2020年, 第45卷, 第1期 
刊出日期:2020-01-15
  

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  • 本刊编辑部
    润滑与密封. 2020, 45(1): 1-6.
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  • 试验研究
  • 杨保平, 岳照凡, 王永富, 白永庆, 张俊彦
    润滑与密封. 2020, 45(1): 7-10,22. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.001
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    通过等离子体增强化学气相沉积技术,以不同沉积时间在硅表面上制备类富勒烯碳薄膜,探究类富勒烯碳薄膜结构演变和摩擦学性能随沉积时间变化规律。利用拉曼光谱和透射电子显微镜,考察类富勒烯碳薄膜微结构和表面形貌随沉积时间的变化。结果表明:碳薄膜内类富勒烯结构含量随沉积时间先增加后保持不变;采用沉积时间为3 h的类富勒烯碳薄膜组成摩擦配伍对,当载荷从8 N增加到14 N时,摩擦因数从0.013降至0.006,即随载荷的增加实现了由低摩擦向超滑的转变。这是因为摩擦诱使类富勒烯碳薄膜发生结构转变,并形成有利于减少摩擦的类球状或外部石墨壳层闭合的纳米颗粒。
  • 孙士青, 孙娜, 王晓力
    润滑与密封. 2020, 45(1): 11-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.002
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    为研究混合润滑条件下粗糙表面上微织构对流量因子的影响,在不同表面纹理方向的高斯随机粗糙表面的基础上,建立不同织构参数的几何模型,通过数值求解雷诺方程,研究织构的面密度及深宽比对压力流量因子、剪切流量因子的影响。结果表明:压力流量因子和剪切流量因子随着表面织构面密度和深宽比的增大而增大,且随着深宽比的增加,压力流量因子增大的幅度逐渐减小;在各向同性、横向纹理及纵向纹理表面下,表面织构的面密度和深宽比对压力流量因子和剪切流量因子的影响大致相同。
  • 马润梅, 朱鑫磊, 张楠楠, 李双喜
    润滑与密封. 2020, 45(1): 16-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.003
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    为了分析超临界二氧化碳气体临界状态大幅度物性参数变化和偏离理想气体的真实气体效应对干气密封性能的影响,建立螺旋槽干气密封端面微尺度三维流动模型,分别采用Fluent软件中二氧化碳的实际气体模型和理想气体模型求解密封端面流动方程。数值模拟结果表明:考虑超临界二氧化碳实际气体效应时,端面更容易发生阻塞工况;气膜间隙和转速增大,阻塞效应增强,但温度升高,阻塞效应减弱;在阻塞工况下,密封开启力和泄漏量均随着气体温度、转速增加而降低。
  • 朱莉莉, 陈鼎, 仇磊, 陈耀彤, 王思远
    润滑与密封. 2020, 45(1): 23-27,33. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.004
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    为制备摩擦学性能优良的多壁碳纳米管基膨润土润滑脂,采用油酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行修饰,在实验室自主设计的超声辅助球磨试验装置上,制备在PAO6中均匀稳定分散的多壁碳纳米管悬浮液,并以悬浮液为基础油制备MWCNTs增强的膨润土润滑脂。探讨不同分散方法(球磨分散、超声分散、超声和球磨分散)对多壁碳纳米管分散稳定性的影响,研究润滑脂的摩擦因数、磨斑直径随多壁碳纳米管质量分数的变化。实验结果表明:经油酸修饰的多壁碳纳米管在超声和球磨综合作用下分散稳定性最好;随多壁碳纳米管质量分数的增加,膨润土润滑脂的摩擦因数、磨斑直径先减小后增大,其中多壁碳纳米管质量分数为0.03%时,所制备的膨润土润滑脂摩擦学性能最佳,磨斑直径最小(0.690 mm),比美孚28号航空润滑脂(符合美国军方规格MIL-G81322C,磨斑直径0.807 mm)降低了14.5%。
  • 薛颜文, 钱善华, 黄传辉, 倪自丰
    润滑与密封. 2020, 45(1): 28-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.005
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    以蓖麻油为基础油,以一水氢氧化锂、12-羟基硬脂酸和癸二酸为稠化剂原料,氧化石墨烯(GO)为添加剂,制备3种含GO不同质量分数的混合锂基脂,分别利用锥入度试验器、钢网分油测试仪、滴点试验器、流变仪、热重分析仪、摩擦试验机和三维形貌仪考察其理化性能和润滑性能,探讨GO对蓖麻油基润滑脂的作用机制。结果表明:含GO混合锂基脂的黏度随剪切率和温度的增加均呈非线性减小的变化趋势,但随着剪切速率和温度的升高,GO对蓖麻油基润滑脂的黏度与剪切速率关系和黏温特性影响越来越小;微量的GO能够提高混合脂的热稳定性能;混合锂基脂的平均摩擦因数随GO质量分数的增加呈先减小后增大的变化趋势,适量的GO有助于提高蓖麻油基润滑脂的减摩抗磨性能,这是因为摩擦过程中GO以片层形式进入摩擦副的接触区,能够有效地降低摩擦副表面的直接接触概率,且GO具有自润滑性能,在摩擦副界面上发挥较为有效的润滑作用。
  • 李树勋, 李成, 雷鹏, 潘伟亮
    润滑与密封. 2020, 45(1): 34-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.006
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    针对泥水盾构机接管系统中三通换向阀阀芯及管道易受泥浆冲蚀磨损问题,应用计算流体动力学中DPM(Discrete Phase Model)模型对阀芯缩径弯管与等径弯管进行对比分析。研究结果表明:泥浆流经等径弯管时对管壁造成的冲蚀磨损程度比流经缩径弯管时的冲蚀磨损程度严重;缩径弯管中凸台可以起到有效的扰流作用,消耗泥浆流体具有的动能,有利于减缓泥浆对弯管外壁面的冲蚀磨损;泥浆流经不同变直径管道时,对管壁造成的冲蚀磨损程度不同;其中泥浆从缩径弯管流向等径弯管处的冲蚀磨损率小于从等径弯管流向缩径弯管处的冲蚀磨损率。
  • 王喆, 赵鑫, 温泽峰, 王衡禹
    润滑与密封. 2020, 45(1): 41-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.007
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    利用有限元法建立考虑轮轨瞬态滚动接触载荷的三维滚动接触疲劳斜裂纹扩展分析模型,分析现场中成群出现的钢轨滚动接触疲劳裂纹之间的相互影响。该模型可以准确反映高频轮轨瞬态滚滑行为对裂纹载荷边界和裂纹面接触的影响,突破了以往研究中基于赫兹接触的稳态接触载荷边界假设带来的种种局限。基于实测,模型中裂纹扩展角度取典型值30°,长度和深度分别取10~20 mm和2~4 mm(长深比固定为5),考虑间距在5~20 mm范围内变化,分析多至5条裂纹共存情况下的裂尖应力场强度因子。300 km/h运行速度下的计算结果表明:相同尺寸的多裂纹共存时某一裂纹尖端的节点力相较于单裂纹时低,但多裂纹时的接触刚度更低,使得裂纹尖端附近两裂纹面间的相对位移较单裂纹更大,最终使得多裂纹工况的裂尖应力场强度因子随裂纹数量的增多而增大;对于特征尺寸(长度)为15 mm的等间距多裂纹,当裂纹间距大于5 mm时,3条裂纹共存模型即足以将裂纹间相互影响精确考虑在内,较5条裂纹共存模型的误差仅为1.7%。对于文中所研究的多裂纹,当裂纹间距大于裂纹特征尺寸时,裂纹间的相互影响可以忽略,即可采用单裂纹模型进行计算。
  • 谭江, 黄双超, 梁树林, 赵鑫, 温泽峰
    润滑与密封. 2020, 45(1): 49-53,58. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.008
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    在车轮-钢轨高速滚动接触疲劳试验机上进行油介质下高速轮轨低黏着特性和增黏试验,研究油介质条件下不同速度、蠕滑率、轴质量以及撒砂对黏着系数的影响,最高试验线速度200 km/h。结果表明:黏着系数随蠕滑率的增加先增大、再微降随后趋于平稳,在蠕滑率3%左右达到最大;随着速度的增加,黏着系数呈快速下降趋势,如速度从50 km/h增加至200 km/h时,最大黏着系数从0.092下降至0.049;当轴质量由12 t增至16 t时,黏着系数仅略微增加了0.01;撒砂后,黏着系数约为未撒砂时的3倍左右,且依然随速度增加而降低;撒砂会使得试验后轮轨表面产生很多麻坑,从而增大了表面粗糙度,对增黏起到了一定作用,但增黏砂会对接触表面造成显著损伤,在极端条件下会促进滚动接触疲劳的萌生,威胁运行安全。
  • 王丽丽, 袁国腾, 耿欢, 梁鹏
    润滑与密封. 2020, 45(1): 54-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.009
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    滑动轴承的相关研究很多都基于等黏度的情况下,这与轴承的实际工作情况有较大的出入。使用计算流体力学FLUENT通过编写的黏温方程UDF程序进行动压滑动轴承润滑油黏度的计算,并考虑黏温效应对动压滑动轴承性能的影响,比较等黏度与变黏度情况下动压滑动轴承的油膜压力与承载力、油膜的轴向与周向温度分布。结果表明:在考虑黏温效应条件下,轴承的承载力、油膜压力、摩擦力均小于定黏度条件下,这是由于温度升高导致黏度降低,从而减小了油膜静压力和承载力;在轴承轴向方向上,从油膜中心位置向两端部,油膜温度逐渐升高;在轴承圆周方向上,从收敛区到发散区,油膜温度先升高后降低,油膜温度峰值出现在轴承发散区的端部位置。
  • 张国亮, 王士华, 李志强, 郭帅, 龙柱, 汤龙其
    润滑与密封. 2020, 45(1): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.010
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    采用双-[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物(Si69)和乙烯基三乙氧基硅烷(A151)对PAN基碳纤维(CF)进行表面改性处理,利用SEM、FTIR、EDX对改性前后的CF进行表征,测量接触角和表面能、力学性能和界面性能;通过湿法成形技术,制备不同改性CF增强聚酰亚胺纸基摩擦材料,并测试其孔隙率和摩擦学性能。结果表明:与未改性CF相比,Si69和A151能够有效地增加CF表面粗糙度,且新基团的引入使接触角变小,提高了CF表面活性,改善了纤维与树脂之间的结合力,使得A151-CF表面能增加了37.3%,Si69-CF表面能增加了109.4%,A151-CF/聚酰亚胺复合材料界面性能增加了19.1%,Si69-CF/聚酰亚胺复合材料界面性能提高了45.3%;相比未改性CF,Si69改性CF使纸基摩擦材料孔隙率下降了20.2%,A151改性CF使纸基摩擦材料孔隙率下降了8.8%;表面改性CF能够提高纸基摩擦材料的摩擦学性能,其中Si69改性CF增强纸基摩擦材料摩擦学性能优于A151改性CF增强纸基摩擦材料。
  • 章朝栋, 赵俊生, 李涵, 白金霖, 李正文
    润滑与密封. 2020, 45(1): 67-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.011
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    针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能出现恶化的现象,计及表面形貌和弹性变形等因素影响,建立12V150柴油机主轴承润滑分析模型。运用弹性流体润滑、轴承动力学及Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,分析功率提升后的主轴承润滑性能,提出需要改进的参数。分析表明:主轴承润滑性能变差的原因主要是功率提升后,曲轴和主轴承承受载荷加剧,油膜压力增加,引起轴颈弯曲或倾斜,导致主轴最小油膜度减小。研究曲轴平衡率、轴承宽度和润滑油黏度等参数对主轴承润滑性能的影响,提出了将曲轴平衡率由70%增大至90%,轴承宽度由46 mm增大至48 mm,并合理增加润滑油黏度的改进方案。结果表明:曲轴平衡率能有效地减小主轴颈倾斜角度,而轴承宽度和润滑油黏度对轴颈倾斜几乎没有影响;改进后主轴承最小油膜厚度提升了16.08%,峰值粗糙接触压力减小了37.11%,平均摩擦损失总功减小了13.08%。
  • 陈婷, 马卫国, 王炜
    润滑与密封. 2020, 45(1): 74-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.012
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    针对带压作业时闸板防喷器胶芯的耐磨块易发生磨损导致密封失效和起下旧管柱时其工作寿命较小等问题,对带压作业过程中闸板防喷器胶芯磨损行为进行研究。以某油田现场使用的闸板防喷器胶芯为对象,从微观角度分析带压作业过程中胶芯耐磨块主要磨损机制和表面粗糙度对耐磨块磨损机制的影响;利用有限元软件建立胶芯动静密封模型,从宏观角度分析不同工况和摩擦因数对闸板胶芯密封性能及耐磨块磨损规律的影响。结果表明:带压作业过程中耐磨块主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损,管柱的粗糙度越大,耐磨块磨损越严重;井筒压力造成的胶芯上部应力集中是耐磨块上部磨损严重的主要原因;管柱与耐磨块圆弧面间的摩擦因数应控制在0.1以内,否则会加速耐磨块的磨损。
  • 开发应用
  • 何东升, 任航, 张林锋, 李志强, 朱欢
    润滑与密封. 2020, 45(1): 81-86,128. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.013
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    提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。
  • 史皓天, 张洪朋, 孙广涛, 曾霖
    润滑与密封. 2020, 45(1): 87-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.014
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    为了提高微流体油液检测芯片的通量,基于原先的电感-电容式微流体检测芯片,设计紧贴线圈内孔呈环状分布的检测流道,从而将流道截面积增加为原先的8倍,继而增加了检测通量。考虑到油液中的金属颗粒物在环形流道中受重力作用影响,容易沉积堵塞检测流道,采用竖直流道来避免这一现象的发生。通过与原有检测芯片的对比实验,验证所设计的检测芯片可在不降低检测精度的前提下提高检测通量。该传感器的电感参数检测模式和电容参数检测模式可根据液压油中不同的污染物切换运行,从而可区分检测液压油中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡4种污染物。
  • 汪宇航, 叶鸣, 张勇, 肖怡, 解祯, 朱艳军
    润滑与密封. 2020, 45(1): 93-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.015
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    在传统旋转法基础上,提出一种新型的旋转式黏度在线测量方法。该方法利用流体力学相关理论对转子旋转时的黏滞力矩进行分析,通过建立传感器直流电机电流和油液黏滞力矩的关系来仿真计算油液黏度。研发一种发动机润滑油黏度在线检测传感器,通过高低温试验测试传感器对润滑油黏度的响应,并对传感器进行标定。结果表明,该传感器对油液黏度变化具有较快的响应与较高的灵敏度,结构简单,稳定可靠,克服了传统黏度计测量时间长、对环境要求苛刻、尺寸较大且价格昂贵的缺点。
  • 郑贤, 耿葵花, 何洋, 韦为, 罗耀鹏
    润滑与密封. 2020, 45(1): 99-105,112. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.016
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    在压缩机运行过程中,通过径向泄漏通道从压缩腔泄漏到吸气腔的气体泄漏量与堆积在该处的润滑油量有极大的关系,为了准确描述径向间隙处的润滑油量,以滚动活塞压缩机本体为基础设计一套试验装置,采用高速摄影技术对径向间隙处的润滑油进行观察和图像采集,将采集的图像导入MatLab进行图像处理,得到滚动活塞压缩机在运行过程中的径向间隙处的润滑油量。以润滑油密封角为衡量润滑油量大小的指标,分析润滑油密封角与偏心轴转速、供油量、润滑油黏度的关系。结果表明:以汽缸中心点和活塞与汽缸的理论接触点的连线作为分界线,润滑油并不以该分界线作为对称中心均匀地分布在吸气腔和压缩腔两侧,而是整体偏向压缩腔侧,并且该分布规律与润滑油黏度、偏心轴转速和供油量都无关;润滑油密封角随着转速的提高而增大,随着供油量的增大而增大,随润滑油黏度的增加而减小。
  • 何星, 李若亭, 毛杰键, 汪紫妍
    润滑与密封. 2020, 45(1): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.017
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    为研究柴油机实车使用状况下缸套-活塞环磨损规律,建立某12150型多缸柴油机面向使用工况的缸套-活塞环磨损仿真计算方法并进行验证,研究环境与工况参数对缸套磨损的影响规律。结果表明:大气温度升高,缸套磨损深度呈现先减小后增大的趋势,气温-5℃时磨损最小,与-35℃相比下降了5.89%,与40℃相比下降了9.15%;大气压力降低,缸套磨损深度先减小后增大,气压80 kPa时最小,与100 kPa相比下降了6.45%,气压50 kPa时磨损最大,与100 kPa相比升高了8.48%;缸套磨损深度随柴油机转速升高而呈现出增加的趋势,在1 600 r/min时出现极小值点,转速为2 000 r/min相比1 200 r/min磨损深度增加了46.76%;柴油机负荷增加引起缸套磨损深度不断增大,100%负荷时较20%负荷的磨损深度升高了133.96%。
  • 李国栋, 徐宏海, 韩俊臣, 范军, 姜久林
    润滑与密封. 2020, 45(1): 113-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.018
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    针对我国自主研发的某型高速列车行驶过程中发生轴箱轴承温度预警情况,探讨轴箱轴承的产热和传热计算,提出一种基于各滚动体受力大小的局部热源加载方式,利用ANSYS中Fluent模块建立轴箱轴承温度场有限元仿真模型和进行稳态温度场分析,并根据列车线上实测数据加以验证。结果表明:测温孔温度仿真值与实测值的误差为0.33%;轴箱箱体温度最高点位于轴箱测温孔部位;轴承温度由上而下成梯度递减,轴承顶端滚动体与内圈的接触区、两轴承内圈接触区上部温度较高。研究结果为深入研究列车运行工况参数对轴箱轴承温度场的影响规律、摸清轴箱轴承温度预警原因奠定了基础。
  • 马纪明, 宋岳恒, 黄怡鸿
    润滑与密封. 2020, 45(1): 118-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.019
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    为了准确计算液压柱塞泵机械密封的磨损,基于有限元方法提出一种考虑污染度水平和机械密封运动工况的磨损量计算方法。首先,针对单个磨粒模型建立机械密封表面的有限元模型,并基于实际工况进行仿真;然后对仿真和实验数据进行回归分析,确定单个磨粒造成的磨损量;最后研究介质中多种磨损颗粒对机械密封表面磨损的综合影响,提出一种考虑油液污染度的液压柱塞泵轴尾密封磨损的计算模型。通过对轴尾密封的表面观测结果,验证机械密封的磨损形式,并计算得出实际磨损量。通过对比基于提出的模型的解析结果与实际观测结果,证明提出的方法在计算含污染颗粒的机械密封磨损量时的有效性。
  • 技术探讨
  • 张晓东, 余鑫, 张毅, 杨林, 郝仁杰
    润滑与密封. 2020, 45(1): 124-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.020
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    橡胶O形密封圈在高温工况下会发生应力松弛并导致密封失效。基于橡胶黏-超弹本构模型,利用有限元软件ABAQUS建立橡胶O形密封圈与沟槽接触的非线性有限元模型,分析O形密封圈在不同压缩率、不同油压、不同温度下的应力松弛情况及应力分布。结果表明:接触界面上的接触应力分布近似呈抛物线;O形密封圈应力在初期先急剧衰减,而后逐渐缓慢降低;压缩率和油压对应力松弛影响不大,但油压太大会降低密封可靠性;温度升高使应力松弛速率明显增大,并使最终应力降低,降低密封的可靠性。
  • 李正文, 赵俊生, 李涵, 章朝栋, 白金霖
    润滑与密封. 2020, 45(1): 129-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.021
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    为研究柴油机强化过程中曲轴的弯曲振动和润滑性能的耦合关系,基于曲轴动力学和润滑理论,考虑曲轴和轴承座的弹性变形,建立某型12缸柴油机曲轴计算模型,分析主轴颈弯曲振动和最小油膜厚度间的耦合关系,并研究轴承宽度、半径间隙和润滑油黏度对两者的影响。结果表明:最小油膜厚度与弯曲振动变化趋势相反,两者存在耦合关系,同时油膜能够对振动起到一定的缓冲作用;在研究范围内,最小油膜厚度随主轴承宽度和润滑油黏度的增加而增加,弯曲振动随之减小;半径间隙对润滑和振动的影响较大,适当增大间隙值,最小油膜厚度增加,过大的间隙值加大轴颈的振动冲击,降低最小油膜厚度。该结果对柴油机强化设计过程中曲轴的润滑与振动预测和控制提供了参考。
  • 李婧, 田洪祥, 孙云岭
    润滑与密封. 2020, 45(1): 135-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.022
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    研究ASTM D6224油液监测标准的98、02、09和16四个版本的变化,主要体现在:(1)在引言中,16版本删除了前三个版本均有的“在用油液监测可使润滑油和装备的服役期最大化”,保留了“在用油液监测可确保监测装备以安全、可靠和好的费效比运行”;(2)确定的报警值有变化;(3)增加了测量项目和新的测量方法。结合油液监测目前的技术水平和积累的实践经验,提出对我国在用油监测的四点启发:(1)需要制定油液监测单个参数测量的标准方法,一个参数可允许有不同的测量方法;(2)可以根据工程需要,将分析方法分为现场和实验室两类,以更好地指导实践;(3)可将单个参数的监测标准融入到设备状态的判别标准中;(4)需要积极探索适合在用油监测新的有效方法。
  • 陈钢, 胡军, 朱兵, 谭桂斌, 冯伟, 贺石中
    润滑与密封. 2020, 45(1): 139-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.01.023
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    分析三峡电站700MW水轮发电机组透平油运行过程中油质衰退、劣化的失效位置及失效模式,探讨机组透平油系统的特点和运行初期的润滑劣化行为及失效机制。为解决机组在润滑防护过程中的问题,研发和应用了将油库中的液压调节系统润滑油和轴承润滑油分离的工艺技术、规程等。选择适合该机组油品的可靠性技术、工艺,实践表明油静电过滤技术能很好地降低油品的污染度等级,提升机组润滑可靠性水平。