，对高压、多粉尘、高温环境具有很好的适应能力。

③经济性。自润滑轴承需要使用粉末冶金技术进行制造，很大程度上提高了成本费用;而静压轴承需要有一套油泵总成、管路作为辅件，对轴承进行润滑，并且其润滑油（脂）无法循环，因此，其相对于自润滑轴承而言并无成本优势。

④其他。通过计算可知，在正常工作情况下，自润滑轴承的使用寿命较长，至少可与静压轴承相当;静压轴承在每工作一段时间（约一周）后需要进行油泵的检查、加油、废油清理等作业，耗费人力和物力;自润滑轴承摩擦系数可达到0.11，但相对于使用脂润滑的静压轴承仍然很高，因此在罐體倾翻时需要更大的动力。

综上所述，静压轴承与自润滑轴承应用在320 t鱼雷罐车的具体环境中，各有优缺点。静压轴承作为比较传统的大承载能力轴承，在轴承的摩擦性能方面有很好的优势，但随着材料与冶金行业的不断发展，自润滑轴承将显示出更大的优势，并逐渐在冶金、水电等重型行业中广泛使用。

参考文献：

[1]高书江，李成峰.自润滑轴承的特性及其应用[J].黑龙江冶金，2006（1）：15-18

[2]杨丽颖，李长春，王守仁，等.固体自润滑轴承的设计与应用[J].轴承，2004（3）：9-11.