人字门底枢减摩抗磨结构材料及润滑设计

人字门底枢减摩抗磨结构材料及润滑设计江苏省船运发达，处于重要航道上的一些船闸每天需要开启45～50个左右的闸次，由于开放闸次的增加，加剧了船闸运转件的磨损。

本文主要从船闸底枢的结构、材料及润滑三方面综合考虑船闸运转件的磨损问题，探索采用自润滑复合材料，将结构设计、材料设计与润滑设计有机地结合起来，以彻底解决船闸人字门底枢运转件易磨损的难题。

首先，从结构设计角度出发，通过赫兹接触理论分析与有限元数值计算，提出了增大球面半径、减小配合间隙、使用浮箱减小外载和注油孔偏移帽轴线等减少船闸底枢磨损的措施。

通过对船闸考察，结合常年进行船闸维护工程人员的经验验证了上述理论措施在改善船闸底枢的摩擦磨损状态的积极作用。

其次，从材料设计角度，积极采用先进的自润滑材料：华龙的高分子材料、大连三环铜基镶嵌自润滑材料FZ5（3）和镶嵌式38CrMoAlA，通过MM-200试验和自制的摆动实验，得出犁沟及粘着磨损是其主要的摩擦磨损机理的结论，同时结果显示FZ5（3）的减摩耐磨性能最优，镶嵌式38CrMoAlA表现次之，华龙的高分子材料表现不好。

最后对大连三环的铜基镶嵌材料的基体2号铜进行了机械性能测试，结果显示其机械性能表现良好。

最后，从润滑设计角度，通过对现行的几种润滑装置的比较，结合实际使用效果选择了一种效果较好的润滑装置，同时由于选用了自润滑材料作为船闸底枢的蘑菇头帽材料，镶嵌于基体材料之中的固体润滑剂以具有良好的减摩效果的PTFE为主要成分，同时添加了少量的石墨，MoS₂等具有良好减摩抗磨效果的润滑材料，加上通过润滑装置进入摩擦表面的含MoS₂的锂基脂的作用，形成了一种混合润滑状态，在摩擦表面形成了保护薄膜，阻止了蘑
菇头同蘑菇头帽材料直接接触而产生的恶劣磨损。

通过船闸运转台架试验，将现实中的船闸底枢工况按1∶10的比例缩小后进行试验，试验结果表明选用40Cr 作为蘑菇头材料，FZ5（3）作为蘑菇头帽材料，同时搭配含MoS₂锂基脂润滑的方案是解决人字门底枢磨损问题的最佳选择。