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附錄
一種新的檢測(cè)液壓油的機(jī)械試驗(yàn)方法應(yīng)用
施密特，克勞斯
產(chǎn)品開發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所，漢堡技術(shù)大學(xué)，德國(guó)
摘 要：本文介紹了在一臺(tái)新開發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行一個(gè)摩擦磨損試驗(yàn)，該試驗(yàn)臺(tái)開發(fā)于涂漢堡哈爾堡，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能。開發(fā)這種新的檢測(cè)方法的目的是為了更好的表述摩擦學(xué)與流體動(dòng)力機(jī)械之間的影響與聯(lián)系，采用線接觸研究液壓油的潤(rùn)滑性能表明，可利用摩擦、磨損和腐蝕試驗(yàn)區(qū)分不同液體的潤(rùn)滑性能。在不同的試驗(yàn)通過(guò)不斷的改進(jìn)試驗(yàn)裝置和開發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的全自動(dòng)控制程序來(lái)滿足高重復(fù)性的邊界條件。該試驗(yàn)機(jī)的開發(fā)符合測(cè)試程序、形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求，可以從各種材料和生產(chǎn)設(shè)備公司生產(chǎn)，現(xiàn)有的這類公司都生產(chǎn)流體動(dòng)力元件。
關(guān)鍵詞：液壓 流體 潤(rùn)滑 試驗(yàn)
1.引言：
液壓油的一個(gè)非常重要特點(diǎn)的是它可能使摩擦加載面分離以減少這種連接中的摩擦磨損，試驗(yàn)測(cè)試液壓油潤(rùn)滑性能最可靠的試驗(yàn)是實(shí)地測(cè)試，即流體在典型工作條件和典型操作期間下的應(yīng)用。出于多種原因，實(shí)地測(cè)試費(fèi)時(shí)而且成本高，以及操作環(huán)境的不同應(yīng)用方法通常也會(huì)很大不同，因此實(shí)地測(cè)試的結(jié)果往往不具有通用性。這種情況導(dǎo)致流體生產(chǎn)者以及靜壓機(jī)械生產(chǎn)者必須先在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室測(cè)試他們的產(chǎn)品，然后再去做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)清楚地看到，只有當(dāng)他們能夠逼真的模擬出機(jī)器摩擦接觸時(shí)的狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試才能起到作用。
漢堡科技大學(xué)的產(chǎn)品開發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所開發(fā)了新的試驗(yàn)臺(tái)和測(cè)試方法，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能[1]，按照DIN51389，今后的這項(xiàng)測(cè)試可能代替葉片泵試驗(yàn)[2]。該項(xiàng)目的目的是找到一個(gè)測(cè)試方法，盡可能的再現(xiàn)所有摩擦磨損對(duì)液壓機(jī)械的影響，通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試形式和試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)單測(cè)量，從中獲得力學(xué)參數(shù)。負(fù)載條件下的摩擦系統(tǒng)內(nèi)液壓件（接觸壓力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式）、速度、析構(gòu)函數(shù)和連接部分的屬性決定了連接區(qū)域的參數(shù)（溫度和幾何構(gòu)造），對(duì)摩擦系統(tǒng)的摩擦系數(shù)、臨界載荷和磨損性能產(chǎn)生主要影響。測(cè)試方法和試驗(yàn)機(jī)的開發(fā)源自研究項(xiàng)目DGMK514[3]，514-1[4]610[5]的一種系統(tǒng)方法。
2.主要測(cè)試儀器的安排
開發(fā)新的測(cè)試方法是為了實(shí)現(xiàn)以下目的：
·使定量測(cè)試結(jié)果精度高；
·測(cè)試樣本簡(jiǎn)單，不需要特殊的制造技術(shù)；
·自動(dòng)化、能耗低、測(cè)試液量小和測(cè)試時(shí)間短的測(cè)試方法。
對(duì)液壓件內(nèi)部的摩擦接觸的詳細(xì)分析是對(duì)這個(gè)新的測(cè)試方法和試驗(yàn)臺(tái)詳細(xì)說(shuō)明的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)方法、順序配置以及實(shí)驗(yàn)的主要發(fā)現(xiàn)如圖1所示。這臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的配置允許測(cè)試線接觸和面接觸。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，線接觸更有趣，能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)區(qū)分不同液壓油的潤(rùn)滑性能。這也是大多數(shù)的測(cè)試只使用線接觸數(shù)據(jù)的原因。
圖1 MPH試驗(yàn)臺(tái)-主要測(cè)試儀器的安排
液壓油的潤(rùn)滑性能量化參數(shù)如下：
·PHD,crit 壓力導(dǎo)致材料粘結(jié)掉落（金屬粘結(jié)磨損）
·μEx,average 線接觸的平均摩擦系數(shù)
·Vline 試樣滑塊的磨損量
這些參數(shù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性確定了測(cè)試液壓油潤(rùn)滑性能的優(yōu)劣程度，可分為高，中，低等。而對(duì)速度、轉(zhuǎn)矩和壓力等機(jī)械參數(shù)的精確測(cè)量、計(jì)算中考慮導(dǎo)向裝置和軸承中可能的摩擦接觸力、精確的方法測(cè)量和計(jì)算試樣的磨損體積是取得可靠結(jié)果的根本。
在研究過(guò)程中，為了改善測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)做了許多的改進(jìn)。
3.試驗(yàn)條件
為了確定短期和長(zhǎng)期測(cè)試（短期試驗(yàn)是臨界載荷試驗(yàn)，長(zhǎng)期試驗(yàn)是測(cè)試摩擦系數(shù)和磨損量）最佳試驗(yàn)條件做了大量的測(cè)試工作，這些測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)的起動(dòng)過(guò)程對(duì)測(cè)試結(jié)果有重要影響。
3.1起動(dòng)方法
起動(dòng)過(guò)程通過(guò)設(shè)置補(bǔ)償參數(shù)和線接觸中運(yùn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差調(diào)整。而這一起動(dòng)過(guò)程的自動(dòng)化使得后面的試驗(yàn)誤差有了明顯的改善。
3.2短期試驗(yàn)
短期試驗(yàn)是用來(lái)尋找滑動(dòng)接觸到開始磨損材料從自然到磨損的臨界壓力PHD,crit，作用在活塞上的壓力產(chǎn)生的臨界壓力使得摩擦接觸時(shí)起潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑膜消失，混合摩擦變?yōu)楣腆w摩擦。圖2顯示了一個(gè)典型的短期測(cè)試的參數(shù)隨時(shí)間改變情況。
圖2 短期測(cè)試參數(shù)的典型變化
3.3長(zhǎng)期試驗(yàn)
長(zhǎng)期試驗(yàn)是用來(lái)尋找線接觸具體工作流體摩擦系數(shù)和試樣滑塊的損失量。所有試驗(yàn)的摩擦接觸的負(fù)載都是恒定的，這里的負(fù)載是指作用在活塞上的平均壓力，從而使得孔測(cè)試中作用于偏心軸和滑動(dòng)器線接觸上的力恒定。圖3顯示了一個(gè)典型的長(zhǎng)期測(cè)試的參數(shù)隨時(shí)間改變情況。
圖3 長(zhǎng)期測(cè)試參數(shù)的典型變化
4.COMPLETET系列試驗(yàn)結(jié)果
該項(xiàng)目對(duì)HL類、HLP類和HEES合成酯類礦物油進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)還把測(cè)試對(duì)象擴(kuò)大到以多級(jí)機(jī)油和齒輪油為主的礦產(chǎn)和酯類。現(xiàn)已完成測(cè)試階段的主要任務(wù)是找出這些類型油液的不同潤(rùn)滑性能，因?yàn)樗鼈兛赡艽碇煌愋?。最重要的一點(diǎn)是相同的流體多次測(cè)試結(jié)果要在一個(gè)狹窄的變換范圍，可查看平均值小偏離。本文介紹了有關(guān)6種不同類型液壓油的測(cè)試結(jié)果，其中一種HEES型，三種HLP型和兩種HL類型。所有油液都有抗腐蝕和老化添加劑，在HEES類和HLP類添加了不同濃度的EP、AW添加劑。
圖4中的表格提供一個(gè)典型測(cè)試的范圍絕對(duì)值。重要的是要看到，三次試驗(yàn)得出的臨界壓力和平均摩擦系數(shù)或多或少接近平均值，而相同精度條件，相同油液下不同試驗(yàn)試樣的體積損失顯示較大偏差。它也可以看出，臨界載荷、平均摩擦系數(shù)和體積損失之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另一方面，該表顯示，比較流體相對(duì)潤(rùn)滑能力并不是很容易的，因?yàn)榇罅康脑囼?yàn)結(jié)果都必須考慮進(jìn)去。因此，不同的產(chǎn)生了不同的比較方式，這也顯示在圖4，如圖所示基于測(cè)試結(jié)果的等距介紹，數(shù)字橢球代表不同流體測(cè)量值，所有值以HF-1類油液作為參考基準(zhǔn)。
圖4 試驗(yàn)結(jié)果的絕對(duì)值和等距表示
圖5顯示了圖4三維圖可以清楚的看到用MPH試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試不但能夠區(qū)分不同類別的油液而且同類的中的不同油液也能區(qū)分。
圖5 結(jié)果參數(shù)的三維圖顯示（見圖4）的結(jié)果參數(shù)
結(jié)論
通過(guò)MPH項(xiàng)目大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，MPH試驗(yàn)臺(tái)完全有測(cè)試區(qū)分液壓油的潤(rùn)滑性能的能力，隨著試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)改進(jìn)和全自動(dòng)控制的發(fā)展，試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性有所改善，通過(guò)最近試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)可以看出，摩擦系數(shù)和臨界壓力值平均偏差不超過(guò)±10％，試樣磨損量偏差范圍為最大量的±15％，這可通過(guò)更準(zhǔn)確的測(cè)量技術(shù)來(lái)減少[6][7]。測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性是MPH項(xiàng)目的要點(diǎn)，已取得的精確度可以用于其他用來(lái)測(cè)試液壓油試驗(yàn)的比較標(biāo)準(zhǔn)。在葉片泵試驗(yàn)也就是FZG試驗(yàn)[8]中沒有確定試運(yùn)行的最低數(shù)量，測(cè)試結(jié)果中也沒有精確要求。根據(jù)這兩項(xiàng)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)流體分類只有一個(gè)試運(yùn)行是必要的，這導(dǎo)致的結(jié)論是，假設(shè)至少每流體進(jìn)行三次試運(yùn)行，MPH試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試能比其他測(cè)試提供更好的可靠數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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[5] Schmidt, J.; Feldmann, D.G.; Padgurskas, Mechanische Prufung von Hydraulikflussigkeiten, DGMK Forschungsbericht 610, Hamburg, 2006.
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[7] Schmidt, J., Feldmann, D.G., Padgurskas, J., Application of a new test procedure for mechanical testing of hydraulic fluids, 5. International Fluid Power Conference, Vol. 2, p.269-280, Aachen, 20.-22. March 2006.
[8] DIN 51354, FZG-Zahnrad-Verspannungs-Prufmaschine, Deutsches Institut fur Normung e.V., Beuth Verlag Berlin, 1990
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