一、项目概况

草街航电枢纽工程位于重庆合川市草街镇附近的嘉陵江段。是合川至嘉陵江干流口段自下而上梯级开发的第二阶段。正常水位203.00m，设计洪水位217.56m。检查洪水位220.81m。是一项以发展航运为主要目的的水资源综合利用项目，具有发电、拦沙减泥、灌溉等效益。冲砂门孔口宽度为14.8m，弧形工作门高度为25.5m。闸门采用三主梁三斜臂结构。面板曲率半径为31m，铰链高度为22m。门扇分8段制作，在安装现场焊接成一个整体。闸门最大开启高度为27m时，闸门底缘仍在水下14.18m（查水位），即在查水位时处于半开状态泄漏。冲沙系统闸门铰链轴承采购采用国内公开招标方式。由于铰支座受力大，下游水位高，水流格局复杂，闸门铰受到正水流冲击和回水泛滥的影响。枢轴轴承采用国际知名品牌带密封圈的自润滑球面滑动轴承，内径630mm。

二、技术条件

铰链用自润滑关节轴承受力特性表

1）轴承的工作环境：通常闸门在保水状态下关闭，轴承的工作环境是灰尘和潮湿的气氛； 当闸门打开冲沙泄洪时，轴承在水下工作。

2）在正常工作条件下，轴承的径向载荷为32000kN，轴向载荷为2200kN。轴承的运行方式为往复运动，每次运行的角度为62.5o，闸门提升活塞的速度为0.6m/min。轴承的工作温度为-20℃～+150℃。

3）轴承由带外球面的内圈和带内球面的外圈组成，外圈纵向剖分（可轴向分离）。

4）如果轴承内圈与外圈有相对滑动，应提供自润滑减摩材料，摩擦副材料的干摩擦系数不应超过0.11。

5）自润滑球面滑动轴承应具有免维护功能，轴承使用过程中不需要油或其他润滑材料，工作寿命不低于30年。

6）轴承在水下工作，应具有双面防水功能。

三、轴承性能指标的检查

1、轴承选择：

1）轴承型号：选用GEW630HFZB056-2RS双金属镶嵌自润滑关节轴承；

2）轴承形式：

（1）外圈采用轴向分离式（双半外圈），材质为双金属自润滑材料：表层为三环公司高强度铜合金，钢母材为GCr15SiMn正火处理, 摩擦 面 镶嵌 固体 润滑剂 .铜合金表层与钢基体之间采用堆焊工艺，两者冶金结合。

（2）内圈为整体结构，材质为GCr15SiMn，热处理后硬度为HRC58-64，球面镀硬铬，镀层厚度为0.05（加工后）mm。

（3）轴承外圈两侧内置O型圈，实现双面水密封。

3）轴承尺寸：内径φ630mm，外径φ900mm，内圈宽450mm，外圈宽425mm。

2、轴承材料的力学性能：

见下表 轴承O型圈密封物理性能：见下表

3、轴承特性指标检查：

1）轴承静载荷能力：GEW630HFZB056-2RS轴承的表层材料为三环高强度铜合金，屈服极限为500Mpa。若以屈服极限为许用静载荷，按镶嵌面积的35%计算，则轴承的许用静载荷为500×(1-35%)=325Mpa。由于球面轴承各点受力不平衡，最大压力为平均压力的1.334倍，因此最大允许压力为325/1.334=243.6Mpa。根据允许静载比压243.6Mpa，GEW630HFZB056-2RS的有效轴承投影面积（不包括两端密封槽）为313480mm2，则关节轴承的允许静载为243.6Mpa×313480mm2=76373KN .

2）轴承动载荷能力：根据使用条件，径向载荷为Fr=32000kN，轴向载荷为Fa=2200kN，Fa/Fr=0.07，当量载荷系数为1.07，故当量载荷为1.07 ×32000kN=34240KN。表面材料为高强度铜合金的双金属轴承材料的允许动载荷比压为160Mpa，允许动载荷为160Mpa×313480mm2=50157KN。与等效载荷相比，安全系数为50157KN/34240KN=1.46，明显安全可靠。

3）轴承干摩擦系数：2006年12月30日，双金属自润滑关节轴承性能试验在大连大学振动与强度试验中心CZS-4000型数控自润滑轴承试验机上进行。技术（MA认证检测单位），条件：载荷83Mpa，线速度16mm/s，滑动距离1000m（相当于真机运行50年），结果为：摩擦系数0.045-0.075，径向磨损量为0.065-0.11mm，表面状况良好，形成均匀连续的固体润滑膜。此外，2005年为三峡右岸地下电站快速闸门固定轮生产的GEW220XFZ5关节轴承在大型多功能试验机上进行了磨合和工况（破坏）试验。 .测试结果为：干摩擦系数为0.086-0.091。以上测试表明：GEW630HFZB056-2RS满足干摩擦系数小于0.11的要求。测试均在干摩擦条件下进行。除了在安装过程中预涂一层固体润滑膜外，轴承在使用过程中不需要油或其他润滑材料。具有免维护功能，使用寿命不低于50年。

4）轴承公差和径向游隙：径向游隙：0.35—0.45mm。上述公差和游隙符合ISO12240-1:1998（相当于GB/T9163-2001）。

5）其他：（1）轴承配合面和端面的粗糙度在Ra1.6μm以内； （2）残磁强度：由于轴承磨削后必须进行退磁处理，符合国家相关标准； （3）由于轴承在水下工作，不仅轴承外圈应有内置密封，而且轴承两端的压盖也应有密封装置，以免水浸入轴承。越多越好。

四、结论

通过以上对GEW630HFZB056-2RS轴承动载能力、静载能力、摩擦系数及寿命试验分析的分析，完全满足重庆漕界航空动力项目弧形工作闸门的各项技术。要求，靠谱。 2005年和2006年，GEW530HFZB056关节轴承用于重庆市石地、优旭工程圆弧闸门的支撑铰链，效果良好。 2006年，GEW220XFZB056球面滑动轴承应用于狗皮潭所有快速闸门。 2007年，德顶山项目还采用了国产GEW440HFZB056关节轴承。草街项目采用国内最大的双金属自润滑轴承，标志着该轴承的技术性能和工艺技术已经成熟，进入了大规模推广阶段。