石墨润滑下人字闸门底枢摩擦副摩擦学性能*

为研究石墨润滑条件下各参数对人字闸门底枢摩擦副摩擦磨损性能的影响，采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机进行销-盘摩擦副试验，模拟闸门底枢低速重载工况条件，研究不同摩擦速度、石墨粒径下不同表面粗糙度人字闸门底枢摩擦副的摩擦磨损性能。试验结果表明：在不同转速工况下，表面粗糙度为0.8 μm的摩擦副采用粒径10 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优，表面粗糙度为2.0 μm的摩擦副采用粒径21 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优；随着转速增加，摩擦副摩擦因数与磨损量均增加。研究表明，石墨粒径大小和摩擦副表面粗糙度共同影响摩擦副摩擦学性能，这为闸门底枢的固体润滑剂选择和摩擦参数设计提供理论依据。     

人字闸门底枢摩擦副磨损试验台的设计

实践证明磨损是底枢摩擦副失效的主要原因。为了研究人字闸门底枢摩擦副的磨损机理及其影响行为,以三峡闸门为研究对象,深入分析其底枢的受力及应力分布情况,通过计算闸门运行时的各项力矩确定启闭方案,以相似理论作为理论计算依据,完成了试验台的基本结构尺寸设计;通过启闭液压缸、加载液压缸和摩擦阻尼装置模拟实际闸门的启闭、实际闸门的重量以及水压对闸门的影响;通过测定液压缸两端的油压能够较好地测量闸门底枢的实际摩擦系数。通过测控系统,该试验台能在设定参数下完成底枢摩擦副的往复摩擦实验,从而为人字闸门底枢的设计和维护提供了试验分析数据。     

低速重载球面摩擦副石墨镶嵌润滑结构设计及比较

人字闸门底枢作为半球面摩擦副，在水下长时间以低速、重载工况运行，易因磨损导致故障。传统的油脂润滑容易造成环境污染，而固体镶嵌润滑是更为适宜的润滑方式。为了研究不同材料和轴瓦镶嵌结构对底枢摩擦副摩擦学性能的影响，通过试验得到石墨填充润滑材料的力学性能以及不同条件下的摩擦因数；以三峡大坝人字闸门底枢为研究对象，从工程实际与理论分析角度设计了相同孔径和渐变孔径2种不同轴瓦镶嵌结构，利用有限元软件分析了球面静态接触和旋转运行状态下的接触应力，对比了光滑轴瓦、相同孔轴瓦和渐变孔轴瓦的理论摩擦因数。结果表明：从应力角度，相同镶嵌结构下石墨润滑优于高分子赛龙材料润滑；在相同填充面积条件下，3种结构中最大等效应力从大到小依次为渐变孔结构、相同孔结构和光滑结构，而从润滑以及理论摩擦因数角度看，渐变孔结构性能最好，然后依次为相同孔结构和光滑结构；相比镶嵌孔路径，无镶嵌孔路径上的轴瓦等效应力较小。因此，在实际应用中，应确保力学偏置方向与轴瓦的无镶嵌孔区域相符，以减小应力集中并提高润滑性能。     

脂润滑条件下闸门底枢摩擦副磨损失效评价

采用摩擦磨损试验机,获得了QAL9-4/40Cr和ZCuAl8Mn13Fe3/40Cr两种闸门底枢摩擦副在不同接触应力的脂润滑条件下的摩擦学特性,并运用灰色系统理论GM（1,1）模型对其达到许用磨损量的磨损失效进行了评价。低速重载条件下,两种摩擦副的实际接触应力在许用应力之下时,其磨损形式均以犁切为主,且磨损量随接触应力的增大而增大,摩擦因数随着接触应力的增大而减小;反之,其磨损形式均以黏着为主,且磨损速度、摩擦因数均会急剧增加。受同一接触应力作用时,QAL9-4/40Cr具有更好的耐磨性。理论模型对磨损失效的预测结果与实测值吻合度达到95%。     

基于表面轮廓的人字闸门底枢蘑菇头磨损量测量方法

为精确测量人字闸门底枢摩擦副蘑菇头磨损量,采用摩擦磨损试验机对蘑菇头进行模拟摩擦磨损试验,应用千分表测量磨损试样表面轮廓,获取表面三维轮廓数据,并构建表面轮廓图;采用微元法和拟合法计算了曲面磨损体积。其中微元法是以千分表的步长为微元,首先计算出每个微元磨损体积,然后再将球面微元磨损量相加得到球面磨损体积;拟合法是将测量球面数据转化为直角坐标系中数据,然后对坐标系中数据进行曲面拟合得到拟合函数,再对拟合函数求积分得到球面体积,磨损试验前后球面体积差即为球面磨损体积。结果表明:微元法和拟合法与称重法的误差分别为4.66%和4.03%,均满足工程测量要求,为球面磨损量的测量与计算提供了更准确的方法。     

船闸人字闸门底枢摩擦副接触应力分析

底枢是人字闸门的重要的支承运转部件,其磨损将造成人字闸门失效,影响船闸功能。对闸门底枢摩擦副进行受力分析,对其受闸门自重和外载荷时的接触应力计算公式进行推导,再利用ANSYS软件对闸门底枢蘑菇头受自重和外荷载时的接触应力分布进行有限元分析,将将理论计算结果和有限元结果进行比较,二者误差较小,证明了理论公式的合理性。该公式结果表明:最大接触应力出现在外载荷的垂直接触点;最大接触应力与各点的接触应力随着外载荷的增大而增大,且呈正比关系;接触应力分布关于外载荷倾角有对称分布部分,最大接触应力随着外载荷倾角的增大而增大;闸门底枢半径增大,接触应力减少。     

ANSYS Workbench的人字闸门底枢接触应力有限元分析

针对人字闸门底枢结构特点,采有限元软件ANSYS Workbench对人字闸门底枢的三维非线性接触分析模型进行建立。使用有限元计算方式,在Static Structural(ANSYS)中对人字闸门底枢的接触应力进行仿真计算,获取了轴瓦、蘑菇头不同部位接触应力大小、位置、分布计算结果。从有限元计算结果和经验公式计算结果的分析中发现两种方法结果相近,表明用ANSYS Workbench对人字闸门底枢接触问题进行数值分析是可行的,计算结果符合底枢在真实情况下的受力;在满足一定的工程精度条件下,可采用人字闸门底枢有限元仿真来快速获得相关结果,具有一定的工程参考价值。     

人字闸门底枢摩擦副模拟试验台液压系统分析与优化

为研究人字闸门底枢摩擦副运行时的摩擦磨损情况及主要影响因素,根据相似性设计并建造了液压驱动式模拟试验台。调试过程中发现闸门运行时抖动厉害。为减小闸门的抖动,对其液压系统进行数学建模,并借助Simulink进行动态特性分析。将理论计算结果与试验数据进行对比分析,结果表明:闸门在运行过程中出现抖动是由于在振荡时间内闸门速度发生波动引起的,并且发现闸门的抖动与负载无关,而与流速有着密切的关系;并提出了通过振荡时间内改变流速的方法来减小闸门的抖动,有效地减小闸门的抖动以及抖动的时间。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

基于田口方法的PEEK/AISI 630在海水环境中的磨损敏感性试验研究

海水液压元件摩擦副材料的表面粗糙度、接触载荷、滑动速度等因素对其摩擦磨损性能具有重要影响,而各因素之间又存在着摩擦磨损交互作用。基于田口方法对PEEK/AISI 630摩擦副进行摩擦磨损试验设计,研究了摩擦副的表面粗糙度、接触载荷和滑动速度对其磨损交互性、敏感性的影响。采用极差分析确定3因素在PEEK/AISI 630摩擦学行为中的相互关系和影响主次顺序;利用方差分析得到3因素对摩擦系数、磨损率影响的显著程度和贡献率;最后,对试验数据进行回归分析,从而获得表面粗糙度、接触载荷、滑动速度分别与摩擦系数、体积磨损量之间的经验公式(又称回归方程),并对回归模型进行可靠性分析。     

多功能摩擦磨损试验机系统设计

为研究自润滑关节轴承摩擦副材料在空间环境下的摩擦学性能,在已有空间环境模拟装置的基础上,设计了一种新型摩擦磨损试验机。采用模块化设计方法设计了试验机的型谱,对其进行了功能分析和模块划分,并组建了以摩擦副接触形式为特征的功能变换矩阵。系统介绍了试验机的构成并对试验机进行了试验验证,试验结果表明:试验机能够进行多种接触形式的摩擦磨损试验,具有良好的可靠性,实现了一机多用。     

基于ADAMS的操纵摩擦件寿命仿真预测方法

针对磨损失效,本文提出一种寿命预测方法,建立了磨损失效寿命仿真预测的数学模型。基于ADAMS软件进行含操纵摩擦件系统虚拟样机建模,利用动力学仿真获取实际工况下的摩擦件磨损过程的(表面)压力、速度变化规律,采用干摩擦磨损试验获取摩擦副的磨损率与压力、速度之间的函数关系,在MATLAB中编制程序,计算磨损寿命,实现摩擦件的寿命预测。     

闸门底枢摩擦副QT600-3/40Cr摩擦学性能及磨损表面功率谱密度表征

为了研究低速重载下接触应力对QT600-3/40Cr摩擦学性能的影响,以及表面功率谱密度与磨损机理、磨损速率间的对应关系,在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上,采用销/盘配副面接触摩擦的形式,对闸门底枢摩擦副QT600-3/40Cr在脂润滑条件下进行磨损试验研究,获得不同接触应力作用下的摩擦学性能。通过扫描电镜(SEM)对QT600-3/40Cr的磨损机理进行探讨,并结合一维表面功率谱密度(PSD_(ID))和二维表面功率谱密度(PSD_(IID))对销试样磨损表面进行表征。结果表明,当接触应力从10.6 MPa依次增加至15.9 MPa、19.1 MPa、21.1 MPa时,磨损率依次增加11%、109%、592%,且磨损表面出现的犁沟现象逐渐严重,磨损形式皆为磨粒磨损。与此同时,PSD_(ID)和PSD_(IID)值也随之增加,最大PSD_(ID)值依次增加22%、94%和598%,与磨损率的变化呈现相同趋势。PSD_(ID)主要集中在0～0.0075μm~(-1)的空间频率范围内,PSD_(IID)图存在明显的趋向性峰值分布,表明销试样磨损表面具有明显的主导空间频率,即磨损表面形貌具有一定的相似性,磨损机理尚未发生变化。可见,PSD对磨损机理与趋势的预测结果与SEM检测结果一致,可用于辅助分析QT600-3/40Cr摩擦副磨损机理与趋势。     

径向滑动轴承金属磨损自修复实验机研制

基于通用摩擦磨损实验机设计思想,模拟边界条件下的径向滑动轴承,依据金属磨损自修复边界润滑状态下发生的特点,应用自主开发的润滑状态判断软件,研制了径向滑动轴承金属磨损自修复实验机。介绍了该实验机的设计原理及特殊功能,采用该实验机进行了自修复实验。实验结果证明,金属磨损自修复专用实验机能模拟实际工况润滑状态和工况载荷,具有实时监测摩擦副胶合和磨损失效瞬间状态,在线测量摩擦副温度、摩擦扭矩、振动加速度、试件转速及摩擦力等功能,并能实现急停,可用于金属摩擦磨损自修复保护膜生成机制的研究。     

几种人字门底枢材料的摩擦磨损性能研究

通过摩擦磨损试验和摆动试验对比考察了几种人字门底枢材料在水润滑和脂润滑条件下摩擦磨损性能，并进行摩擦磨损机制分析，选出一种综合性能较好的材料，进行一些机械性能的测试，为下一步台架模拟试验作准备。研究表明：一种新材料FZ5（3）在摩擦磨损试验和摆动试验中都表现出优异的性能，通过硬度测量、拉伸性能等试验表明其具有优良的机械性能。     

BP神经网络理论对磨损自补偿过程的预测

本文通过钢－钢摩擦副的摩擦学性能的对比研究,发现在磨损自补偿添加剂ＳＷ４作用下,钢－钢摩擦副也象钢－钢摩擦副一样具有磨损的自补偿性能,其摩擦系数和磨损量相对下降了很多;同时,利用ＢＰ神经网络理论对钢－钢摩擦副的摩擦学过程,特别是其磨损自补偿过程进行了预测,该方法与传统的建模方法相比,具有运算时间短,使用数据少,不需要严格的数学模型等优点,其预测值与试验值非常接近。     

销-盘试验的热-应力-磨损耦合模拟研究

销-盘磨损试验涉及复杂的热-应力-磨损耦合现象。基于广义Archard磨损模型和商用有限元软件ABAQUS,开发模拟销-盘磨损试验过程中热-应力-磨损耦合模拟分析的顺序耦合方法。分析销-盘试验的瞬态温度场,将温度场作为热载荷分析摩擦副的应力-磨损耦合问题;分析过程中考虑温度对摩擦副材料的力学和热学性能的影响以及广义Archard磨损系数和摩擦因数对温度和接触压力的依赖性。热传导分析考虑摩擦生热、销-盘接触传热、各个表面与空气之间的强制对流换热、自然对流换热以及热辐射。将该方法用于销-盘磨损试验的模拟,得到温度场、接触压力和磨损量的演变过程,揭示温度场对接触和磨损的影响规律,仿真结果与试验结果吻合良好。     

直动滚子从动件盘形凸轮传动系统磨损的数值仿真

基于离散数学理论和计算机技术提出了一种数值仿真方法,以直动滚子从动件盘式凸轮机构为研究对象,该机构是包括凸轮与滚子外圈外接触摩擦副和滚子内圈与芯轴内接触摩擦副的一个系统,针对光面磨损失效形式,给出了数值仿真模型,提出了具体的算法方案并编写了通用程序,通过算例实现了凸轮传动系统磨损寿命的预测,使磨损应用研究进人产品设计实用化阶段。     

均匀设计法在聚醚醚酮复合材料摩擦学特性试验中的应用研究

采用均匀设计法设计了CF/SiO2/PTFE/PEEK复合材料,并模压成型;在摩擦磨损试验机上研究了PEEK复合材料的摩擦学特性,应用回归分析法对其摩擦学特性试验数据进行了分析,得到了摩擦学特性参数的回归公式。结果表明,均匀设计法应用于PEEK复合材料的摩擦学特性研究是可行的,能有效预测复合材料的摩擦学特性参数,回归分析结果与复合材料的摩擦磨损试验数据相吻合。     

活塞环——缸套摩擦磨损研究

本文通过摩擦磨损试验仪试验数据,比对出活塞环与缸套在贫油和富油状态的摩擦学特性,揭示出润滑状态是影响活塞环与缸套摩擦副摩擦学特性的关键因素,为产品设计和故障分析提供数据支持。