国内外对不同材料的摩擦磨损特性进行了大量摩擦磨损试验研究。试验结果表明,在水润滑条件下,不锈钢对高分子材料的摩擦系数随相对滑动速度增大而显著降低,随接触压力的增高而增大。海水润滑条件下的摩擦系数比蒸馏水润滑条件下的摩擦系数要小,但磨损量偏大。
(1)试验机原理
采用型号为MMU-10F的端面摩擦磨损试验机进行摩擦磨损特性的相关研究。试验机的结构原理如图2所示。该试验台可以对金属材料、高分子材料和陶瓷材料在水润滑条件下进行试验研究,其*大试验力为10kN,*大摩擦力为300N,转速范围为0~4000r/min。
试验机包括加载系统、驱动系统和测试系统三部分。加载系统由液压泵与液压缸组成,通过调节液压泵的出口压力调节加载力。驱动系统包括电机、变频器、同步带、旋转轴和上、下试样。上试样与主轴靠球铰连接以保证上下试样保持充分的圆环面接触。试验过程中上试样做旋转运动,下试样保持静止并由液压缸加载获得加载力。试验中通过调节变频器的参数得到不同的主轴旋转速度以获得不同试样间的相对滑动速度。测试部分用来测量试验中的加载力、摩擦力、温度和转速,其中压力的大小通过负荷传感器进行测量,摩擦力矩的测定是由上、下试件间的摩擦力传递至水盒产生回转力矩,通过固定在水盒底部的拉力绳,直接作用在一个测力传感器上测定的。试验中的摩擦生热会导致介质温度上升而影响摩擦力,为避免这一影响,采用水盒低水位处进水高水位处出水来获得流动的润滑介质,保证润滑环境的温度在30~35°C。
(2)试验方案
试验方案一方面要符合实际工况的要求,另一方面要考虑到实际操作的可行性。试验中采用自来水作为润滑介质,所得到的摩擦系数应比实际中的偏大,这样计算得到的摩擦损失要大,为肯富来管道泵效率的计算提供了一定的安全裕度。拟定试验方案如下:
① 试件:上试件为工程塑料,下试件为不锈钢17-4PH,上下试件尺寸均为Cp30mm>
② 加载力和试验转速分别为:200N、300N、500N和0.3m/s、0.6m/s、1.2m/s,得到九种组合工况;不同加载力对应的接触应力及不同的试验机转速得到的相对滑动速度见表2;
③ 试验过程:试验前试样表面用1500#研磨膏(IS06106-79)研磨,并在水中浸泡64h以上,使其达到吸水饱和状态,以避免在试验过程中材料吸水对试验结果的影响。试验前对试样进行超声波清洗。试验时间为1小时,记录摩擦力大小、摩擦温度。