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含水工況下磷化對液位變送器疲勞壽命的影響

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 摘 要: 針對滾動液位變送器在潮濕環境中受水污染影響,疲勞壽命降低的現象,本文從表面處理方向出發對滾子實施磷化處理,通過疲勞壽命試驗研究在含水工況磷化處理對液位變送器接觸疲勞壽命的影響,分析磷化對滾動液位變送器含水工況下接觸疲勞壽命影響機理。Pfa壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
前言
滾動液位變送器作為機械基礎件,應用十分廣泛,對其可靠性和壽命的研究具有重要意義。隨著工業發展,液位變送器越來越多的應用于相對惡劣的環境。實際應用中發現,當滾動液位變送器處于露天、海洋、靠近湖泊河流等潮濕環境時,使用壽命均較短。發現水分極易進入到液位變送器的潤滑油或潤滑脂中,作為雜質,對液位變送器壽命產生負面效應。針對這一現象,本文從表面處理方 向 出 發,對 軸 承 滾 子 進 行 磷 化 處 理。自 從1869 年 Ross 申請第一個磷化專利已來,磷化技術得到快速發展,使用范圍不斷擴大,越來越多的應用于機械設備中。目前,關于含水工況下表面處理對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液位變送器疲勞壽命影響的研究幾乎空白。而關于水對疲勞壽命影響的機理至今也沒有統一的說法。通過試驗研究在含水工況下磷化處理對液位變送器接觸疲勞壽命的影響,可以進一步探討在含水工況下磷化對接觸疲勞的影響機理,從而為提高滾動液位變送器的使用壽命提供理論依據。在前期工作中,利用標準液位變送器部件開發了鋼珠 - 滾子結構專用滾動接觸疲勞壽命試驗臺,用以模擬真實滾動液位變送器的接觸疲勞條件。
 
1 實驗
1. 1 試驗機介紹
本文所用的試驗機為上海大學液位變送器研究室自行研制的鋼球 - 滾子疲勞壽命試驗機,該試驗機由杭州雙龍機械有限公司生產的深孔鉆 Z4120 作為驅動部分,通過傳動軸帶動滾子旋轉。滾子的上下兩個端面上分別開有一個相互垂直的一字槽,使傳動軸與滾子對中。滾子下端的一字槽與彈簧支撐的支撐軸連。三個鋼球靠保持架的作用以 120° 均勻分布在滾子周圍。鉆床的旋轉過程中,三個鋼球在上下兩個錐環形成的滾道內繞滾子做行星運動,下面的支撐軸依靠彈簧力頂緊滾子并隨滾子一起旋轉。加載部分通過杠桿結構施加力與加載蓋上,加載蓋壓于錐環上,上下兩個錐環的斜面使三個鋼球與滾子的接觸面產生點接觸應力,從而實現滾子與鋼球的對磨。試驗機實物圖如圖 1( a) 所示,試驗機結構圖如圖 1( b) 所示。
 
試驗機使加速度傳感器和溫度傳感器對振動信號和溫度信號進行測量,并開 發 了 一 套 基 于 Lab-VIEW 的測控系統,使其可以實時監測試驗機的振動信號機溫度信號,采集振動過程中的時域及頻域信號,監測滾子的磨損狀態,當達到疲勞點蝕狀態時自動保存數據停機。試驗機潤滑方式采用循環滴油潤滑,在基礎油中加入水后,潤滑油會出現分層或沉淀,因此,實驗中需使用攪拌器對潤滑油持續攪拌。
 
1. 3 試驗條件與其與除油溶液充分接觸。時間到后取出烘干。
 
水洗。將滾子浸入蒸餾水中進行超聲波振動清洗 3min,取出烘干。
 
酸洗。將濃鹽酸稀釋為質量分數 12% 的鹽酸溶液,并加入質量分數為 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行超聲波振動清洗 3min,取出烘干。
表調。將表調劑和蒸餾水按照 1∶250 的比例進行調制,在常溫狀態下將滾子浸泡 2min ,取出。表調劑為 ZK - 300 錳系磷化專用表調劑,呈粉紅色固體粉末狀。
 
磷化。首先對磷化液進行熟化,將濃縮的磷化液與蒸餾水按照 1∶7 的體積比進行稀釋,然后熟化鐵,熟化鐵與蒸餾水質量比為 1∶1000,之后放入恒溫水浴箱加熱至 95℃ ,熟化時長為 50min。熟化完成后,將滾子放入磷化液中,溫度仍保持在 95℃ ,磷化時間為 15min。所使用的磷化液為西安天科智澤環?萍加邢薰咎峁┑ ZK - 812C 磷化液,該產品屬于高溫純錳系后膜磷化液。
 
( 2) 疲勞壽命試驗
本實驗用鋼球、滾子、錐環分別代替滾珠、內圈和外圈來模擬液位變送器實際運轉時的情況。
 
2 實驗結果與分析
滾子的完全疲勞壽命時間,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驗,從實驗數據來看,當潤滑油中加入水后,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,可以看出水對滾子疲勞壽命有至關重要的影響; 而含水工況下對滾子進行磷化后,疲勞壽命顯著提高,與不含水時的疲勞壽命很接近。由于數據存在離散型,每種工況的數據采用雙參數威布爾分布統計方法進行運算,計算出威布爾斜率 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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