潤滑油剪切安定性圓錐滾子軸承試驗機的研制

劉洪鵬，崔驍良，孔令杰，崔長軍

(1.大連北方分析儀器有限公司，遼寧 大連 116023；2.大連新意業(yè)新材料開發(fā)有限公司，遼寧 大連 116000)

1 研究技術背景

2019年2月1日開始實施的國家標準《GB/T 13895-2018重負荷車輛齒輪油(GL-5)》中，重負荷車輛齒輪油技術要求增加了強制要求項—KRL剪切安定性(20 h)，該指標采用《NB/SH/T 0845傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗機法》進行測定。對于重負荷車輛齒輪油生產廠家和檢驗檢測機構而言，必須增加KRL圓錐滾子軸承試驗機的試驗設備。傳統(tǒng)的做法是，在標準四球極壓試驗機的基礎上，增加KRL適配器和油溫恒溫控制裝置。

目前，國內外的四球極壓試驗機廠商主要有：美國FALEX、英國SETA、中國的廈門天機等，這些廠家的試驗機也都可以做相應的改造，升級成KRL圓錐滾子軸承試驗機。

但是改造的試驗機具有各種缺陷，比如實驗操作繁瑣、必須額外調解溫度控制系統(tǒng)、缺少必要的壓力和溫度監(jiān)控等等問題；國內外還沒有一家專用的、使用方便的KRL圓錐滾子軸承試驗機，大連北方分析儀器有限公司根據試驗方法的要求，結合多年的溫度控制、運動控制以及儀器研發(fā)的豐富經驗，研發(fā)了一款專用的KRL圓錐滾子軸承試驗機。該試驗機采用專利技術的凸輪頂升機械機構，實現(xiàn)了加載負荷的精確控力，并集成了溫度曲線、加載負荷曲線的實時顯示，使實驗操作更簡便、更直觀。

2.儀器結構和功能介紹

2.1 儀器主要結構

KRL圓錐滾子軸承試驗機主要結構應該分為：旋轉電機主軸機構、KRL適配器、軸承負載受力調節(jié)機構、試驗油控溫裝置、整機控制電路系統(tǒng)等。

旋轉電機主軸機構：圓錐滾子軸承旋轉的動力源，來自于旋轉電機，電機需要具備高轉速、運轉穩(wěn)定、轉速恒定、負載能力強等特點，所以最佳選擇應為伺服電機。

KRL適配器：應具有圓錐滾子軸承SKF32008X/Q，試驗油存儲腔、旋轉軸、循環(huán)水水路、密封固定結構等。

軸承負載受力調節(jié)機構：圓錐滾子軸承的負載受力，傳統(tǒng)的方式通常為杠桿砝碼、液壓頂升等方式，操作復雜且穩(wěn)定性差，這里選擇機械直線運動微調機構的方式，對軸承負載受力進行精密調節(jié)。

試驗油控溫裝：試驗油在KRL適配器中，在軸承旋轉的過程中，油品處于內循環(huán)的運動中，經過軸承的擠壓剪切，溫度會不斷上升，應該采用低溫循環(huán)水浴對KRL適配器進行降溫，在控制上，應該直接對試驗油樣進行控溫，低溫循環(huán)水浴根據油溫的高低控制升溫或降溫。

整機控制電路系統(tǒng)：應具有自動控溫、控力、運動控制等操作，還應具備記錄功能，實驗過程中，軸承負載所受的壓力和油樣的溫度應該實時記錄，便于試驗結束后回看，辨別試驗參數(shù)是否超出規(guī)定范圍，確保試驗結果的可靠性。

2.2 儀器功能介紹

KRL圓錐滾子軸承試驗機采用觸摸顯示屏對整機進行操作控制；采用交流伺服電機作為試驗軸承旋轉的動力源，轉速穩(wěn)定、準確，運轉平穩(wěn)跳動??；KRL適配器可以容納至少40 mL油樣進行測試，試驗中，直接針對試驗油樣進行溫度控制，采用恒溫循環(huán)水浴的水溫控制實現(xiàn)試驗油溫控制，抵消試驗油樣的摩擦生熱，恒溫水浴采用壓縮機制冷和電加熱輔助的方式進行水溫控制；采用軸承受力調解機構，對軸承受力進行精密控制，通過對頂桿位置的精確控制，實現(xiàn)對KRL適配器與旋轉主軸位置的精確調節(jié)，從而實現(xiàn)對軸承負載受力的精確控制，具有負載穩(wěn)定、運行平穩(wěn)、振動小的特點；試驗過程中，針對油樣溫度和軸承負載受力進行全過程監(jiān)測記錄，做到試驗結果的可追溯性。具體見圖1～圖3及表1。

圖1 儀器外觀

圖2 試驗機結構

圖3 儀器主控界面

表1 KRL圓錐滾子軸承試驗機參數(shù)

3 儀器研制考察試驗結果

3.1 儀器參數(shù)驗證

使用標準水銀溫度計(0～100 ℃)對油溫傳感器進行對比，偏差小于0.1 ℃；使用外接數(shù)顯推拉力計(1～5 kN)對軸承負載受力進行驗證，偏差小于10 N。

整機運行過程中，每間隔20 min，記錄溫度與承載力的實時數(shù)值。見表2、圖4～圖7。

表2 油溫、軸承承載力數(shù)據

圖4 油溫分布折線

圖5 軸承承載力分布折線

圖6 油溫監(jiān)測實時界面

圖7 軸承承載力監(jiān)測實時界面

3.2 儀器性能驗證

使用標油對儀器進行測試驗證，標準方法《NB/SH/T 0845 傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗機法》中涉及三種標準參考油，測試剪切前后潤滑油的100 ℃運動黏度相加率，來表征該潤滑油的抗剪切性能，本文采用其中兩種進行驗證測試。見表3、表4。

表3 KRL20 h剪切后100 ℃運動黏度下降率要求

表4 本儀器采用兩種標準參考油剪切后運動黏度變化結果

由上可知，本儀器的控制壓力波動小于50 N，溫度波動小于0.2 ℃，測試結果均處于標準參考油要求的上限和下限的中部，苛刻度符合方法標準的要求，儀器測試結果的準確度高和重復性好。

4 結論

專用的KRL圓錐滾子軸承試驗機在溫度控制和負載載荷控制上，控制精度優(yōu)于《NB/SH/T 0845傳動潤滑劑黏度剪切安定性的測定圓錐滾子軸承試驗機法》的參數(shù)要求，試驗油的測試結果也符合標油的測試黏度下降率區(qū)間要求，操作簡單明了，數(shù)據的可追溯性強，為廣大的重負荷車輛齒輪油(GL-5)廠家和用戶提供了穩(wěn)定可靠的試驗儀器，具有很好的實用性。