0引言

在低溫環(huán)境下使用潤滑脂來減少機械設(shè)備的摩擦力,可以提高機械設(shè)備工作效率,延長設(shè)備使用壽命。潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩是衡量潤滑脂在低溫環(huán)境下對滾珠軸承轉(zhuǎn)動阻力的指標(biāo),在工程實踐中,優(yōu)化潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩已成為提高機械設(shè)備性能和可靠性最為有效的方法之一。在實際應(yīng)用中,低溫環(huán)境下的設(shè)備往往會面臨更嚴(yán)峻的工況,潤滑脂的性能會直接影響設(shè)備的可靠性和使用壽命。低溫轉(zhuǎn)矩測試是評價潤滑脂在低溫條件下性能的重要方法,通過低溫轉(zhuǎn)矩測試,可以選擇合適的潤滑脂,并進行優(yōu)化改進,以提高設(shè)備可靠性,延長設(shè)備壽命;也可以及早發(fā)現(xiàn)潤滑脂在低溫環(huán)境下的性能問題,評估其流動性和潤滑性能,為制定設(shè)備的潤滑方案提供參考依據(jù)。因此,潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。國際上測定潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩的主流方法為ASTM1478— 18standard Test Method for Low—Temperature TorqueofBallBearingGrease,對應(yīng)國內(nèi)石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T0338—1992《滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定法》,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,國內(nèi)的滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀均依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)。

1滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀結(jié)構(gòu)

滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀(以下簡稱“轉(zhuǎn)矩儀”)是一種測量潤滑脂在低溫環(huán)境下對滾珠軸承旋轉(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、傳動裝置、轉(zhuǎn)矩試驗裝置、測力計、數(shù)控面板、開關(guān)等組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[1]。轉(zhuǎn)矩儀上的測力計有3種單位顯示,分別為kgf、b、N。

2計量特性

滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀計量性能要求如表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℃;相對濕度≤85%;供電電源 (380±38)V, (50±1)Hz;氣壓80~106kpa。周圍應(yīng)無影響校準(zhǔn)結(jié)果的振動、電磁場或其他干擾源。實際工作中,環(huán)境條件還應(yīng)滿足測量標(biāo)準(zhǔn)器正常使用的其他要求[2]。

2)加力條件:轉(zhuǎn)矩儀上測力計的安裝應(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:溫度測量標(biāo)準(zhǔn)分辨力不低于0.01 ℃ ,不確定度應(yīng)不大于被測設(shè)備溫度偏差最大允許誤差絕對值的1/3;測力所用的專用砝碼準(zhǔn)確度等級至少應(yīng)優(yōu)于被測測力計準(zhǔn)確度等級的3倍。

4校準(zhǔn)方法

4.1 溫度校準(zhǔn)

溫度校準(zhǔn)點一般選取轉(zhuǎn)矩儀低溫箱工作范圍的下限點、中間點和上限點,也可根據(jù)用戶工作中常用的溫度點確定。將溫度測量標(biāo)準(zhǔn)的測量端放入轉(zhuǎn)矩儀的低溫箱內(nèi),使其與儀器測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分別記錄一次實際測量溫度和儀器顯示溫度,連續(xù)記錄10次。按公式(1)計算控溫誤差,按公式(2)(3)計算控溫穩(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為溫度測量標(biāo)準(zhǔn)修正后讀數(shù)的最大值(℃);tmin為溫度測量標(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)對轉(zhuǎn)矩儀上的測力計以給定方式預(yù)加至少3次最大載荷,每次加載的保持時間應(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[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行校準(zhǔn);顯示千克力的優(yōu)先選取質(zhì)量砝碼,沒有質(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行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)時至少校準(zhǔn)五個點,通常選擇測力計最大載荷的20%、40%、60%、80%、100%五個點進行校準(zhǔn)。示值指示裝置調(diào)至零點,沿測力計軸線逐點增加標(biāo)準(zhǔn)力值,至各校準(zhǔn)點保持穩(wěn)定后記錄相應(yīng)進程示值,至測量上限后逐點遞減卸除標(biāo)準(zhǔn)力值,至各校準(zhǔn)點保持穩(wěn)定后記錄相應(yīng)回程示值。該校準(zhǔn)過程連續(xù)進行3次,每次校準(zhǔn)前均應(yīng)將示值指示裝置調(diào)至零點。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)按下列各式計算[2]:

回零誤差:

進程示值:

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

5 力值測量結(jié)果擴展不確定度評定

5.1 數(shù)學(xué)模型

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

5.2測量不確定度來源

標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源如下:

1)測量重復(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)不確定度評定

5.3.1測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

以50 N校準(zhǔn)點為例,對被校轉(zhuǎn)矩儀50 N點在重復(fù)性條件下進行10次測量,得到10次數(shù)據(jù),采用A類方法進行評定:

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

實際校準(zhǔn)中在重復(fù)條件下連續(xù)測量3次,以該3次測量值的算術(shù)平均值作為測量結(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)測力砝碼檢定證書給出的最大力值相對誤差為±0.1%,估計為均勻分布,取包含因子k=√3。在測量點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彼此之間相互獨立,則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

5.3.5擴展不確定度

取包含因子k=2,則擴展不確定度為:U=kuc=0.18 N

6結(jié)束語

本文研究內(nèi)容可為各石油化工企業(yè)、第三方檢測單位、科研單位及生產(chǎn)廠家的滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀提供量值溯源的技術(shù)依據(jù),確保滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀量值準(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,完善滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定儀量值傳遞體系。湖南省長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,填補了此類儀器檢測無據(jù)可依的空白,有利于助推地方經(jīng)濟的發(fā)展,因而具有很強的經(jīng)濟效益和社會效益。

[參考文獻]

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[3]工業(yè)分析儀檢定規(guī)程:JJG 1140—2017[S].

[4]標(biāo)準(zhǔn)測力儀檢定規(guī)程:JJG 144—2007[S].

《機電信息》2025年第22期第22篇