聚四氟乙烯板

新型(聚四氟乙烯滑板式)铰轴支座,是在铸钢辊轴支座和铸钢铰轴支座的基础上,采用摩擦系数极低的填充聚四氟乙烯复合夹层滑板与不锈钢板组成的滑动摩擦副取代钢对钢的滚动摩擦副,从而解决了铸钢支座在辊轴处常易出现病害的问题,同时又保证了支座的功能要求。

新型(聚四氟乙烯滑板式)铰轴支座目前已用于渝怀铁路长寿长江大桥和宜万铁路万州长江大桥上,它与传统的铸钢支座相比,具有传力均匀,疲劳寿命长,建筑高度低,节省钢材等优点。既保留了铸钢支座的结构特征,又运用现代减摩材料,使铸钢支座的缺点得以克服。聚四氟乙烯滑板式铰轴支座的设计研制成功,给惯于应用铸钢支座的设计者提供了一种新的选择。

支座的总体结构设计

支座适应转动位移的结构设计为铰轴,这与通常将辊轴支座转动部分设计为弧形结构(平面对圆柱面)相比,具有接触应力小、转动灵活、定位准确等优点。接触应力小,磨损寿命就长。另外,在铰轴处涂抹钙基润滑脂,还可减小摩擦阻力,也可避免铰轴“冻死”。

为适应顺桥水平位移,支座结构设计上采用填充聚四氟乙烯复合夹层滑板对不锈钢板的摩擦副,并在两侧设计有填充聚四氟乙烯复合夹层滑板对不锈钢板的导向摩擦副,以限制支座的横向位移。

聚四氟乙烯板摩擦副设计

填充聚四氟乙烯复合夹层滑板对不锈钢板的摩擦副是聚四氟乙烯滑板式铰轴支座设计的关键。根据基础试验结果,填充聚四氟乙烯复合夹层滑板具有承载能力大,压缩变形和压缩蠕变小,疲劳寿命长等优点。填充聚四氟乙烯复合夹层板与表面加工等级为2B的不锈钢板组成的摩擦副,摩擦系数低,磨损率也低。另外,填充聚四氟乙烯复合夹层滑板与刚性材料相比,又有较大的变形适应性,因而填充聚四氟乙烯复合夹层滑板与不锈钢板组成的摩擦副,接触均匀,避免了刚性材料相互接触因加工误差所引起的接触应力大小不均,造成局部磨损严重等现象的发生。

强度设计及有限元应力分析

聚四氟乙烯滑板式铰轴支座强度设计的关键是铰轴处的接触应力和平面摩擦副的接触应力的设计控制。按照铁道部行业规范TB10002.2-1999《铁路桥梁钢结构设计规范》的规定,对3种支座铰轴处的接触应力进行校核,均满足要求。

而填充聚四氟乙烯复合夹层滑板与不锈钢板的接触应力,在下滑面上不大于30MPa,按照基础试验结果,也是安全的。侧滑限位档板的强度,按照TB10002.2-1999《铁路桥梁钢结构设计规范》所给定的许用应力进行校核,完全满足要求。为了进一步了解整个支座的应力分布情况,以便确定结构设计的合理性,又对44000kN支座在额定载荷作用下进行了有限元应力分析,支座主要部位有限元应力分析结果。

应力分析结果表明

1)支座的最大VonMises应力不大于100MPa(除有限元造型缺陷处外),这对于屈服强度为270MPa的ZG270-500铸钢来讲是安全的;

2)聚四氟乙烯滑板平面上的VonMises应力基本上在11～20MPa之间。由于聚四氟乙烯具有很好的变形适应性,而有限元应力分析具有一定的局限性,所以实际上滑板上的应力是更为均匀的。