前言

滾動(dòng)液位變送器作為機(jī)械基礎(chǔ)件，應(yīng)用十分廣泛，對(duì)其可靠性和壽命的研究具有重要意義。隨著工業(yè)發(fā)展，液位變送器越來越多的應(yīng)用于相對(duì)惡劣的環(huán)境。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滾動(dòng)液位變送器處于露天、海洋、靠近湖泊河流等潮濕環(huán)境時(shí)，使用壽命均較短。發(fā)現(xiàn)水分極易進(jìn)入到液位變送器的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中，作為雜質(zhì)，對(duì)液位變送器壽命產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文從表面處理方 向 出 發(fā)，對(duì) 軸 承 滾 子 進(jìn) 行 磷 化 處 理。自 從1869 年 Ｒoss 申請(qǐng)地衣個(gè)磷化轉(zhuǎn)li已來，磷化技術(shù)得到快速發(fā)展，使用范圍不斷擴(kuò)大，越來越多的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備中。目前，關(guān)于含水工況下表面處理對(duì)液位變送器疲勞壽命影響方面的研究非常少，尤其是含水工況下磷化對(duì)液位變送器疲勞壽命影響的研究幾乎kongbai。而關(guān)于水對(duì)疲勞壽命影響的機(jī)理至今也沒有統(tǒng)一的說法。通過試驗(yàn)研究在含水工況下磷化處理對(duì)液位變送器接觸疲勞壽命的影響，可以進(jìn)一步探討在含水工況下磷化對(duì)接觸疲勞的影響機(jī)理，從而為提高滾動(dòng)液位變送器的使用壽命提供理論依據(jù)。在前期工作中，利用標(biāo)準(zhǔn)液位變送器部件開發(fā)了鋼珠 － 滾子結(jié)構(gòu)專用滾動(dòng)接觸疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)，用以模擬真實(shí)滾動(dòng)液位變送器的接觸疲勞條件。

 

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 試驗(yàn)機(jī)介紹

本文所用的試驗(yàn)機(jī)為上海大學(xué)液位變送器研究室自行研制的鋼球 － 滾子疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)由杭州雙龍機(jī)械有限公司生產(chǎn)的深孔鉆 Z4120 作為驅(qū)動(dòng)部分，通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)。滾子的上下兩個(gè)端面上分別開有一個(gè)相互垂直的一字槽，使傳動(dòng)軸與滾子對(duì)中。滾子下端的一字槽與彈簧支撐的支撐軸連。三個(gè)鋼球靠保持架的作用以 120° 均勻分布在滾子周圍。鉆床的旋轉(zhuǎn)過程中，三個(gè)鋼球在上下兩個(gè)錐環(huán)形成的滾道內(nèi)繞滾子做行星運(yùn)動(dòng)，下面的支撐軸依靠彈簧力頂緊滾子并隨滾子一起旋轉(zhuǎn)。加載部分通過杠桿結(jié)構(gòu)施加力與加載蓋上，加載蓋壓于錐環(huán)上，上下兩個(gè)錐環(huán)的斜面使三個(gè)鋼球與滾子的接觸面產(chǎn)生點(diǎn)接觸應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)滾子與鋼球的對(duì)磨。試驗(yàn)機(jī)實(shí)物圖如圖 1( a) 所示，試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖 1( b) 所示。

 

試驗(yàn)機(jī)使加速度傳感器和溫度傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并開 發(fā) 了 一 套 基 于 Lab-VIEW 的測(cè)控系統(tǒng)，使其可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)機(jī)溫度信號(hào)，采集振動(dòng)過程中的時(shí)域及頻域信號(hào)，監(jiān)測(cè)滾子的磨損狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到疲勞點(diǎn)蝕狀態(tài)時(shí)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)停機(jī)。試驗(yàn)機(jī)潤(rùn)滑方式采用循環(huán)滴油潤(rùn)滑，在基礎(chǔ)油中加入水后，潤(rùn)滑油會(huì)出現(xiàn)分層或沉淀，因此，實(shí)驗(yàn)中需使用攪拌器對(duì)潤(rùn)滑油持續(xù)攪拌。

 

1. 3 試驗(yàn)條件與其與除油溶液充分接觸。時(shí)間到后取出烘干。

 

水洗。將滾子浸入蒸餾水中進(jìn)行超聲波振動(dòng)清洗 3min，取出烘干。

 

酸洗。將濃鹽酸稀釋為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 12% 的鹽酸溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 3% 緩蝕劑，緩蝕劑能夠有效的防止磷化過程中氫脆的發(fā)生。在常溫下，滾子浸泡 3min，完成酸洗。

 

水洗。將滾子浸入蒸餾水中進(jìn)行超聲波振動(dòng)清洗 3min，取出烘干。

表調(diào)。將表調(diào)劑和蒸餾水按照 1∶250 的比例進(jìn)行調(diào)制，在常溫狀態(tài)下將滾子浸泡 2min ，取出。表調(diào)劑為 ZK － 300 錳系磷化專用表調(diào)劑，呈粉紅色固體粉末狀。

 

磷化。shou先對(duì)磷化液進(jìn)行熟化，將濃縮的磷化液與蒸餾水按照 1∶7 的體積比進(jìn)行稀釋，然后熟化鐵，熟化鐵與蒸餾水質(zhì)量比為 1∶1000，之后放入恒溫水浴箱加熱至 95℃ ，熟化時(shí)長(zhǎng)為 50min。熟化完成后，將滾子放入磷化液中，溫度仍保持在 95℃ ，磷化時(shí)間為 15min。所使用的磷化液為西安天科智澤環(huán)保科技有限公司提供的 ZK － 812C 磷化液，該產(chǎn)品屬于高溫純錳系后膜磷化液。

 

( 2) 疲勞壽命試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)用鋼球、滾子、錐環(huán)分別代替滾珠、內(nèi)圈和外圈來模擬液位變送器實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情況。

 

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

滾子的完全疲勞壽命時(shí)間，如表 3 所示。從表3 中可以看到，三種工況中每種做了五次實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，當(dāng)潤(rùn)滑油中加入水后，滾子的疲勞壽命急劇下降，不含水工況下的疲勞壽命約為含水工況下的 5 倍，可以看出水對(duì)滾子疲勞壽命有至關(guān)重要的影響; 而含水工況下對(duì)滾子進(jìn)行磷化后，疲勞壽命顯著提高，與不含水時(shí)的疲勞壽命很接近。由于數(shù)據(jù)存在離散型，每種工況的數(shù)據(jù)采用雙參數(shù)威布爾分布統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出威布爾斜率 β、特征壽命 η、額定壽命 L10 和中值壽命 L50 ，如表 4 所示。并繪制出滾子疲勞壽命威布爾分布曲線，如圖 3 所示。

 

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