CN106835965A - 双金属球冠衬板及其制备方法、球形钢支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双金属球冠衬板及其制备方法和运用了该双金属球冠衬板的球形钢支座，涉及桥梁、建筑技术领域。该制备方法包括以下步骤：制备球冠基底，球冠基底采用碳钢或铸铁制成。形成合金球冠，在球冠基底的表面上复合铸造合金球冠，合金球冠的一侧表面为凸球面。该制备方法形成的双金属球冠衬板具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且层结构之间结合紧密，不存在内部脱空的问题。

Description

双金属球冠衬板及其制备方法、球形钢支座

技术领域

本发明涉及桥梁、建筑技术领域，具体而言，涉及一种双金属球冠衬板及其制备方法、球形钢支座。

背景技术

目前，球型钢支座作为桥梁、建筑领域的重要构件，一方面起着支撑上部结构荷载的作用，另一方面将上部结构的荷载和变形灵敏地传递给下部结构。球型钢支座通常包括与上部结构相连的上支座板、与下部结构相连的下支座板，以及位于上下支座板之间的球冠。球冠作为传递上部结构、下部结构荷载和变形的主要构件，需要有较高的耐磨性能、较小的粗糙度及摩擦系数。

为了使球冠球面能够灵敏地传递上部结构的荷载和变形，同时在与上支座板底面互相摩擦的过程中有较好的耐磨性能，国内相关铁路、公路标准提出只能采用包覆球面不锈钢板或球面镀铬两种方式。

在实际操作中，球冠包覆的不锈钢板材需要通过球形工装压制成的相应的球形(工装尺寸稍小于球冠球面尺寸)，然后将该球形不锈钢板放置于球冠上，通过加压、焊接的方式使两者结合。该工艺过程多次对不锈钢板材进行加压，大大降低了不锈钢板的耐磨性能和表面光洁度，同时，不锈钢板在与球冠相结合的过程中也存在无法紧密贴合、内部脱空的部位，也会降低球冠的耐磨性能。球冠表面镀铬的方式可以增加球冠的耐磨性能，打磨后能够保证较小的摩擦系数，但该工艺加工周期较长，镀层不均匀、易脱落，对环境污染大。

因此，设计一种耐磨性能好、摩擦系数小、加工效率高以及层间结合紧密的球冠及其制备方法是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属球冠衬板及其制备方法，其旨在解决现有的球冠制备方法加工效率低，球冠耐磨性能差、摩擦系数大以及层间结合不紧密的技术问题。

本发明的目的在于提供一种球形钢支座，其旨在解决现有的摩擦式支座中的球冠耐磨性能差、摩擦系数大以及层间结合不紧密的技术问题。

本发明提供的第一种技术方案：一种双金属球冠衬板的制备方法包括以下步骤：

制备球冠基底，所述球冠基底采用碳钢或铸铁制成；

形成合金球冠，在所述球冠基底的表面上复合铸造所述合金球冠，所述合金球冠的一侧表面为凸球面。

进一步地，所述合金球冠采用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种制成。

本发明提供的第二种技术方案：一种双金属球冠衬板包括球冠基底和合金球冠；

所述球冠基底采用碳钢或铸铁制成；

所述球冠基底与所述合金球冠通过复合铸造相结合；所述合金球一侧的表面为凸球面。

进一步地，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为凸球面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为凹球面。

进一步地，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为锯齿形表面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为锯齿形表面。

进一步地，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为阶梯形表面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为阶梯形表面。

本发明提供的第三种技术方案：一种球形钢支座包括上锚碇钢棒、上支座板、上耐磨板、下支座板、下耐磨板、下锚碇钢棒以及上述双金属球冠衬板；

所述上锚碇钢棒固定安装在所述上支座板的顶部，用于连接桥跨结构；所述下锚碇钢棒固定安装在所述下支座板的底部，用于连接桥墩；

所述上支座板、所述上耐磨板、所述双金属球冠衬板、所述下耐磨板、所述下支座板从上至下依次层叠设置；所述下支座板的上表面包括凹球面，所述下耐磨板的下表面与所述下支座板的凹球面相匹配，所述下耐磨板的上表面与所述双金属球冠衬板的凸球面相匹配。

进一步地，所述双金属球冠衬板的上表面开设有凹槽，所述上耐磨板设置在所述凹槽内。

进一步地，所述的球形钢支座还包括上锚碇螺栓和下锚碇螺栓；所述上锚碇螺栓用于将所述上锚碇钢棒连接到所述上支座板上；所述下锚碇螺栓用于将所述下锚碇钢棒连接到所述下支座板上。

相比现有的球冠及其制备方法，本发明提供的双金属球冠衬板及其制备方法的有益效果是：

首先，合金球冠与球冠基底通过复合铸造相结合，合金球冠被牢牢地包裹在球冠基体上，不仅使合金球冠与球冠基体结合紧密，而且使双金属球冠衬板的凸球面具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数。其次，球冠基底采用碳钢或铸铁制成，取材方便，成本较低。最后，双金属球冠衬板结构简单，制备方便，加工周期短，加工成本低。

相比现有的摩擦式支座，本发明提供的球形钢支座的有益效果是：采用了上述双金属球冠衬板，具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且层结构之间贴合紧密，使球形钢支座使用性能更加良好，使用寿命更长，加工周期更短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的球形钢支座的半剖结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的球形钢支座的另一种视角的结构示意图。

图3为图1中双金属球冠衬板的第一种结构示意图。

图4为图1中双金属球冠衬板的第二种结构示意图。

图5为本发明第二实施例提供的球形钢支座的半剖结构示意图。

图6为本发明第二实施例提供的双金属球冠衬板的制备方法的流程示意图。

图标：100-球形钢支座；110-上锚碇钢棒；120-上锚碇螺栓；130-上支座板；140-上耐磨板；150-下耐磨板；160-下支座板；170-下锚碇钢棒；180-下锚碇螺栓；200-双金属球冠衬板；210-球冠基底；211-凹槽；220-合金球冠。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的球形钢支座100的半剖结构示意图，图2为本发明第一实施例提供的球形钢支座100的另一种视角的结构示意图，请参阅图1和图2。需要说明的是，所有附图中带箭头的附图标记是指代虚体结构，例如孔、槽、腔等，不带箭头的附图标记是指代实体结构。

本实施例提供了一种球形钢支座100。球形钢支座100包括上锚碇钢棒110、上锚碇螺栓120、上支座板130、上耐磨板140、下耐磨板150、下支座板160、下锚碇钢棒170、下锚碇螺栓180以及双金属球冠衬板200。

上锚碇钢棒110固定安装在上支座板130的顶部，用于连接桥跨结构。下锚碇钢棒170固定安装在下支座板160的底部，用于连接桥墩。

上支座板130、上耐磨板140、双金属球冠衬板200、下耐磨板150、下支座板160从上至下依次层叠设置。下支座板160的上表面包括凹球面，下耐磨板150的下表面与下支座板160的凹球面相匹配，下耐磨板150的上表面与双金属球冠衬板200的凸球面相匹配。

上锚碇螺栓120用于将上锚碇钢棒110连接到上支座板130上。下锚碇螺栓180用于将下锚碇钢棒170连接到下支座板160上。

图3为图1中双金属球冠衬板200的第一种结构示意图，请参阅图3，双金属球冠衬板200包括球冠基底210和合金球冠220。

球冠基底210采用碳钢或铸铁制成。合金球冠220采用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种制成，或随着不锈钢钢牌号的更新而有所变化，或采用其他耐磨、防腐性能优良的合金材料。

球冠基底210用于连接合金球冠220的表面为凸球面，合金球冠220用于连接球冠基底210的表面为凹球面。合金球冠220用于支撑下支座板160的表面为凸球面。双金属球冠衬板200的上表面开设有凹槽211，上耐磨板140设置在凹槽211内。球冠基底210与合金球冠220通过复合铸造相结合。

这里的复合铸造是指：采用浇注法将合金球冠220与球冠基底210复合。具体的，在球冠基底210的表面上浇注熔融状态的合金球冠220的原料，在复合界面上靠液相凝固、固相塑性变形生成合金球冠220的层结构，同时复合组元紧密接触使原子扩散加剧，从而加强合金球冠220的层结构包覆球冠基底210的牢固性。

容易理解的是，球冠基底210与合金球冠220的复合界面还可以有其他连接形式，例如，采用阶梯形表面的复合形式，如图4所示，球冠基底210用于连接合金球冠220的表面为阶梯形表面，球冠基底210用于连接合金球冠220的表面为阶梯形表面，两者的阶梯形表面相互配合，使球冠基底210与合金球冠220之间结合紧密，不会发现错位或窜动现象。

此外，球冠基底210与合金球冠220的复合界面还可以采用锯齿形表面的复合形式。也就是说，球冠基底210用于连接合金球冠220的表面为锯齿形表面，合金球冠220用于连接球冠基底210的表面为锯齿形表面。

本实施例提供的球形钢支座100，首先，在球冠基底210的表面上采用复合铸造的方式形成合金球冠220，不仅结构简单，而且使球冠基底210与合金球冠220之间结合紧密，不会发现错位或窜动现象以及内部脱空现象。其次，合金球冠220使双金属球冠衬板200具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数。

此外，本实施例提供的球形钢支座100不仅可以运用在桥梁建筑中，还可以用在较大的房屋建筑中，起到提高抗震能力的作用。

第二实施例

图5为本发明第二实施例提供的球形钢支座的半剖结构示意图，请参阅图5。本实施例提供了一种球形钢支座100，其结构与第一实施例中的结构相近，不同之处在于：本实施例的球形钢支座100采用的是双曲面的球冠衬板200，第一实施例中采用的是单曲面的球冠衬板200。

相应的，本实施例的球形钢支座100中，上支座板130的下表面包括凹曲面，下支座板160的上表面包括凹曲面，这里的凹曲面均为凹球面。球冠衬板200的上表面和下表面均为凸球面。球冠衬板200的上表面和下表面上均设置有凹槽211，上耐磨板140和下耐磨板150均设置在对应的凹槽211内。

本实施例的球形钢支座100采用了双曲面的球冠衬板200，具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且合金球冠220与球冠基底210之间贴合紧密，不存在内部脱空的问题。

第三实施例

本实施例提供一种双金属球冠衬板的制备方法，如图6所示，双金属球冠衬板的制备方法包括以下步骤：

S1：制备球冠基底。

球冠基底采用碳钢或铸铁制成，具体的，可采用45号钢或球铁。球冠基底的毛坯可以是铸造件、锻造件或选用型材，通过机械加工使球冠基底的毛坯形成多个表面。这样，不仅取材方便，而且材料成本低。

球冠基底的结构形式不局限于上述形式，加工时可依据双金属球冠衬板所需的球面半径和高度灵活设计。

S2：形成合金球冠。

在球冠基底的表面上复合铸造合金球冠，合金球冠的一侧表面为凸球面。

球冠基底与合金球冠相结合的表面，形状相互匹配，例如，球冠基底用于连接合金球冠的表面为凸球面，合金球冠用于连接球冠基底的表面为凹球面；或者采用阶梯形表面的复合形式，或者采用锯齿形表面的复合形式。这样，使球冠基底与合金球冠之间结合紧密，不会发现错位或窜动现象。

合金球冠采用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种制成，或随着不锈钢钢牌号的更新而有所变化，或采用其他耐磨、防腐性能优良的合金材料。合金球冠能够显著提高双金属球冠衬板的耐磨、减摩性能和防腐性能。

采用复合铸造工艺，在球冠基底的表面上浇注熔融状态的合金球冠的原料，在复合界面上靠液相凝固、固相塑性变形生成合金球冠的层结构，同时复合组元紧密接触使原子扩散加剧，从而加强合金球冠的层结构包覆球冠基底的牢固性。

本实施例提供的双金属球冠衬板的制备方法的有益效果：首先，球冠衬板的球面具有良好的耐磨、减摩、防腐性能。其次，采用复合铸造的方式使球冠基底与合金球冠相结合，能够使合金球冠牢固地包覆于球冠基底，不会存在中部脱空的问题，而且，提高了双金属球冠衬板的耐压性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双金属球冠衬板的制备方法，其特征在于，所述双金属球冠衬板的制备方法包括以下步骤：

制备球冠基底，所述球冠基底采用碳钢或铸铁制成；

形成合金球冠，在所述球冠基底的表面上复合铸造所述合金球冠，所述合金球冠的一侧表面为凸球面。

2.根据权利要求1所述的双金属球冠衬板的制备方法，其特征在于，所述合金球冠采用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种制成。

3.一种双金属球冠衬板，其特征在于，所述双金属球冠衬板包括球冠基底和合金球冠；

所述球冠基底采用碳钢或铸铁制成；

所述球冠基底与所述合金球冠通过复合铸造相结合；所述不合金球冠的一侧表面为凸球面。

4.根据权利要求3所述的双金属球冠衬板，其特征在于，所述合金球冠采用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种制成。

5.根据权利要求3所述的双金属球冠衬板，其特征在于，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为凸球面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为凹球面。

6.根据权利要求3所述的双金属球冠衬板，其特征在于，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为锯齿形表面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为锯齿形表面。

7.根据权利要求3所述的双金属球冠衬板，其特征在于，所述球冠基底用于连接所述合金球冠的表面为阶梯形表面，所述合金球冠用于连接所述球冠基底的表面为阶梯形表面。

8.一种球形钢支座，其特征在于，所述球形钢支座包括上锚碇钢棒、上支座板、上耐磨板、下支座板、下耐磨板、下锚碇钢棒以及权利要求3所述的双金属球冠衬板；

所述上锚碇钢棒固定安装在所述上支座板的顶部，用于连接桥跨结构；所述下锚碇钢棒固定安装在所述下支座板的底部，用于连接桥墩；

所述上支座板、所述上耐磨板、所述双金属球冠衬板、所述下耐磨板、所述下支座板从上至下依次层叠设置；所述下支座板的上表面包括凹球面，所述下耐磨板的下表面与所述下支座板的凹球面相匹配，所述下耐磨板的上表面与所述双金属球冠衬板的凸球面相匹配。

9.根据权利要求8所述的球形钢支座，其特征在于，所述双金属球冠衬板的上表面开设有凹槽，所述上耐磨板设置在所述凹槽内。

10.根据权利要求8所述的球形钢支座，其特征在于，所述的球形钢支座还包括上锚碇螺栓和下锚碇螺栓；所述上锚碇螺栓用于将所述上锚碇钢棒连接到所述上支座板上；所述下锚碇螺栓用于将所述下锚碇钢棒连接到所述下支座板上。