一、项目背景

杭州江东大桥是杭州钱塘江穿越工程的重要组成部分。作为钱塘江上结构最新颖、施工难度最大的桥梁，江东大桥是国内唯一的空间索自锚式悬索桥与预应力混凝土连续梁组合。系统。桥梁结构独特，桥梁种类多，工艺复杂，技术难度高，需要大量应用新工艺。其中，主航孔自锚式悬索桥造型独特。

它是一座三跨空间电缆自锚式悬索桥。悬索桥主跨260米。此类悬索桥在中国尚无先例。在该空间自锚式悬索桥中，悬索在桥段横向倾斜，坡度较大，约为2.9:1，这就要求悬索必须适应纵向和横向的双向变形。一般传统悬索桥的销连接吊索只能适应单向变形，因此桥梁必须创新设计，开发一种新型的吊索球接头。项目设计单位上海工程设计研究院、上海材料研究院的负责人多次来我公司考察，并委托我公司研制用于球节的关节轴承。

二、项目实施计划

2.1 项目前期工作

通过前期与上海工程设计研究院主要设计人员的技术交流，初步假设吊索上端与主索卡箍通过向心关节轴承连接，下端为通过角接触球面支座与钢箱梁连接，使吊索既能适应沿桥的变形，又能适应横桥的变形。为保证50年使用寿命的工程要求，初步确定采用自润滑关节轴承和不锈钢材料，并确定先制样进行全尺寸试验。

2.2 项目研发或建设的主要内容和目标

销连接吊具特点（技术指标）：能适应垂直和水平双向变形，上下接头摩擦系数小（设定指标值），能适应±6°旋转角度。

2.2.1 项目基本要求

本项目轴承必须满足套圈恶劣工况下的抗老化、耐腐蚀、自润滑、耐磨、长寿命等要求，同时还必须具备调节挠度的能力，缓冲振动，无需维护。为满足这些要求，江东大桥空间自锚式悬索桥关键节点自润滑向心关节轴承采用以下结构形式：外圈采用不锈钢4Cr13，淬火，外圈戒指裂开。内球面镀铬并用锁环固定。外圈端面采用聚四氟乙烯嵌入密封圈材料；内圈采用不锈钢4Cr13，球面镶嵌均匀的固体自润滑材料。该类轴承需要解决的主要技术要点有：（1）球形镶嵌固体自润滑材料的摩擦性能研究； （2）固体自润滑材料镶嵌球面技术研究； (3) 聚四氟乙烯密封圈工艺性能研究； (4)内外圈制造工艺研究； (5)内外圈配合技术研究。

2.2.2 产品结构图如图

这种结构的轴承打破了一般带密封圈的向心关节轴承20～30年的使用寿命极限，达到50年的使用寿命。承受高径向载荷、小摆角、自润滑、免维护、耐磨等特殊工况，如太空索自锚式悬索桥。

2.2.3 关键技术研究内容

（1）产品结构设计研究（免维护自润滑结构设计）；

（2）固体自润滑材料在低速重载下的摩擦磨损性能研究；

（3）不锈钢均匀镶嵌的研究。固体自润滑材料的润滑原理和规律；

（4）固体自润滑材料均匀镶嵌加工技术研究；

（5）聚四氟乙烯密封圈的加工工艺及用途研究；

（6）不锈钢外圈球面镀铬处理。

2.2.4 关键技术原理

干磨损机制。当两个未润滑的表面相互摩擦时，两个表面上的不平峰受到剪切、局部粘合和塑性变形，从而产生摩擦和磨损。传统的润滑剂可以显着降低这些影响，但是在静止状态下，尤其是在重载条件下，油和油脂会被挤出，从而有效地使轴承处于未润滑状态，这通常会在下一次运动时丢失。显示出高静摩擦系数。内圈采用固体自润滑材料的向心关节轴承在这些条件下不会脱落，因此该材料不会在后续运动中增加摩擦系数。这种类型的轴承始终在轴承表面提供润滑膜，从而确保始终保持低摩擦和磨损，即使在重静载荷条件下，固体润滑膜仍保留在轴承表面。随着磨损的发生，更多的固体润滑剂将释放到需要润滑剂的轴承表面。

2.3 产品创新点

因此，本项目产品的创新点在于：

2.3.1 结构创新

（1）本项目产品采用不锈钢镶嵌固体自润滑材料和球面镀铬，替代原来的钢对钢或钢对铜摩擦副。还具有免维护自润滑功能，实现空间自锚式悬索桥关键节点零故障，避免原有注油润滑对环境造成污染。同时，由于采用不锈钢内圈代替铜内圈，可节省大量铜材，提高内圈整体强度等，实现可持续创新发展。

（2）采用聚四氟乙烯密封圈代替传统的石墨尼龙或聚氨酯密封圈，使密封圈的使用寿命提高到50年，工作温度从-30℃~130℃扩大到-50℃ ℃~200℃，大大提高抗老化和防腐性能。

2.3.2 工艺创新

（1）内圈球面均匀镶嵌固体自润滑材料的加工是国产关节轴承加工的难点。现在我公司已经基本克服了这个问题，专门设计装备了这种专用机床；该技术可将原有的固体自润滑材料的加工规格和能力加倍均匀地嵌入环球面。

（2）覆盖率为Z%的自润滑材料，可有效减少磨损、减少摩擦、防止咬死，可显着提高轴承在运行过程中的使用寿命。它可以在无油的情况下，通过摩擦产生的热量将固体润滑剂逐渐分布到摩擦表面，从而达到摩擦系数小、耐磨性好的效果。在阵列排列均匀方面：所有镶嵌孔在运动方向上呈十字形排列，孔之间在轴向或径向（就运动方向而言）的距离应保持接近确保润滑覆盖整个滑动方向，形成完整的固体润滑膜。

(3)由于本项目采用PTFE密封圈，球面过盈量难以精确加工和控制，难以达到对轴承内部的密封效果；我公司已基本掌握该技术，可稳定应用于小批量生产。该项目完成后将成为公司的专有技术。

2.4 产品技术性能与国内外同类产品比较

目前国内外尚无同类产品生产厂家，本项目产品均为国内外原创。其产品技术性能的先进性体现在：

2.4.1 产品进步

本项目产品需通过上海材料研究所的吊索上下节点疲劳载荷综合性能评估试验和吊索上下节点100万次摆动试验。综合性能可以达到国内水平。领先水平。

2.4.2 高级结构

本项目产品采用自润滑结构，免维护。同时节约了铜资源，实现了可持续发展。

2.4.3 技术进步

本项目采用的内圈球面均匀镶嵌固体自润滑材料加工技术和聚四氟乙烯密封圈控制技术处于国内领先、国际先进水平。

3.项目成熟度

（1）空间自锚式悬索桥关键节点自润滑关节轴承已通过中试，已形成小批量生产工艺技术。具有高强度、高耐磨、高抗冲击等特点，保证了关节轴承在承受较大的径向和轴向联合载荷时仍能完好无损，同时与原轴承相比，它节省了大量的有色金属。金属材质，还解决了轴承安装和维修问题。

（2）本项目产品已通过公司技术鉴定委员会鉴定，为国内外原创产品。由于公司强大的研发团队，完备的生产设备、工艺工装和检测手段，按照ISO/TS16949和ISO14001建立了质量体系和环境体系，能够满足大批量生产和产品质量和环境的要求。保护，产品质量稳定可靠；本项目产品经上海材料研究所检测，各项性能指标得到认可。同时，公司在技术成果转化过程中始终以价值工程为先导，努力提高产品的性价比，赢得了用户的一致好评。

（3）核心技术的知识产权：本项目的核心技术均由公司自主研发掌握。对于空间自锚式悬索桥关键节点自润滑关节轴承，公司已申请相关专利技术保护。由于公司在关节轴承技术方面处于国内领先、国际先进水平，公司博士后工作站的主要研究项目之一是固体自润滑材料的研究与开发，具有较强的持续创新和改进的能力。因此，能够满足用户在不同场合的多样化需求，使我公司在该项目中的轴承始终处于国内行业最高水平，力求超越国际先进水平。

4. 结果

试制样品并通过上海材料研究所：吊索上下节点疲劳载荷性能评估试验和吊索上下节点100万次摆动试验；聚四氟乙烯密封圈的使用寿命可以满足50年的要求；温度达到并满足-50℃~200℃的要求。