润滑油剪切安定性圆锥滚子轴承试验机的研制
2021-08-09刘洪鹏崔骁良孔令杰崔长军
刘洪鹏，崔骁良，孔令杰，崔长军
(1.大连北方分析仪器有限公司，辽宁 大连 116023；2.大连新意业新材料开发有限公司，辽宁 大连 116000)
1 研究技术背景
2019年2月1日开始实施的国家标准《GB/T 13895-2018重负荷车辆齿轮油(GL-5)》中，重负荷车辆齿轮油技术要求增加了强制要求项—KRL剪切安定性(20 h)，该指标采用《NB/SH/T 0845传动润滑剂黏度剪切安定性的测定圆锥滚子轴承试验机法》进行测定。对于重负荷车辆齿轮油生产厂家和检验检测机构而言，必须增加KRL圆锥滚子轴承试验机的试验设备。传统的做法是，在标准四球极压试验机的基础上，增加KRL适配器和油温恒温控制装置。
目前，国内外的四球极压试验机厂商主要有：美国FALEX、英国SETA、中国的厦门天机等，这些厂家的试验机也都可以做相应的改造，升级成KRL圆锥滚子轴承试验机。
但是改造的试验机具有各种缺陷，比如实验操作繁琐、必须额外调解温度控制系统、缺少必要的压力和温度监控等等问题；国内外还没有一家专用的、使用方便的KRL圆锥滚子轴承试验机，大连北方分析仪器有限公司根据试验方法的要求，结合多年的温度控制、运动控制以及仪器研发的丰富经验，研发了一款专用的KRL圆锥滚子轴承试验机。该试验机采用专利技术的凸轮顶升机械机构，实现了加载负荷的精确控力，并集成了温度曲线、加载负荷曲线的实时显示，使实验操作更简便、更直观。
2.仪器结构和功能介绍
2.1 仪器主要结构
KRL圆锥滚子轴承试验机主要结构应该分为：旋转电机主轴机构、KRL适配器、轴承负载受力调节机构、试验油控温装置、整机控制电路系统等。
旋转电机主轴机构：圆锥滚子轴承旋转的动力源，来自于旋转电机，电机需要具备高转速、运转稳定、转速恒定、负载能力强等特点，所以最佳选择应为伺服电机。
KRL适配器：应具有圆锥滚子轴承SKF32008X/Q，试验油存储腔、旋转轴、循环水水路、密封固定结构等。
轴承负载受力调节机构：圆锥滚子轴承的负载受力，传统的方式通常为杠杆砝码、液压顶升等方式，操作复杂且稳定性差，这里选择机械直线运动微调机构的方式，对轴承负载受力进行精密调节。
试验油控温装：试验油在KRL适配器中，在轴承旋转的过程中，油品处于内循环的运动中，经过轴承的挤压剪切，温度会不断上升，应该采用低温循环水浴对KRL适配器进行降温，在控制上，应该直接对试验油样进行控温，低温循环水浴根据油温的高低控制升温或降温。
整机控制电路系统：应具有自动控温、控力、运动控制等操作，还应具备记录功能，实验过程中，轴承负载所受的压力和油样的温度应该实时记录，便于试验结束后回看，辨别试验参数是否超出规定范围，确保试验结果的可靠性。
2.2 仪器功能介绍
KRL圆锥滚子轴承试验机采用触摸显示屏对整机进行操作控制；采用交流伺服电机作为试验轴承旋转的动力源，转速稳定、准确，运转平稳跳动小；KRL适配器可以容纳至少40 mL油样进行测试，试验中，直接针对试验油样进行温度控制，采用恒温循环水浴的水温控制实现试验油温控制，抵消试验油样的摩擦生热，恒温水浴采用压缩机制冷和电加热辅助的方式进行水温控制；采用轴承受力调解机构，对轴承受力进行精密控制，通过对顶杆位置的精确控制，实现对KRL适配器与旋转主轴位置的精确调节，从而实现对轴承负载受力的精确控制，具有负载稳定、运行平稳、振动小的特点；试验过程中，针对油样温度和轴承负载受力进行全过程监测记录，做到试验结果的可追溯性。具体见图1～图3及表1。
图1 仪器外观
图2 试验机结构
图3 仪器主控界面
表1 KRL圆锥滚子轴承试验机参数
3 仪器研制考察试验结果
3.1 仪器参数验证
使用标准水银温度计(0～100 ℃)对油温传感器进行对比，偏差小于0.1 ℃；使用外接数显推拉力计(1～5 kN)对轴承负载受力进行验证，偏差小于10 N。
整机运行过程中，每间隔20 min，记录温度与承载力的实时数值。见表2、图4～图7。
表2 油温、轴承承载力数据
图4 油温分布折线
图5 轴承承载力分布折线
图6 油温监测实时界面
图7 轴承承载力监测实时界面
3.2 仪器性能验证
使用标油对仪器进行测试验证，标准方法《NB/SH/T 0845 传动润滑剂黏度剪切安定性的测定圆锥滚子轴承试验机法》中涉及三种标准参考油，测试剪切前后润滑油的100 ℃运动黏度相加率，来表征该润滑油的抗剪切性能，本文采用其中两种进行验证测试。见表3、表4。
表3 KRL20 h剪切后100 ℃运动黏度下降率要求
表4 本仪器采用两种标准参考油剪切后运动黏度变化结果
由上可知，本仪器的控制压力波动小于50 N，温度波动小于0.2 ℃，测试结果均处于标准参考油要求的上限和下限的中部，苛刻度符合方法标准的要求，仪器测试结果的准确度高和重复性好。
4 结论
专用的KRL圆锥滚子轴承试验机在温度控制和负载载荷控制上，控制精度优于《NB/SH/T 0845传动润滑剂黏度剪切安定性的测定圆锥滚子轴承试验机法》的参数要求，试验油的测试结果也符合标油的测试黏度下降率区间要求，操作简单明了，数据的可追溯性强，为广大的重负荷车辆齿轮油(GL-5)厂家和用户提供了稳定可靠的试验仪器，具有很好的实用性。
