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,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。在實際應用中,低溫環(huán)境下的設(shè)備往往會面臨更嚴峻的工況,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,對應國內(nèi)石化行業(yè)標準SH/T0338—1992《滾珠軸承潤滑脂低溫轉(zhuǎn)矩測定法》,該標準替代原石油行業(yè)標準SY 2730—1984一直應用至今。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)該標準進行生產(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溯源條件和標準器的選擇

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。周圍應無影響校準結(jié)果的振動、電磁場或其他干擾源。實際工作中,環(huán)境條件還應滿足測量標準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保證其受力軸線與力標準器的加力軸線相重合,兩端使用環(huán)、鉸連接件,應靈活可靠[2]。

3)標準器要求:溫度測量標準分辨力不低于0.01 ℃ ,不確定度應不大于被測設(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確度等級至少應優(yōu)于被測測力計準確度等級的3倍。

4校準方法

4.1 溫度校準

溫度校準點一般選取轉(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。將溫度測量標準的測量端放入轉(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為溫度測量標準修正后讀數(shù)算術(shù)平均值(℃)。

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

4.2 力值校準

1)加載載荷應緩慢平穩(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加至少3次最大載荷,每次加載的保持時間應為30 s~1 min。每次預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的標準器。顯示力值的直接選取專用力值砝碼進行校準;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;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。

校準時至少校準五個點,通常選擇測力計最大載荷的20%、40%、60%、80%、100%五個點進行校準。示值指示裝置調(diào)至零點,沿測力計軸線逐點增加標準力值,至各校準點保持穩(wěn)定后記錄相應進程示值,至測量上限后逐點遞減卸除標準力值,至各校準點保持穩(wěn)定后記錄相應回程示值。該校準過程連續(xù)進行3次,每次校準前均應將示值指示裝置調(diào)至零點。第一次校準結(jié)束卸除標準力值后相隔30 s,記取測力儀的回零示值[2]。

4)力值校準的有關(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:

重復性:

滯后:

式中:x0、x0'為校準前及卸除標準力值后測力儀零點示值;Fr為測力儀下限值;xi、xi'為在標準力Fi作用下,測力儀第i校準點的進程示值和回程示值;Fi為校準第i點的標準力;xij、xij'為在標準力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,進程與回程零負荷下的零點示值;ximax、ximin為在標準力Fi作用下3次重復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為砝碼標稱值(N)。

5.2測量不確定度來源

標準不確定度主要來源如下:

1)測量重復性引入的標準不確定度u1;

2)標準器專用砝碼引入的標準不確定度u2。

測量標準分辨力至少0.01 N,其引入的不確定度可忽略。

5.3影響量(輸入量)的標準不確定度評定

5.3.1測量重復性引入的標準不確定度u1

以50 N校準點為例,對被校轉(zhuǎn)矩儀50 N點在重復性條件下進行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)。

實際校準中在重復條件下連續(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專用砝碼引入的標準不確定度u2

標準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,標準不確定度為:

5.3.3標準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合成標準不確定度

輸入量u1、u2彼此之間相互獨立,則合成標準不確定度為:

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)矩測定儀量值準確與統(tǒng)一,有利于貿(mào)易公平、科學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].

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《機電信息》2025年第22期第22篇