黎 銘,王智杰
(重慶大學(xué),重慶 400044)
近年來(lái)我國(guó)船舶在行駛過(guò)程中出現(xiàn)故障的幾率較大,其中運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦損耗是主要原因。因此,有效研究船舶機(jī)械摩擦學(xué)不僅能夠增加船舶行駛的安全性,還能夠響應(yīng)節(jié)能減排的口號(hào)。
船舶行駛中產(chǎn)生摩擦的地方主要在于動(dòng)力裝置,包括主機(jī)、傳動(dòng)元件、支撐元件、螺旋槳和舵機(jī)等部分,因此下面分別就這幾個(gè)部分中的摩擦學(xué)問(wèn)題展開介紹。
動(dòng)力裝置中的主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要由柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)三種,這里主要介紹柴油機(jī)中的摩擦學(xué)。當(dāng)柴油機(jī)作為主機(jī)時(shí),主要應(yīng)用于一些體型較大的船舶。柴油機(jī)在運(yùn)作的過(guò)程中由于十字頭滑塊和到導(dǎo)板之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦,這也是柴油機(jī)中摩擦損耗主要產(chǎn)生的地方。除此之外,由于環(huán)境因素的影響,各部件受到腐蝕后會(huì)造成摩擦力系數(shù)增大,導(dǎo)致摩擦損耗的增加。
解決主機(jī)中的摩擦學(xué)問(wèn)題,可以從三個(gè)方向入手。一是對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行處理,在傳統(tǒng)涂料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),采用如陶瓷材料,由于這類材料較傳統(tǒng)材料相比,擁有更高的熔點(diǎn)和耐腐蝕性能,能夠有效降低表面摩擦系數(shù),進(jìn)而減少摩擦損耗。二是主機(jī)表面往往會(huì)涂抹一些潤(rùn)滑油,當(dāng)潤(rùn)滑油中增加如納米氧化鋁等添加劑時(shí),也能夠有效減少表面摩擦系數(shù)。三是減少主機(jī)表面產(chǎn)生的摩擦損耗,定期進(jìn)行維護(hù)有利于避免氣缸套的過(guò)度損耗,能夠大幅度增加摩擦副的使用壽命。
船舶在行駛過(guò)程中必然少不了推進(jìn)器的作用,當(dāng)船舶主機(jī)產(chǎn)生功率時(shí)通過(guò)傳動(dòng)元件促使推進(jìn)器運(yùn)作,此過(guò)程也難以避免摩擦損耗的產(chǎn)生。傳統(tǒng)的船舶傳動(dòng)元件材料為艉軸承,拋開摩擦損害,在潤(rùn)滑劑的作用之下還會(huì)產(chǎn)生部分溶解,對(duì)經(jīng)過(guò)的江河污染非常嚴(yán)重。如今船舶元件材料選擇上已經(jīng)有較大地改變。
傳動(dòng)元件中軸承改造在結(jié)構(gòu)上同樣也需要得到改進(jìn)。經(jīng)過(guò)相關(guān)研究表明,水槽的體形對(duì)軸承摩擦因素的影響程度很大,當(dāng)水槽較窄時(shí),軸承由于承載力增加,使表面摩擦因素增加。此外,有學(xué)者研究出水槽的布置方式也能夠影響摩擦因素,其放置在尾軸正下方時(shí)摩擦因數(shù)最小。
支撐元件在船舶構(gòu)造中主要包括軸承和齒輪箱兩個(gè)部分,當(dāng)支撐元件表面摩擦系數(shù)較大的時(shí)候能夠產(chǎn)生大量摩擦損耗。傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑涂抹在支撐元件上造成的潤(rùn)滑環(huán)境不大良好,加上通風(fēng)罩、回油槽等在安裝時(shí)的不合理,使得摩擦損耗嚴(yán)重。
為了降低支撐元件中的摩擦損耗,首先在齒輪箱上需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)選擇材料性能更好的潤(rùn)滑劑進(jìn)行涂抹,以此創(chuàng)造出一個(gè)更為良好的潤(rùn)滑環(huán)境,降低齒輪箱中的摩擦系數(shù)進(jìn)而減少摩擦損耗;在軸承方面也是如此,傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式主要采用的是黑油潤(rùn)滑劑,由于黑油潤(rùn)滑劑涂抹之后能夠保持較長(zhǎng)的時(shí)間不失效,在摩擦系數(shù)降低上也有著不錯(cuò)的效果,因此備受船舶工作人員的喜愛。但是黑油潤(rùn)滑劑使用過(guò)程中一旦支撐元件的密封設(shè)施受到損壞,黑油潤(rùn)滑劑會(huì)泄露到江河中造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,因此未來(lái)此塊潤(rùn)滑劑的選擇還需要繼續(xù)改善。
船舶在行駛的過(guò)程中主要的動(dòng)力來(lái)源于螺旋槳,由于螺旋槳在船舶構(gòu)造中的位置所在,長(zhǎng)期浸泡在水下遭到破壞。螺旋槳遭到破壞的原因除了水的腐蝕之外,還有很大一部因素是由于表面產(chǎn)生的摩擦損耗,為此近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行過(guò)研究,其中朱新河學(xué)者提出的陰極分解法起到很好的實(shí)踐效果。
螺旋槳和舵機(jī)的工作環(huán)境是無(wú)可避免的,長(zhǎng)期水下工作使得船舶這兩塊的損耗較大,但船舶行駛的主要?jiǎng)恿?lái)源也是這兩部分,因此進(jìn)行摩擦損耗改善是必須要做的。研究表明空泡的產(chǎn)生是螺旋槳及舵機(jī)腐蝕的主要原因,可以采取的措施為增加螺旋槳漿葉數(shù)量。此外還可以在構(gòu)造方面進(jìn)行改善。
摩擦學(xué)在很多行業(yè)領(lǐng)域中有著重要的研究意義,隨著世界環(huán)境的不斷惡化,節(jié)能減排已然成為世界各國(guó)強(qiáng)調(diào)的口號(hào),因此對(duì)于摩擦學(xué)的研究熱度再一次提升到一個(gè)高點(diǎn)。文章研究的是船舶機(jī)械摩擦學(xué)分析,通過(guò)對(duì)主機(jī)、傳動(dòng)元件、支撐元件、螺旋槳和舵機(jī)這幾個(gè)方面的摩擦問(wèn)題研究之后,能夠有效發(fā)現(xiàn)造成摩擦損耗的主要原因。針對(duì)這些原因,文章針對(duì)性的給出了解決對(duì)策,以此降低船舶行駛中大量的摩擦損耗,響應(yīng)了節(jié)能減排的口號(hào),為生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了一定貢獻(xiàn)。