0引言

在低溫環(huán)境下使用潤(rùn)滑脂來(lái)減少機(jī)械設(shè)備的摩擦力,可以提高機(jī)械設(shè)備工作效率,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩是衡量潤(rùn)滑脂在低溫環(huán)境下對(duì)滾珠軸承轉(zhuǎn)動(dòng)阻力的指標(biāo),在工程實(shí)踐中,優(yōu)化潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩已成為提高機(jī)械設(shè)備性能和可靠性最為有效的方法之一。在實(shí)際應(yīng)用中,低溫環(huán)境下的設(shè)備往往會(huì)面臨更嚴(yán)峻的工況,潤(rùn)滑脂的性能會(huì)直接影響設(shè)備的可靠性和使用壽命。低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)試是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂在低溫條件下性能的重要方法,通過(guò)低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)試,可以選擇合適的潤(rùn)滑脂,并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),以提高設(shè)備可靠性,延長(zhǎng)設(shè)備壽命;也可以及早發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑脂在低溫環(huán)境下的性能問(wèn)題,評(píng)估其流動(dòng)性和潤(rùn)滑性能,為制定設(shè)備的潤(rùn)滑方案提供參考依據(jù)。因此,潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。國(guó)際上測(cè)定潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩的主流方法為ASTM1478— 18standard Test Method for Low—Temperature TorqueofBallBearingGrease,對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T0338—1992《滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定法》,該標(biāo)準(zhǔn)替代原石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 2730—1984一直應(yīng)用至今。目前,國(guó)內(nèi)的滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀均依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。

1滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀結(jié)構(gòu)

滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀(以下簡(jiǎn)稱“轉(zhuǎn)矩儀”)是一種測(cè)量潤(rùn)滑脂在低溫環(huán)境下對(duì)滾珠軸承旋轉(zhuǎn)的阻礙程度的儀器,廣泛應(yīng)用于石油化工、汽車、鐵路、航空航天及科研等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)矩儀主要由低溫箱、傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)裝置、測(cè)力計(jì)、數(shù)控面板、開(kāi)關(guān)等組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[1]。轉(zhuǎn)矩儀上的測(cè)力計(jì)有3種單位顯示,分別為kgf、b、N。

2計(jì)量特性

滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀計(jì)量性能要求如表1所示。

3溯源條件和標(biāo)準(zhǔn)器的選擇

1)溯源條件:環(huán)境溫度為15~35℃;相對(duì)濕度≤85%;供電電源 (380±38)V, (50±1)Hz;氣壓80~106kpa。周圍應(yīng)無(wú)影響校準(zhǔn)結(jié)果的振動(dòng)、電磁場(chǎng)或其他干擾源。實(shí)際工作中,環(huán)境條件還應(yīng)滿足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器正常使用的其他要求[2]。

2)加力條件:轉(zhuǎn)矩儀上測(cè)力計(jì)的安裝應(yīng)保證其受力軸線與力標(biāo)準(zhǔn)器的加力軸線相重合,兩端使用環(huán)、鉸連接件,應(yīng)靈活可靠[2]。

3)標(biāo)準(zhǔn)器要求:溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)分辨力不低于0.01 ℃ ,不確定度應(yīng)不大于被測(cè)設(shè)備溫度偏差最大允許誤差絕對(duì)值的1/3;測(cè)力所用的專用砝碼準(zhǔn)確度等級(jí)至少應(yīng)優(yōu)于被測(cè)測(cè)力計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)的3倍。

4校準(zhǔn)方法

4.1 溫度校準(zhǔn)

溫度校準(zhǔn)點(diǎn)一般選取轉(zhuǎn)矩儀低溫箱工作范圍的下限點(diǎn)、中間點(diǎn)和上限點(diǎn),也可根據(jù)用戶工作中常用的溫度點(diǎn)確定。將溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量端放入轉(zhuǎn)矩儀的低溫箱內(nèi),使其與儀器測(cè)溫探頭處于同一水平截面。當(dāng)溫度升至設(shè)定溫度后,恒溫15 min。在30 min內(nèi)每隔3 min分別記錄一次實(shí)際測(cè)量溫度和儀器顯示溫度,連續(xù)記錄10次。按公式(1)計(jì)算控溫誤差,按公式(2)(3)計(jì)算控溫穩(wěn)定度[3]。

式中:Δt為控溫誤差(℃);t'-為被檢儀器溫度讀數(shù)算術(shù)平均值(℃);t為溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)修正后讀數(shù)算術(shù)平均值(℃)。

式中:ε+、ε-為控溫穩(wěn)定度(℃);tmax為溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)修正后讀數(shù)的最大值(℃);tmin為溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)修正后讀數(shù)的最小值(℃)。

4.2 力值校準(zhǔn)

1)加載載荷應(yīng)緩慢平穩(wěn),不得有沖擊和超載。

2)對(duì)轉(zhuǎn)矩儀上的測(cè)力計(jì)以給定方式預(yù)加至少3次最大載荷,每次加載的保持時(shí)間應(yīng)為30 s~1 min。每次預(yù)加載被完全卸除之后,等待回零至少30s,檢查指示裝置的回零情況,根據(jù)需要可重新調(diào)整零點(diǎn)[4]。

3)根據(jù)轉(zhuǎn)矩儀顯示單位選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)器。顯示力值的直接選取專用力值砝碼進(jìn)行校準(zhǔn);顯示千克力的優(yōu)先選取質(zhì)量砝碼,沒(méi)有質(zhì)量砝碼選取相同允差的專用力值砝碼,將專用力值砝碼的值換算成千克力再進(jìn)行校準(zhǔn);顯示英鎊的選取專用力值砝碼,將力值砝碼的值換算成英鎊再進(jìn)行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)時(shí)至少校準(zhǔn)五個(gè)點(diǎn),通常選擇測(cè)力計(jì)最大載荷的20%、40%、60%、80%、100%五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。示值指示裝置調(diào)至零點(diǎn),沿測(cè)力計(jì)軸線逐點(diǎn)增加標(biāo)準(zhǔn)力值,至各校準(zhǔn)點(diǎn)保持穩(wěn)定后記錄相應(yīng)進(jìn)程示值,至測(cè)量上限后逐點(diǎn)遞減卸除標(biāo)準(zhǔn)力值,至各校準(zhǔn)點(diǎn)保持穩(wěn)定后記錄相應(yīng)回程示值。該校準(zhǔn)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行3次,每次校準(zhǔn)前均應(yīng)將示值指示裝置調(diào)至零點(diǎn)。第一次校準(zhǔn)結(jié)束卸除標(biāo)準(zhǔn)力值后相隔30 s,記取測(cè)力儀的回零示值[2]。

4)力值校準(zhǔn)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)按下列各式計(jì)算[2]:

回零誤差:

進(jìn)程示值:

回程示值:

示值誤差:

重復(fù)性:

滯后:

式中:x0、x0'為校準(zhǔn)前及卸除標(biāo)準(zhǔn)力值后測(cè)力儀零點(diǎn)示值;Fr為測(cè)力儀下限值;xi、xi'為在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下,測(cè)力儀第i校準(zhǔn)點(diǎn)的進(jìn)程示值和回程示值;Fi為校準(zhǔn)第i點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)力;xij、xij'為在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下測(cè)力儀第i點(diǎn)、第j次測(cè)量的進(jìn)程和回程示值;xoj、xoj'為在第j次測(cè)量時(shí),進(jìn)程與回程零負(fù)荷下的零點(diǎn)示值;ximax、ximin為在標(biāo)準(zhǔn)力Fi作用下3次重復(fù)性測(cè)量的最大與最小示值;n為進(jìn)程測(cè)量次數(shù)。

5 力值測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度評(píng)定

5.1 數(shù)學(xué)模型

式中:ΔF為測(cè)力計(jì)示值誤差(N);F-為3次測(cè)量力值顯示平均值(N);F0為砝碼標(biāo)稱值(N)。

5.2測(cè)量不確定度來(lái)源

標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來(lái)源如下:

1)測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;

2)標(biāo)準(zhǔn)器專用砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2。

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)分辨力至少0.01 N,其引入的不確定度可忽略。

5.3影響量(輸入量)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

5.3.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

以50 N校準(zhǔn)點(diǎn)為例,對(duì)被校轉(zhuǎn)矩儀50 N點(diǎn)在重復(fù)性條件下進(jìn)行10次測(cè)量,得到10次數(shù)據(jù),采用A類方法進(jìn)行評(píng)定:

式中:ΔFi為第i次測(cè)量結(jié)果(℃);ΔF-為10次測(cè)量結(jié)果平均值(℃);n為測(cè)量次數(shù)。

實(shí)際校準(zhǔn)中在重復(fù)條件下連續(xù)測(cè)量3次,以該3次測(cè)量值的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果:

5.3.2專用砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力砝碼檢定證書(shū)給出的最大力值相對(duì)誤差為±0.1%,估計(jì)為均勻分布,取包含因子k=√3。在測(cè)量點(diǎn)50 N處,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

5.3.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

轉(zhuǎn)矩儀力值測(cè)量結(jié)果不確定度分量如表2所示。

5.3.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量u1、u2彼此之間相互獨(dú)立,則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

5.3.5擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為:U=kuc=0.18 N

6結(jié)束語(yǔ)

本文研究?jī)?nèi)容可為各石油化工企業(yè)、第三方檢測(cè)單位、科研單位及生產(chǎn)廠家的滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀提供量值溯源的技術(shù)依據(jù),確保滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀量值準(zhǔn)確與統(tǒng)一,有利于貿(mào)易公平、科學(xué)研究和石化儀器行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展,完善滾珠軸承潤(rùn)滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測(cè)定儀量值傳遞體系。湖南省長(zhǎng)沙市是石化儀器生產(chǎn)集中地,本文所研究的內(nèi)容也為廠家的高質(zhì)高效生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障,提升了石油產(chǎn)品分析儀器生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量,填補(bǔ)了此類儀器檢測(cè)無(wú)據(jù)可依的空白,有利于助推地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,因而具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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《機(jī)電信息》2025年第22期第22篇