CN102768173B - 基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法及装置，该方法通过在线图像可视铁谱仪实时在线监测销盘磨损机球盘摩擦副在边界润滑状态时的润滑油中的磨粒浓度，评价润滑油的抗磨性。该方法能够实时监测摩擦副在不同磨损状态下润滑油的抗磨性能。并且，实现本发明方法的装置结构简单，操作方便，容易实现。

Description

基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法及装置

技术领域

本发明属于润滑油抗磨性试验技术领域，涉及一种润滑油抗磨性评价方法，尤其是一种基于球盘磨损试验在线监测的润滑油抗磨性评价方法。

背景技术

减少磨损是润滑油最主要和最基本的性能。目前国内外有很多检测润滑油抗磨性的标准方法，如四球机法、梯姆肯法和法莱克斯法，国内标准方法分别为SH/T0189、GB/T 11144和SH/T 0188，国外标准方法为ASTM D4172、ASTM D2782、ASTM D2670。但是，这些标准方法均以最终的磨损结果作为评价润滑油抗磨性能的指标，不能反映润滑油在磨损过程中的减磨特性。

利用铁谱技术的基本原理，在高强度和高梯度磁场中将铁磁性磨粒从油液中分离出来，并按照磨粒尺寸大小实现有序沉积，然后对其分析及研究。西安交通大学在线铁谱装置和方法获已经获得了6项专利，专利号分别为90223714.4，01240347.4，200510041894，200610041773，201110204256.0和201110216749.6，实现了油润滑条件下的磨损实时监测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于球盘磨损试验在线监测的润滑油抗磨性评价方法，该方法使用在线图像可视铁谱仪监测球盘摩擦副磨损，能够在线实时监测，能够得到摩擦副在不同的磨损状态下润滑油的抗磨特性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种基于球盘磨损试验在线监测的润滑油抗磨性评价方法，其特征在于，通过在线图像可视铁谱仪实时在线监测销盘磨损机球盘摩擦副在边界润滑状态时的润滑油中的磨粒浓度，评价润滑油的抗磨性。

具体包括以下步骤：

1）按照设定的流量为球盘摩擦副供油，定时启动在线图像可视铁谱仪对流经球盘摩擦副的润滑油进行取样沉积，从在线图像可视铁谱仪上获得磨粒沉积图片；同时对在线图像可视铁谱仪的油路进行冲刷，且对球盘摩擦副的供油量等于在线图像可视铁谱仪的取样量与冲刷量之和，即润滑油流经球盘摩擦副后全部通过在线图像可视铁谱仪，之后润滑油排入废油油池中不再重复使用；根据在线图像可视铁谱仪获得的若干磨粒沉积图片的IPCA值和相应时间点得到IPCA曲线，以IPCA曲线表征磨损过程润滑油中的磨粒浓度变化；

2）取IPCA曲线最后的4~6个IPCA值，并求取均值I₀，在IPCA曲线图上做直线IPCA=2I₀，此时观察IPCA曲线，当采集得到的IPCA值初次出现连续3次小于2I₀的情况时，将这三个值中的第一个IPCA点作为由磨合期进入稳定磨损期的转折点；

3）根据以上得到的转折点，将IPCA曲线划分为磨合期和稳定磨损期，并求取磨合期磨损量q_i，磨合期时长t_i和稳定磨损期磨损率指数均值si_i；其中，q_i为磨合期IPCA曲线和时间坐标围成的面积，t_i为IPCA曲线上表征球盘摩擦副的磨合期时长，si_i为稳定磨损期的IPCA均值。

进一步，在本发明的较佳实施方案中，将被测试的油样分5～7组，分别进行上述步骤1）至步骤3），每组得到q_i，t_i和si_i数据，按照置信度0.95构造q_i，t_i和si_i的置信区间做为试验数据的正常值范围，取处于正常值范围内的试验数据求其平均值Q，T和SI，用于评价润滑油抗磨性。

本发明还提出一种实现上述方法的装置，包括供油油池、蠕动泵、球盘摩擦副、集油池、在线图像可视铁谱仪和废油油池；所述蠕动泵从供油油池中抽取待检测的润滑油，润滑球盘摩擦副，随后润滑油进入集油池中，在取样周期内在线图像可视铁谱仪从集油池抽取润滑油进行磨粒沉积和冲刷，最后润滑油被排入废油油池中。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法及装置，采用在线图像可视铁谱仪，即在线图像可视铁谱仪实时在线监测销盘磨损机球盘摩擦副在边界润滑状态时的润滑油中的磨粒浓度，评价润滑油的抗磨性。该方法能够实时监测摩擦副在不同磨损状态下润滑油的抗磨性能。并且，实现本发明方法的装置结构简单，操作方便，容易实现。

附图说明

图1是本发明磨损试验开环油路示意图；

图2是本发明计算磨合期和稳定磨损期转折点的示意图。

图3是本发明计算试验结果指标的示意图。

具体实施方式

本发明基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法，是通过在线图像可视铁谱仪实时在线监测销盘磨损机球盘摩擦副在边界润滑状态时的润滑油中的磨粒浓度，评价润滑油的抗磨性。其包括以下具体步骤：

1）按照设定的流量为球盘摩擦副供油，定时启动在线图像可视铁谱仪对流经球盘摩擦副的润滑油进行取样沉积，从在线图像可视铁谱仪上获得磨粒沉积图片；同时对在线图像可视铁谱仪的油路进行冲刷，且对球盘摩擦副的供油量等于在线图像可视铁谱仪的取样量与冲刷量之和，即润滑油流经球盘摩擦副后全部通过在线图像可视铁谱仪，之后润滑油排入废油油池中不再重复使用；根据在线图像可视铁谱仪产生的若干磨粒沉积图片的IPCA值和相应时间点得到IPCA曲线，以IPCA曲线表征磨损过程润滑油中的磨粒浓度变化；

2）参见图2，取IPCA曲线最后的4~6个IPCA值，并求取均值I₀，在IPCA曲线图上做直线IPCA=2I₀，此时观察IPCA曲线，当采集得到的IPCA值初次出现连续3次小于2_I0的情况时，将这三个值中的第一个IPCA点作为由磨合期进入稳定磨损期的转折点；

3）参见图3，根据以上得到的转折点，将IPCA曲线划分为磨合期和稳定磨损期，并求取磨合期磨损量q_i，磨合期时长t_i和稳定磨损期磨损率指数均值si_i；其中，q_i为磨合期IPCA曲线和时间坐标围成的面积，t_i为IPCA曲线上表征球盘摩擦副的磨合时长，si_i为稳定磨损期的IPCA均值。

在本发明的最佳实施例中，将被测试的油样分5～7组，分别进行以上所述的步骤1）至步骤3），每组得到q_i，t_i和si_i数据，按照置信度0.95构造q_i，t_i和si_i的置信区间做为试验数据的正常值范围，取处于正常值范围内的试验数据求其平均值Q，T和SI，用于评价润滑油抗磨性。具体计算如下：

计算出样本均值

和样本标准差(S_q,S_t,S_si)，计算方法如下列公式所示：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i;$

$S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2};$

计算出置信区间

和计算方法如下列公式所示：

$(\stackrel{\‾}{X}-\frac{S}{\sqrt{n}}{t}_{0.05}(n-1),\stackrel{\‾}{X}+\frac{S}{\sqrt{n}}{t}_{0.05}(n-1)).$

上述计算公式中：X_i是来自总体的一个样本，n是试验次数。

最后，取处于正常值范围内的试验数据求其平均值Q，T，和SI，用于评价润滑油抗磨性。

本发明提出的评价方法要求球盘摩擦副在边界润滑状态，因此，球盘摩擦副边界润滑状态时的运行参数确定如下：

首先，依据膜厚比λ＜1时，润滑状态为边界润滑，确定了球盘摩擦副在边界润滑状态时的试验条件。膜厚比λ计算公式如下所示：

$\mathrm{\λ}=\frac{h_0}{\sqrt{R_{q1}^2+R_{q2}^2}}$

式中：

h₀—两粗糙表面最小公称油膜厚度，μm；

R_q1、R_q2—分别表示两摩擦表面粗糙度的均方根值。

再根据计算点接触弹流润滑中心膜厚的修正公式计算出h₀：

$H_c^{*}=3.63\frac{G^{*0.49}{U}^{*0.68}}{W^{*0.073}}(1-e^{-0.68k})$

上式中无量纲参数分别表示：

膜厚参数

载荷参数

速度参数

材料参数G^*=αE

式中：

h₀—油膜厚度(m)；

E—综合弹性模量(N/m²)；

η₀—润滑油动力粘度(N·s/m²)；

R—综合曲率半径(m)；

F_n—载荷(N)；

v—线速度(m/s)；

α—粘压指数(m²/N)；

k—椭圆率，在这里我们取k为1进行计算。

本发明还提出一种实现上述方法的装置，参照图1，该装置包括供油油池1、蠕动泵2、球盘摩擦副3、集油池4、在线图像可视铁谱仪5和废油油池6。蠕动泵2从供油油池1中抽取待检测的润滑油，润滑球盘摩擦副3，随后润滑油进入集油池4中，在取样周期内在线图像可视铁谱仪5从集油池4抽取润滑油进行磨粒沉积和冲刷，最后润滑油被排入废油油池6中。

本方法采用的主要试验设备有，西安交通大学轴承所设计的蠕动泵式在线图像可视铁谱仪和销盘磨损机。

参照表1和表2，选择试验球盘摩擦副材料和设置试验条件。

表1球盘材料参数

表2磨损试验条件

首先参照图1所示，连接各试验装备，并参照表3对图像可视铁谱仪沉积参数进行设置。

表3在线图像可视铁谱仪铁谱仪取样参数

在磨损试验开始前使用石油醚清洗球盘摩擦副试样，然后将其吹干并检查球盘摩擦副是否存在先天缺陷、磨损机加载的准确性和润滑方式是否合理等。参照图1所示，在每个取样周期内，进入集油池4中的润滑油量等于从集油池4抽走的润滑油量，所以将蠕动泵供油流速设成2ml/min。

然后启动销盘磨损机并供油润滑球盘摩擦副，开始磨损试验，10min后开启在线图像可视铁谱仪，并在磨损过程中监测磨损机转速。

Claims (2)

1.一种基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法，其特征在于，通过在线图像可视铁谱仪实时在线监测销盘磨损机球盘摩擦副在边界润滑状态时的润滑油中的磨粒浓度，评价润滑油的抗磨性；

具体包括以下步骤：

1）按照设定的流量为球盘摩擦副供油，定时启动在线图像可视铁谱仪对流经球盘摩擦副的润滑油进行取样沉积，从在线图像可视铁谱仪上获得磨粒沉积图片；同时对在线图像可视铁谱仪的油路进行冲刷，且对球盘摩擦副的供油量等于在线图像可视铁谱仪的取样量与冲刷量之和，即润滑油流经球盘摩擦副后全部通过在线图像可视铁谱仪，之后润滑油排入废油油池中不再重复使用；根据在线图像可视铁谱仪获得的若干磨粒沉积图片的IPCA值和相应时间点得到IPCA曲线，以IPCA曲线表征磨损过程润滑油中的磨粒浓度变化；

2）取IPCA曲线最后的4～6个IPCA值，并求取均值I₀，在IPCA曲线图上做直线IPCA=2I₀，此时观察IPCA曲线，当采集得到的IPCA值初次出现连续3次小于2I₀的情况时，将这三个值中的第一个IPCA点作为由磨合期进入稳定磨损期的转折点；

3）根据以上得到的转折点，将IPCA曲线划分为磨合期和稳定磨损期，并求取磨合期磨损量q_i，磨合期时长t_i和稳定磨损期磨损率指数均值si_i；其中，q_i为磨合期IPCA曲线和时间坐标围成的面积，t_i为IPCA曲线上表征球盘摩擦副的磨合期时长，si_i为稳定磨损期的IPCA均值。

2.根据权利要求1所述的基于球盘磨损在线监测的润滑油抗磨性评价方法，其特征在于，将被测试的油样分5～7组，分别进行步骤1）至步骤3），每组得到q_i，t_i和si_i数据，按照置信度0.95构造q_i，t_i和si_i的置信区间做为试验数据的正常值范围，取处于正常值范围内的试验数据求其平均值Q，T和SI，用于评价润滑油抗磨性。

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