聚四氟乙烯板

新型(聚四氟乙烯滑板式)鉸軸支座,是在鑄鋼輥軸支座和鑄鋼鉸軸支座的基礎上,采用摩擦系數極低的填充聚四氟乙烯復合夾層滑板與不銹鋼板組成的滑動摩擦副取代鋼對鋼的滾動摩擦副,從而解決了鑄鋼支座在輥軸處常易出現病害的問題,同時又保證了支座的功能要求。

新型(聚四氟乙烯滑板式)鉸軸支座目前已用于渝懷鐵路長壽長江大橋和宜萬鐵路萬州長江大橋上,它與傳統的鑄鋼支座相比,具有傳力均勻,疲勞壽命長,建筑高度低,節省鋼材等優點。既保留了鑄鋼支座的結構特征,又運用現代減摩材料,使鑄鋼支座的缺點得以克服。聚四氟乙烯滑板式鉸軸支座的設計研制成功,給慣于應用鑄鋼支座的設計者提供了一種新的選擇。

支座的總體結構設計

支座適應轉動位移的結構設計為鉸軸,這與通常將輥軸支座轉動部分設計為弧形結構(平面對圓柱面)相比,具有接觸應力小、轉動靈活、定位準確等優點。接觸應力小,磨損壽命就長。另外,在鉸軸處涂抹鈣基潤滑脂,還可減小摩擦阻力,也可避免鉸軸“凍死”。

為適應順橋水平位移,支座結構設計上采用填充聚四氟乙烯復合夾層滑板對不銹鋼板的摩擦副,并在兩側設計有填充聚四氟乙烯復合夾層滑板對不銹鋼板的導向摩擦副,以限制支座的橫向位移。

聚四氟乙烯板摩擦副設計

填充聚四氟乙烯復合夾層滑板對不銹鋼板的摩擦副是聚四氟乙烯滑板式鉸軸支座設計的關鍵。根據基礎試驗結果,填充聚四氟乙烯復合夾層滑板具有承載能力大,壓縮變形和壓縮蠕變小,疲勞壽命長等優點。填充聚四氟乙烯復合夾層板與表面加工等級為2B的不銹鋼板組成的摩擦副,摩擦系數低,磨損率也低。另外,填充聚四氟乙烯復合夾層滑板與剛性材料相比,又有較大的變形適應性,因而填充聚四氟乙烯復合夾層滑板與不銹鋼板組成的摩擦副,接觸均勻,避免了剛性材料相互接觸因加工誤差所引起的接觸應力大小不均,造成局部磨損嚴重等現象的發生。

強度設計及有限元應力分析

聚四氟乙烯滑板式鉸軸支座強度設計的關鍵是鉸軸處的接觸應力和平面摩擦副的接觸應力的設計控制。按照鐵道部行業規范TB10002.2-1999《鐵路橋梁鋼結構設計規范》的規定,對3種支座鉸軸處的接觸應力進行校核,均滿足要求。

而填充聚四氟乙烯復合夾層滑板與不銹鋼板的接觸應力,在下滑面上不大于30MPa,按照基礎試驗結果,也是安全的。側滑限位檔板的強度,按照TB10002.2-1999《鐵路橋梁鋼結構設計規范》所給定的許用應力進行校核,完全滿足要求。為了進一步了解整個支座的應力分布情況,以便確定結構設計的合理性,又對44000kN支座在額定載荷作用下進行了有限元應力分析,支座主要部位有限元應力分析結果。

應力分析結果表明

1)支座的最大VonMises應力不大于100MPa(除有限元造型缺陷處外),這對于屈服強度為270MPa的ZG270-500鑄鋼來講是安全的;

2)聚四氟乙烯滑板平面上的VonMises應力基本上在11～20MPa之間。由于聚四氟乙烯具有很好的變形適應性,而有限元應力分析具有一定的局限性,所以實際上滑板上的應力是更為均勻的。