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不同加载形式的四球机及四球试验精度的对比分析

四球机怎么选?  原创禁止转载-同行自重

四球机作为润滑剤承载能力的通用设备由美国材料试验协会ASTM)于1967年提出同时提出了润滑脂四球机试验法ASTM D2266,后来1982年公布了润滑抗磨性能试验ASTM D4172目前四球机所采用的标准试验方法包括针对润滑油的GB/T 3142 GB/T 12583 SH/T 0189、ASTM D4172ASTM D2783和针对润滑脂的SH/T 0202SH/T 0204ASTM D2596ASTM D2266等常用参考标准,检测项目包括PB(最大无卡咬负荷-油膜强度)、PD结负荷-完全失效)、ZMZ(综合磨损值)或LWI荷磨损系数)以及磨斑直径D、摩擦系数μ四球机试验是一项较难掌握的试验方法以上标准中均没有对四球载荷加载方式进行明确要求,各生产厂家、研发机构均围绕标准要求参数对四球机进行生产研制,同时主要根据加载结构形式不同将四球机分为杠杆砝码加载、伺服液压加载、全自动加载。下面就这三种设备的研制使用背景及各自的试验精度情况进行分析。

杠杆砝码加载四球机是最早的四球机,从年代上分析当时自动控制技术没有成熟,绝大部分当年代的产品都是经典的机械设计智慧的结晶。杠杆砝码加载从客观上力值主要有砝码施加,在杠杆比例、支点固定、导向分力、保持结构刚性等都恒定不变的情况下我们可以认为它是客观的可信的,但是以上四个因素都是系统的随机因素,实际误差很大。除去以上因素,杠杆加载施力时,加在四个钢球上的实际力值和压痕深度也有很大关系,力值越大压痕越深其误差就越大,此时与标准要求的力值已经事实上偏离。

杠杆加载四球机还有最讨厌的就是搬换砝码,这是一个力气活,也是非常影响效率的工作。对于不同的载荷,都要对砝码进行配置、搬换,针对大载荷提重加载确实很费人力,因此后来有了砝码提升器,将砝码配置完之后,利用提升器自动缓慢施加力值(有厂家称为自动加载但这种自动加载和全自动加载大相径庭),采用提升器也降低了人工提升重砝码加载对钢球的冲击不确定性,但这种方式依然需要人工配置搬换砝码环节,前述结构性误差依然存在。

四球标准引入国内后,四球机设备也相继引入,由原济南试验机厂(已倒闭变卖)仿制生产杠杆四球。由于砝码加载存在费工费力问题,且当年试验机厂液压加载技术相对比较成熟,于是对四球机加载方式进行了改造,伺服液压四球应运而生。但液压技术比较适合大载荷加载,液压伺服控制阀在小载荷下调整是有一定困难的,同时液压油的温度变化对系统的适应性要求更高,为减小系统误差,液压四球活塞采用的是间隙柱塞油缸,间隙充满了液压油形成滑膜轴承效应,但是效果并不理想,为此试验机厂专门设计了静压油泵,静压油泵能提高小载荷下力值精度,也能提高设备稳定性,但制造成本高,同时活塞系统误差同样是很难调整,现在几乎所有市场常见液压四球都为节省成本省掉了这个静压油泵而利用重压时形成的低压油膜,这样就造成小载荷下没有精度,重复性稳定性更差。

到此,走了一圈之后大家发现使用液压四球机,加载是方便了,但精度并没有提升,反有所下降,还有其它更多的不稳定性,特别是00年代初试验机厂倒闭重组后,济南试验机行业乱象重生,加剧了产品品质的恶化。也正在此时一些企业开始大力宣传专注杠杆四球,由于宣传手段灵活,且原四球机生产厂,无意改革创新,积累了诸多弊病,行业恶性竞争,口碑下降,于是该型号产品逐渐在行业中推广开,于是杠杆四球又成为市场看好产品,但是如前所述的杠杆四球弊端及缺陷依然存在,只是行业小,专业人才少,大家又都忙着竞争,无心升级。

我们回过头去看四球试验标准,对不同人不同设备所做的试验误差保留很大,其中最关键原因就应该是四球机实际的载荷力值无法实时准确体现出来。经过了这么多年的发展,社会各个方面技术都在提升完善以前只有液压能实现的大载荷加载,伺服电机也可以轻松实现并且成本已经可以控制。这就是我们恒旭在10年代初带来的第三种四球机-全自动

这种四球机是基于伺服电机提供动力,经减速、缓冲、导向、测量来给四球摩擦副施加载荷的。它所显示出来的载荷更接近于标准的要求,由于试验力稳定,载荷不取决于间接转换,其试验结果更加精准,重复性更高。即便是和别人对比,由于我们设备能保持具有恒定、重复性、再现性的载荷,而对结果更加有信心。由于这种全自动四球机可信度高,维护方便,操作便捷,目前市场上已经有一些厂商在跟进研制。

以上仅仅是从四球机的发展上来比对说明各种类型四球机的优劣,当然以上所有的四球机都应该是建立在满足基本结构要求上,即主轴精度、转速等达到标准。

从控制上四球机主要控制参数为转速、摩擦力、温度、时间,这些显而易见的参数每个厂家都很容易做到的,不同的是大家对该类产品更深层的认识、理解和思考,以及对每个细节的把控。

经分析发展趋势可知四球机优选排序:伺服全自动四球>杠杆四球>液压四球。

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