Experimental study ofcasing wear under impact-sliding conditions

Theoretical analysis and field monitoring show that lateral vibration has very important effect on casing wear in deep & ultra-deep well drilling. The wear mechanism of casing under impact-sliding work conditions has been investigated and many experiments have been completed with a newly developed full-scale casing wear test machine. Test results present that adhesion wear, contact fatigue, and grinding abrasion are the main wear mechanisms under impact-sliding test conditions. The friction coefficient and linear wear rate of the casing rise obviously with an increase in impact load. And the larger the impact load, the rougher the worn surface of the casing. The linear wear rate decreased slightly but the average friction coefficient increased slightly with an increase in impact frequency under an impact load of 2,500 N. Both the linear wear rate of the casing and the average friction coefficient increased substantially with an increase in impact frequency under an impact load of 4,000 N. Under lower impact load conditions, grinding abrasion and contact fatigue are the main mechanisms of casing wear; under higher impact load conditions, adhesion wear and contact fatigue are the main mechanisms of casing wear.

冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统研发

冲击式水轮机在多沙河流上运行时会面临十分严重的泥沙磨损问题。针对目前国内缺乏冲击式水轮机泥沙磨损研究试验系统的情况,研发了一套冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统。该系统由管路及供水系统、沙水池及泥沙搅拌系统、水轮机试验机组、数据采集与测控系统等部分组成,可支持最高水头800 m、最大流量300 m^(3)/h和最高水轮机转速2500 r/min的冲击式水轮机泥沙磨损和性能试验,采用可编程控制器(PLC)和LabVIEW软件可实现供水泵启停、水轮机转速调节和管路阀门自动控制,同时能实时监测水轮机转速、水头、流量等关键参数。经过试验显示该泥沙磨损试验测试系统具有精度高(达0.3%)、自动化水平高、运行稳定、操作简单以及人机界面友好等特点。

表面织构对滑动电接触界面摩擦学行为的影响

目的利用表面织构减摩抗磨的优良特性,将其应用于电接触摩擦表面,探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响。方法利用激光系统制备2种织构,即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT),并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对比分析。利用ABAQUS模拟试验,分析界面接触应力、电压和位移的变化特性。结果随着试验的进行,GT表面的摩擦因数逐渐增大,并与光滑表面达到同一水平(0.7),SPT表面的摩擦因数在整个试验过程中始终较低(0.4)。光滑表面在电接触过程中发生了多频振动现象,2种织构表面的振动信号非常微弱,尤其是SPT表面,仅出现了100 Hz的振动频率。光滑表面和GT表面出现较严重的磨损现象,而SPT表面磨损轻微。有限元分析结果表明,表面织构的存在能够避免应力集中现象,GT表面的应力较大(90MPa),且始终分布在沟槽棱边。结论在电接触状态下,2种织构表面均能不同程度地降低界面的摩擦因数和摩擦力,其中SPT表面的减摩降磨效果最显著。GT表面沟槽棱边的损伤和磨屑堆积是导致其逐渐失去减摩效果的主要原因。模拟分析结果证实,SPT表面织构的存在能避免应力集中,有利于改善磨损和降低振动强度。虽然GT表面的最大应力分布也具有时变特征,但是其值较大,且分布在沟槽棱边,导致沟槽织构的减摩效果逐渐减弱。

矿井提升罐笼自发电装置的设计与仿真分析

矿井提升罐笼在煤矿的开采过程中工作环境复杂,在运行中需要对矿井提升系统进行监测、照明和内部监控。但罐笼直接供电的难度大,供电时间短,电池需要频繁的进行更换和检修。针对上述问题,进行了一种矿井提升罐笼自发电装置的研发,该装置能够将矿井提升机系统运行时产生的部分机械能转化为电能,对罐笼顶部的蓄电池充电。在满足罐笼内照明需求和保障罐笼运行时监控用电的要求下,确定方案的可行性并进行三维建模,其次采用ANSYS WORKBENCH对整体装置进行动力学分析及摩擦轮进行各阶模态分析,避免共振影响,然后对摩擦轮聚氨酯外圈进行磨损仿真以确保装置材料强度的可靠性。最后对实验样机进行测试,以此满足罐笼内用电需求,对于提升罐笼内部人员安全具有重要意义。

车用发动机润滑油减摩抗磨性能劣化试验

减摩抗磨性能是确定发动机润滑油换油周期的关键。本文在行车试验和发动机润滑油样品采集的基础上,采用试验方法开展发动机润滑油减摩抗磨性能变化规律和劣化机理的研究。首先,对所采集油样根据标准要求进行了换油指标测试,发现达到换油周期时,行车试验的发动机润滑油均未超过换油指标限值。然后,利用SRV微动摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机对油样的摩擦学性能进行了试验,结果表明发动机润滑油在推荐的服役寿命周期内,存在减摩、抗磨性能最佳的使用里程或时间,此时摩擦因数最小、磨损量最少。最后,使用扫描电子显微镜、EDAX能谱仪对磨痕表面进行表征,以及从发动机润滑油运动黏度变化的角度,分析车用发动机润滑油减摩抗磨性能劣化的内在机理,基础油分子热分解、剪切断裂和热聚合作用是发动机润滑油摩擦因数变化的关键,而抗磨性能变化主要原因是极压抗磨添加剂浓度和摩擦化学反应。该研究结论对于发动机润滑油开发和换油周期确定具有一定理论意义和工程应用价值。

带式输送机制动摩擦片的磨损研究

针对制动摩擦片的磨损性进行实验分析,制备两种金属基摩擦片试样,通过摩擦磨损试样表明,两种试样摩擦系数随着制动压力及制动速度的增加而逐渐增加,具有较高的稳定性,且试样2的摩擦系数要大于试样1;磨损率随着制动压力及制动速度的增加呈现一定的上升趋势,具有较强的不稳定性,试样1随着制动速度及制动压力的增加,其磨损率呈现较大的上升,而试样2的磨损率变化较小。

小半径曲线钢轨纵向条状剥离掉块原因分析及防治措施

针对一普速铁路半径600 m曲线上股钢轨剥离掉块现象,通过检测分析钢轨表面掉块形貌、不同位置廓形变化、磨耗量、硬度、裂纹扩展行为等,研究其病害原因,并提出防治措施。结果表明:U71MnH钢轨基体组织、硬度、脱碳层、非金属夹杂物等均符合标准要求;钢轨硬度从非工作边到轨距角方向显著增大,产生明显塑性变形层;在过大接触应力反复作用下,钢轨表面容易出现疲劳裂纹,裂纹扩展至一定程度后发生分叉和偏转,进而形成剥离掉块伤损,该缺陷主要出现在轨距角的鱼鳞纹和轨顶面的纵向裂纹交界处。建议对该路段钢轨进行打磨,以消除表面缺陷,改善轮轨匹配关系。由于轮轨接触时同时发生磨损与疲劳伤损,两者之间存在竞争关系,润滑虽然可以减少磨损,但可能加剧疲劳伤损,因此选择适当的润滑时机是十分重要的。

SMA-10钢渣沥青磨耗层路用性能试验研究

为满足道路建设需要,对钢渣在沥青磨耗层SMA-10中的应用进行了试验研究。对不同钢渣掺量下的SMA-10沥青混合料的配合比进行设计,并对其路用性能、抗滑性能和经济效益进行了分析。研究结果表明:随着钢渣掺量增加,沥青混合料各项路用性能有显著提升。在钢渣掺量为50%时获得最优异的路用性能,动稳定度和破坏弯拉应变比不掺加钢渣的玄武岩沥青混合料分别提高了40%和15.4%,水稳定性变化幅度不大,膨胀率随着钢渣掺量增加而变大但均符合规范要求,构造深度和摆值分别提高了7.0%和5.4%。使用50%钢渣替代玄武岩粗集料生产SMA-10沥青混合料可节省材料成本58元/t,具有一定的经济价值和环境效益。

活塞-缸套表面纹理摩擦磨损特性研究进展

减少摩擦损失是高性能发动机效率的一个重要方面。活塞作为发动机组成的一个重要部件,在机械损失上损耗了发动机产生的总能量的40%,近乎于占据了发动机摩擦损失能量的一半,因此在发动机活塞-缸套上制备表面织构以改善活塞摩擦副的摩擦学性能,保持发动机在实际运行中拥有良好的性能是现在发动机发展不可或缺的。表面纹理已广泛应用于改善滑动表面的摩擦性能,减少磨损、减低摩擦等是表面纹理化应用在减摩抗磨方面最直接的效果体现。主要围绕近些年发表关于表面织构几何参数对活塞-缸套的影响,从有限元模拟分析以及实验室试验研究等两个方面综述织构应用在活塞-缸套上的研究进展,再从织构形状、织构面密度、织构排列方式及其他参数方面等方面对活塞/缸套的摩擦磨损影响进行对比分析,以帮助后续研究者在该方向的研究提供参考。依据机械部件之间的磨损量以及摩擦因数体现出表面织构运用之后的摩擦学性能。最后对表面织构在活塞-缸套上的发展趋势进行展望。

高耐磨涂料的制备及性能研究

介绍了一种异氰酸酯固化羟基树脂为成膜物的高耐磨涂料的制备方法。对耐磨涂料主剂组分的四种主要原材料进行了正交试验设计,研究了其对涂层关键性能的影响,获得了最优配方。实验结果表明,当羟基丙烯酸树脂40%(质量分数表示)、羟基聚酯树脂6%、三氧化二铝耐磨填料11%和聚四氟乙烯蜡分散液10%时,涂层综合性能最好。耐磨性为1kg负荷、CS-10砂轮磨耗5000r后,质量损失为0.057g;抗刮划性为6kg负荷没有至漆膜底材的划破。

刮板输送机中部槽磨粒磨损试验装置研制与应用

刮板输送机井下工况环境恶劣,中部槽磨损实物试验开展困难。为了使学生更深层次认识中部槽磨损问题,设计并研制了一种用于教学实验的旋转往复式刮板输送机中部槽磨粒磨损试验装置。该试验装置由试验盘转动系统、往复运动系统、加载机构、电控系统等组成,能够实现旋转、往复两种运动形式,且可以通过模拟复杂工况下的两体、三体之间的相互摩擦,较为直观地表达物体之间的磨损状况。其操作过程简单易懂,适用范围广泛,可靠性高,能够激发学生的学习兴趣,也可应用于科研等领域。

电流负载对滑动电接触系统摩擦学行为的影响

目的探讨电流对滑动电接触摩擦学行为特性的影响,厘清电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系。方法采用黄铜材料为对摩副,在自行设计的摩擦滑动电接触试验机上进行球-面电接触摩擦学试验。分别输入0.2、1、2 A的直流负载,采集界面的摩擦因数、摩擦力、接触电压信号,并分别使用光学显微镜和扫描电镜等设备观察界面的摩擦磨损特性。利用ABAQUS中的热-电-力多场顺序耦合算法模拟试验过程,分析界面电压、温度和切应力的变化特性。结果当电流从0.2 A增至1 A时,界面的摩擦因数在稳定阶段均为0.5左右,同时摩擦力信号也未出现显著差异。当电流负载进一步增至2 A时,摩擦因数增至0.7,摩擦力也显著增大。当电流负载从0.2 A增至2 A时,接触电压从0.1 V增至0.75 V,接触电压的增大倍数与电流的增大倍数不同。磨损分析结果表明,当电流增至2 A时,界面磨损程度加剧,同时导致磨屑堆积,形成局部“摩擦凸台”,且“摩擦凸台”的数量显著增多,直接导致界面黏着区域增大。有限元分析结果表明,当电流增至2 A时,界面温度上升明显,热效应显著,因此剪切力明显增大。结论界面的接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻,在摩擦过程中它们随磨损程度发生变化,因此接触电压不随电流的增大而等比例增大。当电流增至一定程度时对界面的摩擦学行为具有负作用,这是由于电流负载的增加导致界面温升显著,摩擦切应力增大,黏着效应增强,从而加剧了界面的摩擦磨损程度。此研究结果为认识电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系提供了理论依据。

超高速激光熔覆Fe-Cr-B基耐磨涂层工艺优化及性能研究

使用超高速激光熔覆在45钢表面制备了Fe-Cr-B基耐磨涂层。采用正交实验研究了激光功率、扫描速度和送粉速度对单道熔覆层宽高比和裂纹的影响,并研究了搭接率对熔覆层表面质量的影响。结果表明,适宜的工艺参数为:激光功率2 300 W、扫描速度250 mm/s、送粉速度24 g/min、搭接率70%,此工艺参数下涂层硬度在754HV_(0.2)到831HV_(0.2)之间(是基体硬度的2.36~2.60倍),在相同条件下铁基涂层的体积磨损量仅为电镀硬铬镀层的3.64%。

髋关节假体体外磨损试验方法研究

目的 依据ISO 14242进行髋关节假体体外磨损试验,研究试验过程中髋关节假体在设备上的固定、定位及润滑剂的浓度测定、抑制润滑剂长菌的抑菌剂选择等难点问题。方法 利用AMTI髋关节磨损试验机,使用不同规格和材料的髋关节假体及不同的小牛血清抑菌剂,开展多组磨损试验。结果和结论 在髋臼杯固定方面,需要对其外表面进行光滑处理;在假体定位方面,设计一种能够满足ISO 14242规定的适用于AMTI髋关节磨损试验机的定位工装;在润滑剂浓度测定方面,推荐使用紫外吸收法或考马斯亮蓝法;在抑菌剂方面,ProClin 300可作为替代品,对假体进行磨损量的测试。创新之处体外磨损试验周期长,过程复杂,操作过程中难点多,对试验操作要求精准严格。然而,现有的研究大多集中在产品应用方面,没有针对测试操作方法的详细研究,该研究可以为髋关节假体体外磨损试验操作人员提供参考。

新型齿形链磨损伸长的试验研究

为研究新型齿形链初期磨损伸长的影响因素,通过收集实验室内试验100 h后的链条发现,导板内侧出现严重的撞击磨损,且在油池中发现由于撞击磨损所产生的磨粒。为进一步研究撞击磨粒对新型齿形链的磨损影响,试验过程中采用两种不同装配框架精度的齿形链条,还原链轮轮齿撞击低装配框架精度链条导板内侧并形成磨粒的实际工况,在特定试验条件下通过3轮100 h封闭力流磨损性能试验对比。在试验前后对链条称重,以验证试验后机油中固体成分为导板撞击磨粒。通过整链及各组件磨损状态关系来证明导板内侧撞击磨粒对于新型齿形链磨损伸长的影响。

高速铁路钢轨磨耗对动车组动力学性能的影响

基于长期跟踪测试结果,分析了高速铁路直线和曲线线路钢轨磨耗规律,并结合钢轨磨耗特征拟合出典型钢轨廓形,建立基于实测参数的动车组车辆系统动力学模型,仿真分析了钢轨磨耗对车辆运行稳定性和平稳性的影响。结果表明:高速铁路直线与大半径曲线线路磨耗速率基本相当,磨耗和磨耗范围均随通过总质量增加而增大;小半径曲线线路钢轨以上股侧面磨耗为主要特征,曲线半径越小则钢轨磨耗越严重,采用更高强度等级的钢轨可使磨耗速率降低70%左右,能够有效延长钢轨使用寿命;直线线路钢轨垂向磨耗对车辆运行稳定性和平稳性的影响总体上较小,各项车辆运行稳定性指标均远低于限值,等效锥度和横向平稳性随钢轨垂向磨耗增加而略有增大;曲线线路钢轨磨耗对车辆系统横向动力学性能影响明显,磨耗接近限值时构架横向加速度相对于无磨耗时增大80%以上。

多种材料的冲蚀与空蚀交互磨损试验装置的研制及应用

为研究流体机械过流部件磨蚀机理,研制了能够模拟流体机械实际工况条件下的转盘式磨损试验装置,该装置可以进行冲蚀或空蚀的单一磨损试验,也可进行冲蚀和空蚀的交互磨损试验。通过调整管路中水流的流量、压力和射流角度来控制试验工况。研究冲蚀角、试件材料、冲蚀速度、含沙量、沙粒粒径等参数对过流部件的磨蚀影响因素,分析试件表面磨痕的微观形貌,得到不同材料的过流部件磨蚀机理,并且试验结果有很好的重现性和可比性。

水工混凝土冲蚀磨损试验方法的研究

关于水工混凝土材料的抗冲蚀磨损问题，由于影响因子多、试验周期长、试验方法不统一等，致使其磨损机理和规律的研究还不够深入． 笔者对各种试验方法进行了分析比较和试验验证，结果表明，高速挟沙水射流喷射法，是一种较好的快速模拟冲蚀磨损的试验方法．

基于修正Archard理论的螺旋锥齿轮锻造模具寿命预测

基于修正的Archard理论,采用弹塑性有限元模型对螺旋锥齿轮热锻成形的模具磨损进行了模拟仿真,分别从齿模齿顶的过渡圆弧半径、模具热处理硬度、模具的预热温度以及锻造成形速度四个方面对模具易磨损位置的磨损量进行计算,采用正交试验优化设计方法分析各工艺因素对模具寿命的影响规律,确定最优的工艺参数进行锻造试验。试验结果表明,使用提出的预测模具寿命的方法估算的模具寿命与试验结论具有较好的一致性。

关节轴承磨损失效的研究现状及进展

从关节轴承磨损量的测量方法、试验研究以及关节轴承磨损寿命的计算模型三个方面,综述了国内外关节轴承磨损失效的研究现状及取得的成果。详细介绍了关节轴承磨损量的测量方法,以及摩擦副材料、工况、表面质量和制造工艺对关节轴承磨损失效的影响,总结了几种典型自润滑关节轴承磨损寿命计算模型,并探讨了关节轴承磨损失效存在的问题以及未来发展的趋势。