不同加載形式的四球機(jī)及四球試驗(yàn)精度的對(duì)比分析
四球機(jī)怎么選？ 原創(chuàng)禁止轉(zhuǎn)載-同行自重
四球機(jī)作為潤(rùn)滑剤承載能力的通用設(shè)備由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）于1967年提出，同時(shí)提出了潤(rùn)滑脂四球機(jī)試驗(yàn)法ASTM D2266，后來(lái)于1982年公布了潤(rùn)滑劑抗磨性能試驗(yàn)法ASTM D4172。目前四球機(jī)所采用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法包括針對(duì)潤(rùn)滑油的GB/T 3142、 GB/T 12583、 SH/T 0189、ASTM D4172、ASTM D2783和針對(duì)潤(rùn)滑脂的SH/T 0202、SH/T 0204、ASTM D2596、ASTM D2266等常用參考標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)項(xiàng)目包括PB（最大無(wú)卡咬負(fù)荷-油膜強(qiáng)度）、PD（燒結(jié)負(fù)荷-完全失效）、ZMZ（綜合磨損值）或LWI（載荷磨損系數(shù)）以及磨斑直徑D、摩擦系數(shù)μ等。四球機(jī)試驗(yàn)是一項(xiàng)較難掌握的試驗(yàn)方法，以上標(biāo)準(zhǔn)中均沒(méi)有對(duì)四球載荷加載方式進(jìn)行明確要求，各生產(chǎn)廠家、研發(fā)機(jī)構(gòu)均圍繞標(biāo)準(zhǔn)要求參數(shù)對(duì)四球機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)研制，同時(shí)主要根據(jù)加載結(jié)構(gòu)形式不同將四球機(jī)分為杠桿砝碼加載、伺服液壓加載、全自動(dòng)加載。下面就這三種設(shè)備的研制使用背景及各自的試驗(yàn)精度情況進(jìn)行分析。
杠桿砝碼加載四球機(jī)是最早的四球機(jī)，從年代上分析當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)沒(méi)有成熟，絕大部分當(dāng)年代的產(chǎn)品都是經(jīng)典的機(jī)械設(shè)計(jì)智慧的結(jié)晶。杠桿砝碼加載從客觀上力值主要有砝碼施加，在杠桿比例、支點(diǎn)固定、導(dǎo)向分力、保持結(jié)構(gòu)剛性等都恒定不變的情況下我們可以認(rèn)為它是客觀的可信的，但是以上四個(gè)因素都是系統(tǒng)的隨機(jī)因素，實(shí)際誤差很大。除去以上因素，杠桿加載施力時(shí)，加在四個(gè)鋼球上的實(shí)際力值和壓痕深度也有很大關(guān)系，力值越大壓痕越深其誤差就越大，此時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)要求的力值已經(jīng)事實(shí)上偏離。
杠桿加載四球機(jī)還有最討厭的就是搬換砝碼，這是一個(gè)力氣活，也是非常影響效率的工作。對(duì)于不同的載荷，都要對(duì)砝碼進(jìn)行配置、搬換，針對(duì)大載荷提重加載確實(shí)很費(fèi)人力，因此后來(lái)有了砝碼提升器，將砝碼配置完之后，利用提升器自動(dòng)緩慢施加力值（有廠家稱為自動(dòng)加載但這種自動(dòng)加載和全自動(dòng)加載大相徑庭），采用提升器也降低了人工提升重砝碼加載對(duì)鋼球的沖擊不確定性，但這種方式依然需要人工配置搬換砝碼環(huán)節(jié)，前述結(jié)構(gòu)性誤差依然存在。
四球標(biāo)準(zhǔn)引入國(guó)內(nèi)后，四球機(jī)設(shè)備也相繼引入，由原濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠（已倒閉變賣）仿制生產(chǎn)杠桿四球。由于砝碼加載存在費(fèi)工費(fèi)力問(wèn)題，且當(dāng)年試驗(yàn)機(jī)廠液壓加載技術(shù)相對(duì)比較成熟，于是對(duì)四球機(jī)加載方式進(jìn)行了改造，伺服液壓四球應(yīng)運(yùn)而生。但液壓技術(shù)比較適合大載荷加載，液壓伺服控制閥在小載荷下調(diào)整是有一定困難的，同時(shí)液壓油的溫度變化對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性要求更高，為減小系統(tǒng)誤差，液壓四球活塞采用的是間隙柱塞油缸，間隙充滿了液壓油形成滑膜軸承效應(yīng)，但是效果并不理想，為此試驗(yàn)機(jī)廠專門設(shè)計(jì)了靜壓油泵，靜壓油泵能提高小載荷下力值精度，也能提高設(shè)備穩(wěn)定性，但制造成本高，同時(shí)活塞系統(tǒng)誤差同樣是很難調(diào)整，現(xiàn)在幾乎所有市場(chǎng)常見(jiàn)液壓四球都為節(jié)省成本省掉了這個(gè)靜壓油泵而利用重壓時(shí)形成的低壓油膜，這樣就造成小載荷下沒(méi)有精度，重復(fù)性穩(wěn)定性更差。
到此，走了一圈之后大家發(fā)現(xiàn)使用液壓四球機(jī)，加載是方便了，但精度并沒(méi)有提升，反有所下降，還有其它更多的不穩(wěn)定性，特別是00年代初試驗(yàn)機(jī)廠倒閉重組后，濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)行業(yè)亂象重生，加劇了產(chǎn)品品質(zhì)的惡化。也正在此時(shí)一些企業(yè)開(kāi)始大力宣傳專注杠桿四球，由于宣傳手段靈活，且原四球機(jī)生產(chǎn)廠，無(wú)意改革創(chuàng)新，積累了諸多弊病，行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)，口碑下降，于是該型號(hào)產(chǎn)品逐漸在行業(yè)中推廣開(kāi)，于是杠桿四球又成為市場(chǎng)看好產(chǎn)品，但是如前所述的杠桿四球弊端及缺陷依然存在，只是行業(yè)小，專業(yè)人才少，大家又都忙著競(jìng)爭(zhēng)，無(wú)心升級(jí)。
我們回過(guò)頭去看四球試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同人不同設(shè)備所做的試驗(yàn)誤差保留很大，其中最關(guān)鍵原因就應(yīng)該是四球機(jī)實(shí)際的載荷力值無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確體現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)了這么多年的發(fā)展，社會(huì)各個(gè)方面技術(shù)都在提升完善以前只有液壓能實(shí)現(xiàn)的大載荷加載，伺服電機(jī)也可以輕松實(shí)現(xiàn)并且成本已經(jīng)可以控制。這就是我們恒旭在10年代初帶來(lái)的第三種四球機(jī)-全自動(dòng)四球摩擦試驗(yàn)機(jī)。
這種四球機(jī)是基于伺服電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)減速、緩沖、導(dǎo)向、測(cè)量來(lái)給四球摩擦副施加載荷的。它所顯示出來(lái)的載荷更接近于標(biāo)準(zhǔn)的要求，由于試驗(yàn)力穩(wěn)定，載荷不取決于間接轉(zhuǎn)換，其試驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)，重復(fù)性更高。即便是和別人對(duì)比，由于我們?cè)O(shè)備能保持具有恒定、重復(fù)性、再現(xiàn)性的載荷，而對(duì)結(jié)果更加有信心。由于這種全自動(dòng)四球機(jī)可信度高，維護(hù)方便，操作便捷，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有一些廠商在跟進(jìn)研制。
以上僅僅是從四球機(jī)的發(fā)展上來(lái)比對(duì)說(shuō)明各種類型四球機(jī)的優(yōu)劣，當(dāng)然以上所有的四球機(jī)都應(yīng)該是建立在滿足基本結(jié)構(gòu)要求上，即主軸精度、轉(zhuǎn)速等達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
從控制上四球機(jī)主要控制參數(shù)為轉(zhuǎn)速、摩擦力、溫度、時(shí)間，這些顯而易見(jiàn)的參數(shù)每個(gè)廠家都很容易做到的，不同的是大家對(duì)該類產(chǎn)品更深層的認(rèn)識(shí)、理解和思考，以及對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)的把控。
經(jīng)分析發(fā)展趨勢(shì)可知四球機(jī)優(yōu)選排序：伺服全自動(dòng)四球>杠桿四球>液壓四球。
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