液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),液壓,試驗(yàn)臺(tái),設(shè)計(jì)
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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)于涂漢堡哈爾堡，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能。開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lèi)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(kāi)發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所開(kāi)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(kāi)發(fā)源自研究項(xiàng)目DGMK5143，514-146105的一種系統(tǒng)方法。2.主要測(cè)試儀器的安排開(kāi)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）Ex,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(kāi)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(lèi)、HLP類(lèi)和HEES合成酯類(lèi)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(lèi)。現(xiàn)已完成測(cè)試階段的主要任務(wù)是找出這些類(lèi)型油液的不同潤(rùn)滑性能，因?yàn)樗鼈兛赡艽碇煌?lèi)型。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(lèi)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(lèi)型。所有油液都有抗腐蝕和老化添加劑，在HEES類(lèi)和HLP類(lèi)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(lèi)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(lèi)別的油液而且同類(lèi)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(jiàn)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67。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(méi)有確定試運(yùn)行的最低數(shù)量，測(cè)試結(jié)果中也沒(méi)有精確要求。根據(jù)這兩項(xiàng)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)流體分類(lèi)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)1 Kessler, M., Entwicklung eines Testverfahrens zur mechanischen Prufung von Hydraulikflussigkeiten, Dissertation, Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 1, Nr. 335, 2000.2 DIN 51389, Mechanische Prufung von Hydraulikflussigkeiten in der Flugelzellenpumpe, Deutsches Institut fur Normung e.V., Beuth Verlag Berlin, 1982.3 Kessler, M., Feldmann, D.G., Mechanische Prufung von Hydraulikflussigkeiten, DGMK Forschungsbericht 514, Hamburg, Juli 1999.4 Kessler, M., Feldmann, D.G., Mechanische Prufung von Hydraulikflussigkeiten II, DGMK Forschungsbericht 514-1, Hamburg, Sept. 2001.5 Schmidt, J.; Feldmann, D.G.; Padgurskas, Mechanische Prufung von Hydraulikflussigkeiten, DGMK Forschungsbericht 610, Hamburg, 2006.6 Feldmann, D.G., Padgurskas, J., Analysis of the Lubrication Capabilities of Hydraulic Fluids using a Test Method with Line Contact, Engineering Materials & Tribology 2004, Riga, 23.-24. Sept. 2004.7 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, 199011
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