润滑状态（共4篇）
润滑状态 篇1
轴承是一种应用广泛的机械支承, 它的性能直接影响转子系统的动力特性, 改善轴承的速度和动力学性能, 是实现转子系统高速的技术关键[1]。同时轴系是动力装置的重要组成部分, 为保证轴系长期安全地正常运行, 除应保证轴系具有足够的强度和刚度外, 还要保证轴系处于合理的运动状态[2]。我们知道, 在轴系的运转过程中, 轴承与转子之间会产生油膜, 轴心的位置会发生变化, 所以轴承反力的数值将不同于静止时的轴承反力, 同时, 轴是由多个不同轴承共同支撑, 单个轴承转子与轴承之间的液膜的相互作用也会影响到相邻轴承与轴颈的相对位置[3]。随着工业技术的发展, 很多机械设备主轴轴承的发展趋势是高速、高温、耐腐蚀, 且要求高速时在容许的温升下长期保持热稳定和精度稳定, 以求达到长寿命和高可靠性等要求[4]。
一、机械强制油润滑轴承的基本原理与应用效果
按结构和承载的不同, 滚动轴承可分为向心轴承、向心推力轴承、推力向心轴承和推力轴承等。在机械设备中, 滚动轴承必须有较高的可靠性, 要求有较大的适用温度, 且在此工况下有较长的使用寿命;滚动轴承必须具有一定的径向或同时径向和轴向或轴向的承载能力, 同时轴承必须具有足够的刚度以保证轴到轴承座之间的平稳传力[5]。
(一) 油膜润滑基本原理。
如果正常运转时, 轴颈和轴瓦被一层油膜完全隔开, 并在油膜中产生流体动压力, 借以平衡外载荷。流体动压润滑是依靠被润滑的一对固体摩擦表面间的相对运动, 使介于固体间的润滑流体膜内产生压力, 以承受外载荷而免除固体摩擦副表面相互接触, 从而起到减少摩擦阻力和保护固体摩擦副表面的作用[6]。油膜润滑的工作原理图如图1所示。在外载荷F的作用下, 轴颈中心相对于轴承中心在一偏心位置上, 偏心距为e, 偏位角为θ。在轴承中心和轴颈中心连心线的延长线上, 一端有最大间隙hmax, 另一端有最小间隙hmin。其中c为半径间隙, R为轴承孔半径。r为轴颈半径。顺着轴颈旋转方向, 由hmax到hmin的半圈内, 间隙是由大变小的收敛楔形, 这就是润滑油膜能产生压力以承受载荷F的主要几何条件。在由hmin到hmax的半圈内, 则为由小变大的开阔楔形, 其作用正好相反, 因此, 润滑油膜中压力分布在hmin以后急剧下降。
(二) 机械强制油润滑轴承的应用效果。
油膜厚度的大小是滑动轴承的要害所在, 为确保轴承在液体润滑条件下安全运转, 轴承边缘处的油膜厚度应不低于最小安全值, 其中轴承在三个不同转速下的安全值如表1所示。
通过分析, 在固定载荷下, 转速越高最小油膜厚度越大;随着转速的增加, 粘性力增大, 轴承平均温度升高;转速不变, 油流量增加, 轴承平均温度降低。
二、机械强制油润滑轴承的载荷分布
作用于轴承的载荷是通过滚动体由一个套圈传递到另一个套圈, 滚动轴承的载荷分布就是指将确定外载荷作用时轴承内部各滚动体所受载荷, 通常轴承内各滚动体所受的载荷是不同的[7]。载荷分布主要研究的就是轴承的承载情况和变形情况, 承载和变形的大小, 直接影响着滚动体与套圈之间的接触应力、润滑状态等, 即决定轴承的实用性能和寿命[8]。因此, 滚动轴承中的载荷分布分析是研究滚动轴承的力学基础。
(一) 低速时滚动轴承的载荷分布。
轴承在低速或静止时, 计算和分析可以不计及离心力和陀螺力矩的影响。球与内外套圈的接触角相等, 并随轴向载荷的增加而增大。其中接触角的大小直接影响轴承性能, 同时载荷的变化又将引起接触角的变化。因此接触角是滚动轴承设计和使用的重要参数之一[9]。图2表示了低速或者静止时, 轴承接触角随轴向载荷下的变化规律。随着轴向载荷的增加, 轴承的接触角增大原始接触角越大, 轴承越难变形, 接触角越难改变;对同一接触角而言, 接触角随载荷的增加初始变化较大, 之后趋于平缓。
(二) 高速时的载荷分布。
很多机械设备主轴轴承工作转速往往相对较高, 其载荷分布将有别于低速轴承, 且随着转速的升高, 轴承内外圈的载荷也随着改变, 计算和分析时必须考虑球的离心力和陀螺力矩的影响。图3表示了高速滚动轴承旋转时的几何关系示意图。其中, x, y, z为固定坐标系, x轴与轴承的轴线重合;x', y', z'是以滚珠中心o'为原点的相对坐标系, 该坐标系以滚珠的公转角速度bω绕x轴旋转, x'轴与x轴平行, z'轴指向轴承的外部;u, v, w是以滚珠中心o'为原点的局部坐标系, o'u为滚珠的自转轴线。
根据推理与计算, 并以某型主轴轴承为例, 计算了计及离心力下某受载情况下的变形位移。计及离心力时, 滚子与外滚道接触的变形位移比与内滚道接触的变形位移大, 由数据也可以看出, 滚子与滚道接触的变形量都是比较微小的。
三、机械强制油润滑轴承的润滑状态分析
润滑技术主要包括润滑剂和润滑方法, 目的是在轴承的接触面形成润滑膜, 防止磨损, 提高轴承性能。润滑剂除了形成润滑膜之外还能带走轴承热量, 去除接触表面上的磨粒。润滑方法是轴承形成润滑膜的手段, 依轴承的工况和润滑剂种类而定[10]。
(一) 油浴润滑。
油浴润滑是将轴承部分侵入油池中进行润滑。油位的高低直接影响轴承的能耗及温升, 一般油位高度为轴承最下部滚动体的中心线[11]。DN<1.5×105mm·r min时, 油位可高一点, DN>5×105mm·r/min时, 油池温升将明显上升。油浴润滑有的更新周期可由油品的理化性能变化决定, 同时可由图4根据油池的容量及轴承大小来决定。循环给油润滑是一种对轴承部位进行积极润滑的形式, 在使用循环给油润滑时, 轴承可以得到充分润滑及冷却, 同时轴承的DN值可达到2×106mm·r/min。
(二) 喷油润滑。
当DN>2×106mm·r/min时, 润滑油需要起到冷却兼润滑的作用, 此时采用喷油润滑比较合适。
(三) 油雾润滑。
喷油润滑虽有良好的润滑作用, 但是存在润滑油量过量的问题。近年来高速运行的轴承趋向采用微量润滑, 其中油雾润滑就是一种很好的微量润滑方式。其原理是润滑油随着压缩空气 (压力一般≤0.5MPa) 一起吹进轴承内部, 被雾化的油 (油雾粒度约为0.005㎜) 在轴承表面再次凝结形成油膜, 起到润滑作用。油雾润滑主要用于转速在5×104r/min的高速轴承或DN值在6×105mm·r/min以上的轴承进行有效润滑。
(四) 油气润滑。
油气润滑是近年来出现的一种新兴的润滑技术, 与传统的润滑技术相比, 具有很多突出的优点。目前关于油气润滑项技术的研究较少, 如供油量对润滑方式的影响及供油量的确定等, 尚未有人进行研究, 大都是参照稀油润滑或油雾润滑和凭经验加以确定。
四、结语
当前机械轴承的发展趋势是高速、高温、耐腐蚀, 要达到长寿命和高可靠性等要求。希望本文的分析能够对轴承材料的制备与发展提供参考。
摘要：机械强制油润滑轴承在当前工业应用中意义重大, 对于因速度过高破坏了层流、膜厚过小而发生咬死, 引起润滑失效;对于若速度或载荷随时间变化, 流体润滑不仅有楔入效应, 而且还有挤压效应。本文首先具体分析了机械强制油润滑轴承的基本原理与应用效果, 探讨了机械强制油润滑轴承的载荷分布, 最后详细进行了机械强制油润滑轴承的润滑状态分析。
关键词：润滑状态,基本原理,载荷分布,机械强制油润滑
参考文献
[1] .闻欣荣, 孔建益.径向轴承考虑压粘效应的雷诺方程式及短轴承的近似解[J].润滑与密封, 2003, 2:12~14
[2] .蒋立群, 俞炳丰.推力轴承热稳定性非线性分析及周期稳态解的全局特性研究[J].摩擦学学报, 2012, 22 (5) :395~398
[3].郑水英, 刘淑莲, 汪希萱.油膜失稳故障的非线性特征分析[J].流体机械, 2003, 31:28~31
[4] .吕延军, 虞烈, 刘恒.流体动压滑动轴承-转子系统非线性动力特性及稳定性[J].摩擦学学报, 2005, 25:61~66
[5] .吕延军, 虞烈, 刘恒.基于Reynolds边界的滑动轴承动力学系数的计算及应用[J].摩擦学学报, 2004, 24:61~65
[6] .李贵三, 毛靓华.滑动轴承油膜非线性动态特性分析方法的探讨[J].风机技术, 2004, 6:54~56
[7] .杨金福.滑动轴承非线性动态油膜力及稳定性的研究[J].动力工程, 2004, 24:501~504
[8] .吴刚, 李涛生, 严新平.滑动径向轴承轴心轨迹的可视化及其应用[J].机械科学与技术, 2004, 23:117~119
[9] .Richard F, Ralph P, Gary C.CFD analyses of complex flows[J].Computers and Chemical Engineering, 2005, 29:2386~2403
[10] .侯国祥.工程流体力学[M].北京:机械工业出版社, 2006:82~83
[11] .林基恕.航空发动机主轴滚动轴承的技术进展[J].燃气涡轮试验与研究, 2003, 16 (4) :52~56
[12] .王玉金, 赵韩, 罗继伟.高速机床主轴支承系统轴承配置分析[J].制造技术与机床, 2004, 1:44~46
活塞环材料、工艺及润滑状态分析 篇2
活塞环结构简单、圆环形态、中间开口, 留给人的第一印象并不起眼, 而且在发动机的制造总成本中, 它所占比例小, 但是它却是发动机所有配附件中惟一做三个方向 (轴向、径向、回转) 运动的部件, 能起到保持气密性、控制机油、冷却活塞、防止活塞与缸壁猛烈碰撞等重要作用。它的性能优异将直接影响发动机的工作表现和使用寿命。活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环, 被装配到剖面与其相应的环形槽内, 和活塞、缸套、缸盖等元件组成腔室做功。崁入活塞槽沟的活塞环分为压缩环和机油环, 也称气环和油环。气环用以密封燃烧室内的压缩空气, 油环则用来刮除汽缸上多余的机油。由于活塞环既是发动机的关键零部件, 又是发动机中工况条件最苛刻的摩擦零件之一, 要求活塞环具有高的抗熔磨损性能。寻找新材质和新型表面处理工艺成为活塞环行业满足未来市场需求的主要技术关注点。
2 材质的选用
传统上柴油发动机的活塞环一般使用球墨铸铁和合金铸铁, 汽油发动机的活塞环一般采用钢材。就车柴环而言, 国内目前仅有合金铸铁、少量球铁和极少量合金钢几种材料。合金铸铁为铸铁加入钢材和微量元素制成, 多用于农机、空压机和轻型汽车发动机上;球墨铸铁用于载重汽车和微型车、摩托车上。近年, 随着国内汽车工业的发展, 过去多用于汽油机上的钢质活塞环被逐渐引入到柴油机领域, 一些柴油机开始采用钢质油环。相比铸铁环, 钢质活塞环无需铸造过程、重量轻、加工方法简单、成本低廉。国内主流厂家也开始意识到这一点, 投入新型钢环的研发和生产, 钢质活塞环的技术水平和制造水平得到迅速提高。在世界范围内, 日本由于轿车工业发达, 钢环使用较多, 钢环的工艺也更为先进;欧美国家的工程机械和重型车辆较为发达, 在铸铁环领域拥有成熟的表面处理工艺。国外活塞环材料已经系列化, 数量有30多种, 尤其是高档次产品, 如轿车、微型车用活塞环材料品种齐全;而国内低档次环用合金铸铁材料, 中档次环用球墨铸铁材料, 高档次环用的合金钢几乎全部从国外进口, 制造成本还是比较高的。
3 工艺的发展
随着汽车及其发动机的迅速发展, 为了满足发动机高速、高负荷、可靠性和使用寿命等性能的需要, 对其零部件提出了更高、更苛刻的要求。20世纪80年代, 先进的发动机最高燃烧压力提高到14.5-15MPa, 平均有效压力1.9 MPa, 燃烧温度达800℃, 升功率45KW。目前, 我国柴油发动机负荷最大的第一道活塞环大多的采用镀铬表面处理, 气缸套则以铸铁合金为原材料, 不进行任何表面处理, 在使用过程中, 易出现拉缸和烧伤现象。燃油耗和机油耗较高, 排放达不到国家环保要求, 使用寿命仅20万公里, 与国际先进水平的发动机使用寿命60-80万公里相差甚远。
一台发动机的使用寿命很大程度上取决于活塞环、缸套摩擦副的使用寿命, 为了提高发动机的性能、环保要求和使用寿命, 达到国际先进水平, 有必要对其量大面广的关键零部件—活塞环、缸套这一摩擦偶件深入研究, 采用高新表面处理技术对活塞环、缸套表面进行处理。而在活塞环、缸套表面涂覆减磨层是减少活塞环—缸套摩擦副磨损的一种最好途径。
活塞环的工作条件是高温、高压, 极为苛刻。发动机燃烧室爆炸的瞬间, 燃气温度可达到2000℃~2500℃, 往复运动的活塞速度和负荷都很大, 对活塞环表面处理工艺提出了极大的挑战。一般而言, 球墨铸铁和合金铸铁活塞环活塞环表面处理工艺包括磷化、氧化和镀铬。其中镀铬是目前国内大多数厂家采用的工艺。不过, 镀铬工艺对环境污染严重, 生产效率低, 活塞环的废品率和生产成本高, 特别是废液中重金属的再处理难度重重。国外逐步减少镀铬工艺, 大量采用喷钼、氮化、喷陶瓷新工艺, 以减少环境污染, 提高生产效率和高档次活塞环的使用效果。钢质环则多采用氮化、喷钼、PVD工艺, 较为先进, 在发达国家尤其是日本的活塞环行业内被广为采用。随着国内发动机工业的进步, 中国的活塞环行业进行技术创新, 趋向高端, 表面处理工艺也得到了长足发展, 端面闪镀、复合电镀、氮化、喷钼、物理气相沉积 (PVD) 等先进的工艺都开始应用。由于每种工艺都相应要求建一条新的生产线, 对技术、生产和资金实力提出很高要求, 因此国内目前仅少数厂家拥有上述先进工艺的生产线。
4 减少活塞环挠曲的措施
4.1 铸造
由于活塞环球铁环的弹性模量大、硬度高, 切削加工中的切削力比合金铸铁大, 切削时产生的切削应力就大, 造成球铁环在加工过程中易产生挠曲, 因此在球铁环毛坯铸造时就必须提高铸造毛坯的质量, 减少端面和内外圆的加工余量。在1995年之前, 球铁环基本采用正圆毛坯, 椭圆仿形, 正圆加工内圆, 切削余量大, 内外圆余量不均匀, 加工后环的内部产生很大的应力, 造成挠曲较大。为了解决这一问题, 公司对铸造的球铁环的环模和浇道进行了改进设计, 根据球铁毛坯各极角在浇注过程中的收缩系数以及切削加工仿形时各极角的半径向量, 重新设计了环模, 毛坯采用椭圆铸造, 同时采用三工位造型机提高造型质量。
4.2 热处理
为稳定组织, 消除铸造、磨削时的热应力, 球铁环在粗磨以后增加了一道退火工序。由于铸造时球铁环的组织一般存在偏析, 有较大的不均匀性, 公司在活塞环的中磨以后进行调质处理, 以达到预期的金相组织, 提高球铁环的综合机械性能。过去淬火时用钢丝捆扎后进行淬火, 由于活塞环直径大, 轴向高度和径向厚度小, 造成淬火后活塞环挠曲变形严重。为此设计了专用夹具进行压紧淬火, 有效减少了淬火时的挠曲变形。为保证球铁环的调质质量, 目前球铁环淬火在中日合作的unicase滴注式气体渗碳氮化炉自动线对球铁环进行{Hot Tag}调质处理, 淬火温度一般控制在940~960℃, 回火温度控制在520~540℃。
4.3 机加工
活塞环在内外圆切削加工过程中对活塞环的挠曲影响较大, 因此工艺技术部门必须考虑在各道工序加工过程中的切削设备、装夹方式和作业方法等。过去的球铁环粗加工一般采用外圆靠模仿形, 内圆正圆加工, 由于内圆在切口后压缩到正圆加工, 加工时环体内产生较大的应力, 内圆粗加工后挠曲变形较大, 为解决这一问题目前球铁环的内外圆粗加工基本上都采用内外圆仿形设备进行同时切削加工。在粗车内外圆后, 增加了一道至为关键的工序, 即进行球铁环整挠处理。虽然从铸造到热处理采取了各种措施, 但球铁环仍有一定的挠曲, 为此必须进行整挠。因此一般的整挠温度要求低于回火温度。目前球铁环的整挠温度控制在470~510℃范围内, 保温时间一般是1.5~2.5h, 整挠时采用了专用夹具。采用此工艺后效果明显。
5 活塞环润滑状态的分析
5.1 概述
活塞环是内燃机中形状看视简单而作用十分重要的零件, 它密封燃烧室中产生的高压气体以保证内燃机正常工作。同时它的工作条件又是发动机所有配合副中最苛刻的———高温、高压以及运动方向、运动速率和润滑油粘度都高速变化。在过去的较长一段时间里, 尤其是对于国产汽车, 活塞环是一个易损零件, 经常要求在两次大修间隔的中间更换一次活塞环。为减少活塞环与缸体间的摩擦与磨损, 很多学者和工程技术人员作了大量的研究和改进, 包括润滑模型的分析、润滑油、材料、加工方法、活塞和气缸的设计、滤清器、表面处理以及冷却水温的调节等多个方面, 大大延长了活塞环的更换期, 有时甚至可以做到在汽车报废前一次也不更换活塞环。
一些早期推测活塞环与气缸体间油膜厚度的研究, 将缸套和环的表面假定是光滑的, 表面形状的影响被忽略了。1980年Rohde首次建立了包含表面粗糙度影响的活塞环润滑模型。最近, Sanda和Someya通过理论分析与实验探讨了表面粗糙度对活塞环与缸套间润滑的影响。Rohde、Sanda和Someya都没有考虑非高斯 (non Gaussian) 粗糙度模式。这样的考虑也许可以揭示一个最佳的粗糙度模式, 并为生产这种工作表面带来可能性。
跑合期后, 气缸壁变得比较光滑并显现出平坦表面 (一个被磨偏的谷面) 的特征。一般认为, 如果珩磨表面已经生成平坦层, 那么跑合期将大大缩短。这样的结论主要是基于经验而不是科学试验的结果。文献中Barber等人介绍了他们在实验室里模拟发动机的跑合过程来研究缸壁表面层的情况, 实验中他们检测了表面层中平坦层的磨损后发现, 通过表面粗糙度上高度分布的斜率测得的表面形貌不影响粘着力、行程中的摩擦力或跑合时间。过去, 没有任何分析模型支持或反对这种观点。
Patir和Cheng介绍了一种推导可适用于任何普通粗糙度模式的雷诺方程的新方法。这种平均液流模型基于实验压力和剪切流参数的定义, 因而平均润滑液流模型可以用这种液流的参数和平均量为术语进行表述, 如平均压力、平均名义油膜厚度。可以用这种液流的参数推导出一个平均雷诺方程。利用从支承表面上随机形成或测出的表面粗糙度数值而求得的平均液流量, 可以被独立地推出上述参数。因此, 这种数值化模拟方法使这种模型可以分析任何表面粗糙度形式。它的另一个优点是这种方法可以推广到表面粗糙度影响非常重要而又是部分润滑的场合。可见, Patir的模型对于分析活塞环间的润滑很适用。
本文为液体润滑的单活塞环推导的一种分析模型, 以检测内燃机中表面形状对活塞环与缸壁间油膜厚度的影响。研究与应用包括以下几步:
a.基于Patir和Cheng研究的平均雷诺方程建立一种分析模型;
b.讨论平均雷诺方程求解步骤;
c.用一个磨损表面的模型描述表面形貌对润滑模型的影响, 在工程应用上可对表面形貌进行量化分析。
5.2 活塞环的润滑状态
由于活塞环工作条件恶劣, 实验再现性差, 因此有关润滑理论主要是基于推测与判断, 其认识过程是随着汽车制造技术和应用水平及摩擦学自身的发展与提高而不断深入的。由于宏观上活塞环外圆同气缸壁面平行, 加之, 活塞在上、下止点处运动速度为零, 早期的不少学者都认为活塞环的润滑状态主要是边界润滑状态。工程界尤其是我国工程界更是普遍赞同这种观点, 这主要是由于制造技术不高, 使用条件又差而造成的, 因为它正好与实际出现的磨损情况相一致。现在, 各个方面条件改善了, 国内外理论界已普遍认为活塞环的润滑状态可以实现流体润滑, 但工程界对此认识仍较混淆。
5.3 活塞环的流体润滑模型
不计及零件形状误差和表面粗糙度时, 活塞环的润滑模型如图1所示。 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 表示磨合后形成的平直压缩环的磨滑面, 中央 (2) 、 (3) 部分大体上是平行的, 两端塌下。据文献介绍, 下塌量约为环宽度的1/1000。
5.4 最终结论
a.从理论上讲, 活塞环在上、下止点附近时, 速度接近于零, 但油膜厚度并不为零, 仍可形成流体润滑。这可以看成是油膜厚度的缩小而产生挤压作用的结果。
b.活塞环使用前进行磨合对润滑状态是至关重要的。由于篇幅所限, 本文没有讨论表面形貌参数对油膜厚度量的影响。
c.发动机的转速与油的粘度都有一个最佳值, 从图2中可以看出, 提高发动机转速对加大油膜厚度是有利的, 但综合油温图分析, 并非如此, 因为转速提高后, 油的内摩擦力与摩擦热也增大, 油温升高, 会引起异常磨损。因此车辆使用时宜中速行驶, 同时也可以看到, 如能提高冷却水平, 则可提高发动机的转速。油液粘度大, 油膜厚度大, 但同时摩擦力也增大。
d.并非活塞环的润滑状态一定是流体润滑。这和工作条件密切相关, 尤其当活塞接近下止点及在下止点区域时, 润滑条件最恶劣, 常有变为非流体润滑的可能。
e.高温、高压的作用会使润滑油膜受到破坏。如温度在250℃以上时, 压缩环处于半干摩擦状态。
f.表面粗糙度过大会使实际油膜厚度低于计算油膜厚度, 甚至出现表面金属接触。
润滑状态 篇3
1500mm热带生产线共有6个稀油站,为轧机及卷取机等设备提供稀油润滑。原始设计中油箱液位高低有报警信号,油位处于极低位置时,可以停止主机运行,其控制精度和运行可靠性直接影响到轧机的正常运转。在生产过程中发现润滑系统存在如下问题:
(1)现有的网络不能远程监控稀油站程序。由于稀油站作为DP从站挂在自动化部PLC下,操作台和电气室通过以太网访问自动化部服务器,不能直接远程监控稀油站程序,当现场稀油站出现故障时,需要赶到现场,就地监控稀油站PLC程序,不能及时掌握第一情况,增加了处理故障的时间。
(2)由于宽带液压稀油系统没有漏油监控报警预测,现场设备仅仅依靠维护人员点检,现场一旦发生漏油跑油事故,液位极低报警发出后,造成主机停运,值班人员到达事故现场,油箱内润滑油往往所剩无几,造成重大经济损失,同时也给周围环境造成一定程度的污染。
(3)主控室内稀油站监控画面不全,值班人员无法掌握全部稀油站液位、电机运行状态,故障时不能及时获得故障信息。
2 方案确定
新增监控系统若采用以太网可能影响自动化部二级系统的稳定性,投资较大,现场改动较多,不易实施。若组建一个平行于生产系统的监控网络,和生产系统没有交叉,不会对生产系统产生负面干扰,维护人员可根据现场要求制作全面详细的监控信息,扩展性强。由于现场稀油站PLC CPU是2DP接口,空闲一个MPI接口,可利用这一接口,在主控室的PC机上增加一个CP5611网卡,通过PLC硬件配置新增加一个MPI网络,实现对稀油润滑系统的实时监控。
3 方案实施
(1)利用MPI接口,在各个稀油站的PLC CPU硬件配置里组建了一个平行于生产系统的监控网络。在主电室新增的PC机上安装CP5611通信网卡和西门子编程软件,设置正确的通信接口后,连通MPI网络,组建出一个平行于生产系统的监控网络,和生产系统没有交叉,不对生产系统产生负面干扰。维护人员可远程在线监控所有稀油站的PLC程序,快速查找故障原因,大大减少故障处理时间。
(2)根据现场各个稀油站实际位置,设计通信线路所需元件和线路走向。
MPI网络最多可以有32个节点,最大通信距离为50m,超过50m可以通过中继器来扩展实现,两个中继器之间最大距离1000m,最多可连10个中继器,所以两个站之间能通信的最大距离为9100m。根据现场各个稀油站、主电室之间的距离,配置了4个中继器来解决通信线路较长的问题。通信线路敷设时要尽量远离动力线路,和动力线路在电缆槽内分层敷设,必要时穿管和穿蛇皮金属软管,减少外部的干扰信号,保证通信的正常。1500mm宽带油库网络如图1所示。
(3)制作监控画面。为了方便查找故障原因,维护人员运用PCS7软件作为监控软件平台,根据现场要求制作全面的监控信息,方便值班人员能够快速响应,减少故障停机时间。监控画面如图2所示。
(4)通过软件编程,实现润滑系统漏油实时监控。
通过软件内部编程,系统可以判断设定时间段内油箱油位的变化量、变化速度、系统压力等信号,并综合各种检测信号,判断出系统是否漏油,并经过HMI人机界面发出报警信号,提示操作人员及时查找漏油点;同时结合油箱液位检测信号,发出重故障报警信号,及时停止主机运行,保障主机运行安全。
4 实施效果
设计远程集中监控稀油润滑站,解决了稀油站PLC系统过于分散不便监控的问题,润滑系统各类数据、信号状态读取流畅,能够准确反映各个稀油站的状态,方便维护人员快速查找故障;监控画面及时、准确地发出系统漏油、压力、液位、温度等报警信号,维护人员可以第一时间处理现场故障,保证主机运行安全,同时也避免现场漏油造成的环境污染。
参考文献
[1]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版社,2005
[2]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005
润滑状态 篇4
冲击磨损广泛存在于矿山、能源、冶金及电力等工程设备中, 造成了巨大的经济损失。轴承作为设备中的一种主要零部件, 其运转的好坏将直接影响到整套机械装备的性能。船舶机械中的轴承部件工作时海水渗至其润滑油/脂中会影响润滑状态, 目前对GCr15轴承钢在海水润滑下的冲击磨损研究较少。本工作采用自制的冲击磨损试验机, 初步探讨了以海水及海水/润滑油混合润滑时对GCr15轴承钢冲击凹坑、塑性变形及损伤的影响。
1 试验
1.1 冲击磨损试验机工作原理及参数设置
自制的冲击磨损试验机工作原理见图1。试样装在专用夹具上;杠杆式冲击由电磁铁和计数器控制;将轴承钢球安装在杠杆上, 选用5 kg电磁铁控制杠杆带动钢球往复冲击工件, 最大冲击力为130.2 N;选用HHS4R电子式时间继电器, 设定冲击次数为102~105, 冲距为2 mm, 冲击频率约220次/min, 冲击105次约需7.6 h。
1.2 试样预处理及润滑方式
冲击钢球φ25 mm, 材料为GCr15钢。被冲击试样材料也为GCr15钢, 用无水乙醇清洗干净, 其化学成分及力学性能见表1;石油醚浸泡15 min后, 用无水乙醇清洗干净, 并用氮气吹干;550℃预热, 860℃, 0.5 h油淬, 250℃, 2 h回火后硬度为60~64 HRC。
润滑方式:干接触、CKD220油润滑、海水润滑和海水/CKD220油 (1∶1) 混合润滑。干接触和CKD220油润滑充分时试样直接固定在下夹具中。海水润滑和海水/CKD220油混合润滑时将下夹具装在海水槽中, 完全浸泡, 浸泡高度约为2 mm。
CKD220油特性:40℃时动力黏度为205.3 mm2/s, 100℃时为18.39 mm2/s, 黏度指数为99。
海水化学成分:10 770 mg/L Na+, 399 mg/L K+, 1 290 mg/L Mg2+, 2 712 mg/L SO2-4, 412 mg/L Ca2+, 18 954 mg/L Cl-, 142 mg/L HCO-3, 673 mg/L Br-, 13mg/L F-, 45 mg/L B3-, 35 186 mg/L盐。
1.3 测试分析
采用S3500N扫描电镜观察GCr15钢受冲击表面的形貌;使用Taylor Hobson粗糙度轮廓分析仪测量凹坑中的截面曲线, 以获得凹坑深度曲线。
2 结果与讨论
2.1 冲击形貌
GCr15钢受冲击102, 103次时, 试样无明显特征, 当冲击104时, 便发生了变化。图2为GCr15钢在4种润滑方式下冲击104次时的凹坑表面形貌。从图2可以看出:干接触时冲击凹坑内部平整、光滑, 没有很大裂纹;海水润滑时凹坑局部表面存在微裂纹, 受海水腐蚀;CKD220油润滑时凹坑内部产生了大量犁沟, 有少量显微切削痕迹, 局部发生表层剥落, 材料的堆积程度比较严重, 同时产生大量的球形颗粒。原因如下[1,2]:冲击过程中出现的碎屑被多次碾压而形成, 此为疲劳磨损标志, 随着冲击的进行, 球形颗粒镶嵌入表面并出现冲击剥落, 使凹坑表面产生许多球形微凹坑;海水/CKD220油混合润滑时, 凹坑局部产生犁沟, 比CKD220油润滑时大、且局部表面出现挤出棱和少量显微切削痕迹, 同时伴随有碎化的颗粒, 这种形貌既不同于CKD220油润滑, 也不同于海水润滑。
图3为4种润滑方式下GCr15钢冲击105次时凹坑的表面形貌。由图3可看出:干接触时, 凹坑内部出现微型裂纹和凹坑, 但没有大量的材料剥落;海水润滑时, 凹坑表面因为腐蚀而产生了大量的微裂纹, 裂纹内部及周边有大量的碎化颗粒, 碎化的颗粒集中在微裂纹内部;CKD220油润滑时, 比冲击104次产生了更多且大小不等的球形颗粒, 在随后的冲击过程中被压入基体, 呈表面平整的半球形;在海水/CKD220油混合润滑时, 凹坑内部布满了大量的犁沟, 微凹坑不再明显, 局部区域产生材料堆积, 且有表层脱落, 凹坑表面显得粗糙。
2.2 冲击凹坑截面曲线
图4为GCr15钢在4种润滑下分别冲击102, 103, 104, 105次时凹坑截面曲线的对比。总的来说, 干接触时凹坑深度最小, 混合润滑其次, CKD220油润滑次之, 海水润滑最大。这是因为:干接触时, 冲击102次凹坑表面已经形成硬化层, 随冲击次数增加, 其硬化层未被破坏, 对表面起到了保护作用;海水和CKD220油润滑时冲击热量不易集中在凹坑表面, 难以形成硬化层。
图5为GCr15钢热处理后在3种润滑方式下冲击105次凹坑截面的曲线轮廓。从图5可以看出:干接触时的凹坑深度大于CKD220油和海水/CKD220油润滑时, CKD220油润滑时的凹坑深度与海水/CKD220油混合润滑时的相差不大。总之, GCr15钢热处理后冲击凹坑的深度明显小于未热处理的深度, 冲击只是使其发生形变, 并未造成材料的损失。
3 结论
(1) GCr15钢在4种润滑方式下的冲击凹坑深度和体积随着冲击次数的增加而逐渐增大;干接触时的凹坑最浅, 海水接触的最深, CKD220油润滑时的深度略大于海水/CKD220油润滑时的深度。
(2) CKD220油和海水/CKD220油混合润滑时, 冲击凹坑内部会产生大量的球形颗粒, 且大小不均。
(3) GCr15钢经热处理后冲击性能明显得到提高, 由于冲击变形较小, 冲击规律还不是很明显, 需要进一步研究。
参考文献