潤滑油剪切安定性圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)的研制

劉洪鵬，崔驍良，孔令杰，崔長軍

(1.大連北方分析儀器有限公司，遼寧 大連 116023；2.大連新意業(yè)新材料開發(fā)有限公司，遼寧 大連 116000)

1 研究技術(shù)背景

2019年2月1日開始實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 13895-2018重負(fù)荷車輛齒輪油(GL-5)》中，重負(fù)荷車輛齒輪油技術(shù)要求增加了強(qiáng)制要求項(xiàng)—KRL剪切安定性(20 h)，該指標(biāo)采用《NB/SH/T 0845傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)法》進(jìn)行測定。對于重負(fù)荷車輛齒輪油生產(chǎn)廠家和檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)而言，必須增加KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)設(shè)備。傳統(tǒng)的做法是，在標(biāo)準(zhǔn)四球極壓試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上，增加KRL適配器和油溫恒溫控制裝置。

目前，國內(nèi)外的四球極壓試驗(yàn)機(jī)廠商主要有：美國FALEX、英國SETA、中國的廈門天機(jī)等，這些廠家的試驗(yàn)機(jī)也都可以做相應(yīng)的改造，升級成KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)。

但是改造的試驗(yàn)機(jī)具有各種缺陷，比如實(shí)驗(yàn)操作繁瑣、必須額外調(diào)解溫度控制系統(tǒng)、缺少必要的壓力和溫度監(jiān)控等等問題；國內(nèi)外還沒有一家專用的、使用方便的KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)，大連北方分析儀器有限公司根據(jù)試驗(yàn)方法的要求，結(jié)合多年的溫度控制、運(yùn)動控制以及儀器研發(fā)的豐富經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一款專用的KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)采用專利技術(shù)的凸輪頂升機(jī)械機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了加載負(fù)荷的精確控力，并集成了溫度曲線、加載負(fù)荷曲線的實(shí)時顯示，使實(shí)驗(yàn)操作更簡便、更直觀。

2.儀器結(jié)構(gòu)和功能介紹

2.1 儀器主要結(jié)構(gòu)

KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)主要結(jié)構(gòu)應(yīng)該分為：旋轉(zhuǎn)電機(jī)主軸機(jī)構(gòu)、KRL適配器、軸承負(fù)載受力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、試驗(yàn)油控溫裝置、整機(jī)控制電路系統(tǒng)等。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)主軸機(jī)構(gòu)：圓錐滾子軸承旋轉(zhuǎn)的動力源，來自于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)需要具備高轉(zhuǎn)速、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速恒定、負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以最佳選擇應(yīng)為伺服電機(jī)。

KRL適配器：應(yīng)具有圓錐滾子軸承SKF32008X/Q，試驗(yàn)油存儲腔、旋轉(zhuǎn)軸、循環(huán)水水路、密封固定結(jié)構(gòu)等。

軸承負(fù)載受力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：圓錐滾子軸承的負(fù)載受力，傳統(tǒng)的方式通常為杠桿砝碼、液壓頂升等方式，操作復(fù)雜且穩(wěn)定性差，這里選擇機(jī)械直線運(yùn)動微調(diào)機(jī)構(gòu)的方式，對軸承負(fù)載受力進(jìn)行精密調(diào)節(jié)。

試驗(yàn)油控溫裝：試驗(yàn)油在KRL適配器中，在軸承旋轉(zhuǎn)的過程中，油品處于內(nèi)循環(huán)的運(yùn)動中，經(jīng)過軸承的擠壓剪切，溫度會不斷上升，應(yīng)該采用低溫循環(huán)水浴對KRL適配器進(jìn)行降溫，在控制上，應(yīng)該直接對試驗(yàn)油樣進(jìn)行控溫，低溫循環(huán)水浴根據(jù)油溫的高低控制升溫或降溫。

整機(jī)控制電路系統(tǒng)：應(yīng)具有自動控溫、控力、運(yùn)動控制等操作，還應(yīng)具備記錄功能，實(shí)驗(yàn)過程中，軸承負(fù)載所受的壓力和油樣的溫度應(yīng)該實(shí)時記錄，便于試驗(yàn)結(jié)束后回看，辨別試驗(yàn)參數(shù)是否超出規(guī)定范圍，確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

2.2 儀器功能介紹

KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)采用觸摸顯示屏對整機(jī)進(jìn)行操作控制；采用交流伺服電機(jī)作為試驗(yàn)軸承旋轉(zhuǎn)的動力源，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、準(zhǔn)確，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)跳動??；KRL適配器可以容納至少40 mL油樣進(jìn)行測試，試驗(yàn)中，直接針對試驗(yàn)油樣進(jìn)行溫度控制，采用恒溫循環(huán)水浴的水溫控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)油溫控制，抵消試驗(yàn)油樣的摩擦生熱，恒溫水浴采用壓縮機(jī)制冷和電加熱輔助的方式進(jìn)行水溫控制；采用軸承受力調(diào)解機(jī)構(gòu)，對軸承受力進(jìn)行精密控制，通過對頂桿位置的精確控制，實(shí)現(xiàn)對KRL適配器與旋轉(zhuǎn)主軸位置的精確調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對軸承負(fù)載受力的精確控制，具有負(fù)載穩(wěn)定、運(yùn)行平穩(wěn)、振動小的特點(diǎn)；試驗(yàn)過程中，針對油樣溫度和軸承負(fù)載受力進(jìn)行全過程監(jiān)測記錄，做到試驗(yàn)結(jié)果的可追溯性。具體見圖1～圖3及表1。

圖1 儀器外觀

圖2 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖3 儀器主控界面

表1 KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)參數(shù)

3 儀器研制考察試驗(yàn)結(jié)果

3.1 儀器參數(shù)驗(yàn)證

使用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(0～100 ℃)對油溫傳感器進(jìn)行對比，偏差小于0.1 ℃；使用外接數(shù)顯推拉力計(1～5 kN)對軸承負(fù)載受力進(jìn)行驗(yàn)證，偏差小于10 N。

整機(jī)運(yùn)行過程中，每間隔20 min，記錄溫度與承載力的實(shí)時數(shù)值。見表2、圖4～圖7。

表2 油溫、軸承承載力數(shù)據(jù)

圖4 油溫分布折線

圖5 軸承承載力分布折線

圖6 油溫監(jiān)測實(shí)時界面

圖7 軸承承載力監(jiān)測實(shí)時界面

3.2 儀器性能驗(yàn)證

使用標(biāo)油對儀器進(jìn)行測試驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)方法《NB/SH/T 0845 傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)法》中涉及三種標(biāo)準(zhǔn)參考油，測試剪切前后潤滑油的100 ℃運(yùn)動黏度相加率，來表征該潤滑油的抗剪切性能，本文采用其中兩種進(jìn)行驗(yàn)證測試。見表3、表4。

表3 KRL20 h剪切后100 ℃運(yùn)動黏度下降率要求

表4 本儀器采用兩種標(biāo)準(zhǔn)參考油剪切后運(yùn)動黏度變化結(jié)果

由上可知，本儀器的控制壓力波動小于50 N，溫度波動小于0.2 ℃，測試結(jié)果均處于標(biāo)準(zhǔn)參考油要求的上限和下限的中部，苛刻度符合方法標(biāo)準(zhǔn)的要求，儀器測試結(jié)果的準(zhǔn)確度高和重復(fù)性好。

4 結(jié)論

專用的KRL圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)在溫度控制和負(fù)載載荷控制上，控制精度優(yōu)于《NB/SH/T 0845傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗(yàn)機(jī)法》的參數(shù)要求，試驗(yàn)油的測試結(jié)果也符合標(biāo)油的測試黏度下降率區(qū)間要求，操作簡單明了，數(shù)據(jù)的可追溯性強(qiáng)，為廣大的重負(fù)荷車輛齒輪油(GL-5)廠家和用戶提供了穩(wěn)定可靠的試驗(yàn)儀器，具有很好的實(shí)用性。