CN100355625C - 船台串联造船滑移介质材料 - Google Patents
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Abstract
一种船台串联造船滑移介质材料，包括移动层、固定层和润滑剂，所述滑移层为超高分子量聚乙烯板(UHMW-PE)。采用的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和助滑钢板的技术方案，具有极高的韧性和耐压性能。发展了船台串联造船技术。通过润滑剂的润滑，摩擦面不起毛，不发热，无材料损耗，能够获得合适的滑动摩擦因数(约0.05)，相当于船台滑道坡度的tgα，利用小型动力设备就可实现半条船的移位。提高了串联造船吨位。克服了油脂法滑移膜层不耐压、不耐磨等诸多弊端；也避免了钢珠法滑移的船台改造，大大节约了施工周期和成本费用。且其实施不受环境、气候、地理条件的限制，满足了全天候的操作要求，提高了船台串联造船法的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种船台串联造船滑移介质材料。
背景技术
船台串联造船法(亦称一条半造船法)可理解为一条柔性的船台大合拢流水线，即以一个船台为一条流水线，设两个作业工位同时安排两条船生产。在第一工位上建造一艘船的同时，在一端空余的位置上安排第二工位建造第二艘船的尾段，当第一工位的船下水后，将第二工位的尾段移至第一工位继续进行整船的建造，与此同时在第二工位再建造第三艘船的尾段，如此循环有序地连续生产。
船台串联造船传统的半条船移位采用的是油脂下滑方案，即固定层和滑移层都是常规下水使用的油脂。油脂下滑方案的缺点是油脂层不耐磨(不适应长时间的摩擦)、不耐压(不适用大型船舶的串联造船)、而且受气候影响明显(不适宜夏天或雨天)、静摩擦因数较大(需要很大的启动力)、滑动摩擦因数不稳定(滑移速度不稳定)。
通常半条船移位是在船台坡度为1/20的斜平面上向下滑移来实现的，这比在船坞内平面滑移或在船台的斜平面上通过滚珠滚动下移时的受力情况复杂，力的配置难度大。
根据受力分析，斜平面上向下滑移的受力情况及力的配置与摩擦介质之间的最大静摩擦因数μ0及滑动摩擦因数μ有直接的关系。
按照理论分析，当μ0＜tgα，μ＜tgα时，形式与斜平面上的滚珠下移法相似，此时只需提供单一的系留力就能实现半条船的平稳滑移，但对于承压压强为数十吨每平方米，而其最大静摩擦因数小于0.05(滑道坡度为1∶20)的介质材料很难找到，而且该方案在实施中将对200多米的滑程范围内的滑道平面度和介质表面光洁度提出很高的要求，工艺上难以保证。当μ0＞0.05时，半条船的起动需要一个初始起动力，初始起动力随μ0的增加而增加。在半条船起动的同时，最大静摩擦力和滑动摩擦力之间有一个力的突变，巨大的牵引力会造成半条船移位的突然加速。由于牵引速度与半条船的加速运动不同步，牵引力在这种加速运动延续一段时间后自动丧失。此时，如μ＜0.05，由于滑道存在1∶20的坡度，半条船的移动速度将越来越快，造成运动失控。如μ＞0.05，则随着牵引力的消失，半条船的运动速度将逐渐减慢，直到停止运动，即形成冲程式的移位。加上船台因局部沉降而造成坡度的变化等不利因素对下滑运动的影响，因此，无论何种情况，都必须配置有效的系留设备，才能使半条船的移位全过程可控。从减少牵引力、降低冲击和提高安全性的角度出发，半条船滑移理想的介质材料的μ应接近0.05，μ0应尽可能小。
此外，为了适应大型船舶实施串联造船的要求，滑移介质材料应该具备良好的耐磨、耐压性能。
发明内容
本发明提供一种性能优良的船台串联造船滑移介质材料。
为达上述目的，本发明是这样实现的：
一种船台串联造船滑移介质材料，包括滑移层、固定层和润滑剂，所述滑移层为超高分子量聚乙烯板(UHMW-PE)，所述润滑剂为经机油稀释的牛油，且机油和牛油的配比为1∶6～1∶10。
较佳的，所述固定层为助滑钢板。
较佳的，所述助滑钢板采用6-10mm厚的船用钢板，所述助滑钢板摩擦面打磨至ST2级。
较佳的，所述超高分子量聚乙烯板上设有油槽和油坑。
为说明超高分子量聚乙烯板(UHMW-PE)的性能，以下对UHMW-PE、尼龙王、木质层积塑料、聚四氟乙烯等多种材料进行了综合性能比较，见下表：
| 材料名称 | 自润滑 | 水润滑 | 油润滑 |
| UHMW-PE | 0.10~0.22 | 0.05~0.10 | 0.05~0.08 |
| 聚四氟乙烯 | 0.04~0.05 | 0.04~0.08 | 0.04~0.05 |
| 尼龙王 | 0.15~0.40 | 0.14~0.18 | 0.02~0.11 |
| 聚甲醛 | 0.1 5~0.35 | 0.10~0.20 | 0.05~0.10 |
| 聚碳酸酯 | 0.15~0.38 | 0.13~0.18 | 0.02~0.10 |
| 聚苯乙烯 | 0.16~0.41 | 0.14~0.20 | 0.03~0.12 |
| MCS-2-2木质层积塑料 | —— | 0.062~0.063 | —— |
UHMW-PE的耐磨性居塑料第一，比碳钢、黄铜还耐磨数倍，几种材料的耐磨损率的比较见下表：
| 材料名称 | 磨损率平均值(％) |
| UHMW-PE | 0.46 |
| 聚四氟乙烯 | 1.51 |
| 尼龙王 | 2.31 |
| 45#钢 | 4.02 |
| 不锈钢 | 4.05 |
UHMW-PE的力学性能中，最突出的特点是具有极高的耐冲击性和超强的拉伸强度。它的耐冲击强度是目前塑料中最高的，它比以耐冲击著称的聚碳酸酯塑料要高3至5倍。根据研究资料，该材料拉伸强度最高可达3~3.5Gpa，拉伸模量最高可达100~125Gpa。UHMW-PE是热塑性材料，所以没有一个确定的压缩强度指标。
从以上的对比数据可以看出UHMW-PE具有所需的各项特性要求。其滑动摩擦因数比其它工程塑料小，是理想的润滑材料。
本发明的有益效果是，采用的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和助滑钢板的技术方案，作为滑移层的超高分子量聚乙烯板物理性能稳定，具有极高的韧性和耐压性能。发展了船台串联造船技术。通过润滑剂的润滑，摩擦面不起毛，不发热，无材料损耗，能够获得合适的滑动摩擦因数(约0.05)，相当于船台滑道坡度的tgα，利用小型动力设备就可实现半条船的移位。本专利提高了串联造船吨位。从根本上解决了半条船滑移的重大技术问题，克服了油脂法滑移膜层不耐压、不耐磨等诸多弊端；也避免了钢珠法滑移的船台改造，大大节约了施工周期和成本费用。且其实施不受环境、气候、地理条件的限制，满足了全天候的操作要求，提高了船台串联造船法的推广价值。
附图说明
图1是船台串联造船滑移介质材料装配示意图
图2是UHMW-PE的负载变形曲线
标号说明：
1.木滑道 5.活络铁墩
2.助滑钢板 6.墩木
3.滑移层 7.半条船
4.铁滑板
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
一种船台串联造船滑移介质材料，包括移动层、固定层和润滑剂，所述滑移层3为超高分子量聚乙烯板(UHMW-PE)。所述超高分子量聚乙烯板上设有油槽和油坑。超高分子量聚乙烯板(UHMW-PE)采用螺栓紧贴固定在专用铁滑板4底部，一起作为半条船7下移的运输载体，聚乙烯板上设有油槽和油坑用以改善润滑性能。润滑油采用机油和牛油按1∶8左右的配比混合搅拌而成，不同的季节比例有所不同，以适应不同的气候条件。润滑剂分别涂抹在助滑钢板2和超高分子量聚乙烯板表面。所述固定层为助滑钢板2，所述助滑钢板2采用8mm厚的船用钢板，加工成L形直接铺设固定在原有的船台木质滑道表面。前后助滑钢板2之间的接头采用正反坡口叠接齐平，保证移位通畅。助滑钢板2摩擦面采用风动砂皮机打磨至ST2级。图1为船台串联造船滑移介质材料装配示意图，从下往上依次为木滑道1、助滑钢板2、滑移层3、铁滑板4、活络铁墩5、墩木6、半条船7。
以下通过UHMW-PE的负载变形试验、摩擦因素试验、UHMW-PE-钢的滑动摩擦因数试验和模拟滑移试验来论证其可行性。
一、UHMW-PE的负载变形试验
UHMW-PE是热塑性材料，所以没有一个确定的压缩强度指标。该材料在不同负载范围内变形情况是不一样的，图2是UHMW-PE的负载变形曲线(试件尺寸10mm×10mm×8mm)。从曲线上可以看到，在20MPa处开始有明显塑性变形。塑性变形后，撤去负载，试样的厚度不能恢复原状。在15MPa负载下，变形与负载变化接近线性，即在0至15MPa负载区间，一旦撤除负载，试样厚度即恢复原状。在半条船7滑移时，实际负载在1MPa以下，安全系数超过15，是绝对安全可靠的。
二、UHMW-PE的摩擦因素试验
实践证明，UHMW-PE和钢板之间的摩擦因数与以下因素有密切的关系：钢板表面的粗糙度、压强大小和润滑油的性能。在摩擦磨损试验机上测试超高分子量聚乙烯UHMW-PE和钢的滑动摩擦因数，滑动速度范围：0.5～30m/min；法向载荷范围：0.5～8kg/cm2；润滑介质：润滑脂。滑动摩擦因数如下表所示，
三、UHMW-PE-钢的滑动摩擦因数
在岛津试验机上，测试超高分子量聚乙烯UHMW-PE和钢的静摩擦因数，速度为0.5m/min，法向载荷范围：0.5~8kg/cm2，润滑介质：润滑脂。UHMW-PE-钢静摩擦因数如下表所示：
| 法向载荷(kg/cm2) | 0.50 | 2.4 | 4.3 | 6.1 | 8.0 |
| 速度0.5(m/min) | 0.12 | 0.098 | 0.11 | 0.12 | 0.12 |
根据半条船7滑移的速度和载荷，要求滑移介质的最大静摩擦因数尽可能小，滑动摩擦因数接近0.05。超高分子量聚乙烯-钢的摩擦因数试验证明，此材料能满足要求。通过数据分析，得到如下结论：在固定的法向载荷情况下，随着滑动速度的增加，滑动摩擦系数增大。法向载荷较小时，这种影响更明显。在固定的滑动速度情况下，随着法向载荷的增加，滑动摩擦系数减小。随着法向载荷的增加，静摩擦系数略有增大。
从上述实验数据可以看出，作为滑移层3的超高分子量聚乙烯板物理性能稳定，具有极高的韧性和耐压性能。通过润滑剂的润滑，摩擦面不起毛，不发热，无材料损耗，能够获得合适的滑动摩擦因数(约0.05)，相当于船台滑道坡度的tgα，利用小型动力设备就可实现半条船7的移位。本专利提高了串联造船吨位。
Claims (4)
1、一种船台串联造船滑移介质材料，包括滑移层、固定层和润滑剂，其特征在于：所述滑移层为超高分子量聚乙烯板，所述润滑剂为经机油稀释的牛油，且机油和牛油的配比为1∶6～1∶10。
2、根据权利要求1所述的船台串联造船滑移介质材料，其特征在于：所述固定层为助滑钢板。
3、根据权利要求2所述的船台串联造船滑移介质材料，其特征在于：所述助滑钢板采用6-10mm厚的船用钢板，所述助滑钢板摩擦面打磨至ST2级。
4、根据权利要求1所述的船台串联造船滑移介质材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯板上设有油槽和油坑。
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