不同固体润滑下人字闸门底枢摩擦特性的销盘试验研究

人字闸门底枢长期在水下的低速重载下运行,易出现由磨损导致的故障,为此,三峡五级船闸的闸门已采用油脂和固体润滑剂混合润滑方式以减少摩擦磨损.为了研究石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯固体粉末对底枢摩擦副材料(45钢和锡青铜)摩擦学性能的影响,以三峡人字闸门底枢为研究对象,依据计算结果设计销/盘配对副面结构,在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上开展磨损试验研究,并结合表面三维形貌测试和铁谱测试对摩擦磨损结果进行分析,结果表明:在试验条件下,聚四氟乙烯的摩擦系数最小,石墨次之,二硫化钼的摩擦系数最大;磨损量从小到大依次为石墨、聚四氟乙烯和二硫化钼;石墨润滑条件下磨损形式仅为单一的黏着磨损,二硫化钼和聚四氟乙烯润滑条件下磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损,且石墨润滑产生的磨粒粒径要小于二硫化钼和聚四氟乙烯润滑产生的磨粒粒径,综上认为石墨是三者中性质较优的固体润滑剂.在此基础上开展了石墨润滑下的13 h连续磨损试验,得到其摩擦系数和磨损量的变化规律,为人字闸门底枢摩擦副的固体润滑设计提供理论依据.

ANSYS Workbench的人字闸门底枢接触应力有限元分析

针对人字闸门底枢结构特点,采有限元软件ANSYS Workbench对人字闸门底枢的三维非线性接触分析模型进行建立。使用有限元计算方式,在Static Structural(ANSYS)中对人字闸门底枢的接触应力进行仿真计算,获取了轴瓦、蘑菇头不同部位接触应力大小、位置、分布计算结果。从有限元计算结果和经验公式计算结果的分析中发现两种方法结果相近,表明用ANSYS Workbench对人字闸门底枢接触问题进行数值分析是可行的,计算结果符合底枢在真实情况下的受力;在满足一定的工程精度条件下,可采用人字闸门底枢有限元仿真来快速获得相关结果,具有一定的工程参考价值。

人字闸门底枢摩擦副接触力学特性分析

引入Fang接触模型对人字闸门底枢摩擦副进行建模分析,计算了人字闸门底枢摩擦副的接触区域大小、接触应力,研究了外载荷、底枢半径、接触间隙及配对副材料等参数对接触特性的影响.结果表明,外载荷与底枢半径对底枢摩擦副的接触特性有较大的影响.在相同的底枢半径及接触间隙条件下,随着外载荷增加,接触面积减小,接触区域越集中,相应的接触应力越高.随着底枢半径的增大,接触面积也增大,接触区域分散,相应的接触应力减少.并且在极端重载情况下,底枢半径对接触应力存在更大的影响.接触面积与接触间隙之间存在负相关关系,最大接触应力与其存在正相关关系.最大接触应力与底枢配对副材料的杨氏模量之间存在一个正相关关系,从减少摩擦磨损的角度,选择表面硬度高而韧性良好的材料作为配对副材料将改善底枢的耐磨性,从而有效地降低接触应力.

船闸人字闸门底枢摩擦副接触应力分析

底枢是人字闸门的重要的支承运转部件,其磨损将造成人字闸门失效,影响船闸功能。对闸门底枢摩擦副进行受力分析,对其受闸门自重和外载荷时的接触应力计算公式进行推导,再利用ANSYS软件对闸门底枢蘑菇头受自重和外荷载时的接触应力分布进行有限元分析,将将理论计算结果和有限元结果进行比较,二者误差较小,证明了理论公式的合理性。该公式结果表明:最大接触应力出现在外载荷的垂直接触点;最大接触应力与各点的接触应力随着外载荷的增大而增大,且呈正比关系;接触应力分布关于外载荷倾角有对称分布部分,最大接触应力随着外载荷倾角的增大而增大;闸门底枢半径增大,接触应力减少。