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    新聞資訊

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    做好耐久性實驗

      

    耐久性試驗(endurance test /durability test),也被稱為持久性試驗、疲勞試驗、

    壽命試驗(life test),是測定產品耐久性的試驗。

    目前,很多國產液壓元件與世界先進水平的主要差距在于可靠性。而液壓元件的可靠

    性,主要由以下兩個因素決定。

    1)制造質量的穩定性,或稱質量一致性。

    決定質量穩定性的第一要素,是從原料入庫直到產品包裝出廠,整個生產鏈上所有各

    個環節所有相關員工中水平最差、工作最馬虎的員工。認真的質量檢驗,可以一定程度地

    彌補這一缺陷,但任何事后的檢驗都不可能百分之百杜絕漏洞,想鉆空子蒙混過關總有機

    會成功。

    所以,質量穩定性只有靠所有相關員工全都自覺認真參加全面質量管理,長期堅持,

    才能不斷提高,是靠認真管理管出來的。一些國內液壓企業所炫耀的進口的高性能高精度

    機床,頂多只能為加工零件的幾何尺寸的穩定提供必要而非充分的保證而已。

    2)設計性能的優良性。

    優良的性能不僅包含了那些穩態、動態特性,也包含了必須通過長時間、高強度試驗

    確定的耐久性,F在,國內很多液壓元件是通過測繪仿造出來的,幾何尺寸與先進水平

    相似,因此,流量-壓差性能等這些一般穩態特性與先進水平差別還不大。差別大的是耐

    久性。

    盡管對材料的疲勞壽命已有很多研究和理論計算方法,但由于受到很多實際因素的影

    響,最終,液壓元件的耐久性還是要通過實際試驗來檢驗。通過耐久性試驗,可以了解已

    達到的水平,找出影響耐久性的原因,從而改進。因此,做好耐久性試驗是十分最重要的

    。

    花錢請別人代自己做耐久性試驗,就像花錢讓別人代自己去游山玩水一樣,是不明智

    的。因為做耐久性試驗非常有助于提高企業自己的研發能力。

    做耐久試驗,確實很花錢。但如果能做好這些準備工作:

    - 明確試驗目的,

    - 深入分析被試件和應用場合,

    - 周密規劃試驗,

    1 2

    - 制定詳細試驗計劃,

    然后,認真試驗,整理出完整的報告,就可以取得有比較廣泛參考價值的數據,從而

    舉一反三,事半功倍。

    準備得越充分,試驗成本就越低,試驗進展也越順利,收獲也越大。

    以下就這幾方面分別展開討論。

    1 試驗目的

    進行耐久性試驗有不同的目的,試驗方案也相應不同。

    1)達標

    達標性試驗是為了考核被試件在規定的工況下,規定的連續工作時間內,性能是否達

    到標準的要求。中國制定的機械行業標準對一些液壓元件的耐久性試驗做了推薦(見表 1)。

    1 關于耐久性試驗的推薦

    液壓元件 標準

    現行

    版本

    耐久性試驗

    液壓齒輪泵 JB/T 7041 2006 滿載 3000h 或超載 100h 或沖擊 40 萬次

    液壓葉片泵 JB/T 7039 2006

    連續滿載 3000h,或連續超載 600h 后沖擊 10

    萬次,或連續超載 360h 后沖擊 30 萬次

    液壓軸向柱塞泵 JB/T 7043 2006

    滿載 2400h;或滿載 1000h+超載 10h+沖擊 10

    萬次;或超載 25h+沖擊 10 萬次

    液壓馬達 JB/T 10829 2008 滿載 1000h,或超載 10h,或沖擊 10 萬次

    擺線液壓馬達 JB/T 10206 2010 超載 10h 后換向 5 萬次后滿載 1000h

    低速大轉矩馬達 JB/T 8728 2010 *滿載 1000h 后換向 5 萬次后超載 10h

    液壓缸 JB/T 10205 2010 行程>100km

    液壓溢流閥 JB/T 10374 2013 *25-80 萬次

    液壓卸荷溢流閥 JB/T 10371 2013 *45-65 萬次

    液壓減壓閥 JB/T 10367 2014 *20-70 萬次

    液壓順序閥 JB/T 10370 2013 *40-100 萬次

    液壓單向閥 JB/T 10364 2014 *15-25 萬次

    液壓電磁換向閥 JB/T 10365 2014 *500-1000 萬次

    液壓多路換向閥 JB/T 8729 2013 *25-50 萬次 注:帶*號數據非來自現行版本的最終稿,僅供參考

    重要的是,在做耐久試驗前,特別是做耐久試驗后,還應對被試件進行性能試驗,以

    檢查耐久性試驗對被試件性能的影響。

    這種試驗通常應由獨立于研發設計制造部門的質量檢驗部門組織實施,只要達到標準

    推薦的工況與時間、或循環次數就可以了。

    這種試驗只對批量產品進行抽試。所以,可以說是一項介于樣品試驗和出廠試驗之間

    的試驗,因為,一方面只對個別產品做,另一方面,被試件必須具有系列產品的特性,即

    用制作系列產品的材料、設備、工藝制造出來,能真正反映系列產品的特性。

    工作壽命取決于產品設計的幾何尺寸、材料、工藝、制造過程中的質量管理等條件,

    因此,在設計、工藝、材料、相應管理等有重大變更時都要再次進行產品的耐久性試驗。

    必須看到:

    1)關于液壓元件的試驗方法,尚有幾個國際標準,但關于液壓元件必須達到的性能指

    標,沒有一個國際標準。我國實施的這些試驗標準與方法,特別是性能指標,是根據我國

    自己的經驗擬訂的。

    2)世界性公司,基本是不會執行中國的試驗標準的。

    3)目前,中國市場上的高端產品大多來自世界性公司。

    4)所以,可以邏輯地推論:在中國市場上,很多高端產品基本不執行中國試驗標準!

    換句話說,不執行中國的試驗標準,也是可能成為中國市場上的高端產品的!

    例如,關于單向閥的行業標準 JB/T10364,2002 版只制定了耐久性試驗的試驗方法,

    并未給出具體指標,2010 年的工作組討論稿中推薦試驗次數為 15-25 萬次。而德國一個公

    2010 年推出的閥芯閥座為工程塑料的單向閥可達 2000 萬次。

    再如,關于溢流閥的行業標準 JB/T10374 2011 年征求意見稿推薦,耐久性試驗 25-80

    萬次,而有德國公司宣稱,他們的一般的是 1000 萬次,精制的可達 2000 萬次。

    再如,關于柱塞泵的行業標準 JB/T7043-2006 版中推薦的試驗時間為 2400 小時,而有

    德國公司對用于挖掘機的柱塞泵承諾使用 8000 小時。

    再如,對于電磁閥、流量閥、單向閥等,中國的行業標準推薦都是在額定壓力下進行

    的,而有外國公司則宣稱,對它的電磁閥、流量閥、單向閥等都進行 100 萬次 132%許用壓

    力的試驗,或 1000 萬次 115%許用壓力的試驗。

    5)行業標準中的性能指標往往是標準擬定者根據標準擬定時市場的一般需要與當時國

    內制造業可能達到的水平折衷確定的。標準從擬定經過層層審核到公布,前后花費兩三年

    3 是至少的。再修改,一般是五年或十年以后的事了。而期間會不斷出現新技術新材料新工

    藝,性能水平會提高。

    所以,決不能因為達標而固步自封。

    2)履行合同

    考核供給用戶的產品是否達到供需雙方約定的要求。

    應該看到,行業標準中對耐久性的要求是通用性的。而實際上,工作壽命是一個系統

    工程問題,與應用場合也有關,不同應用場合對耐久性的要求差別很大。例如,溢流閥,

    用作常開的恒壓閥和偶爾開一次的安全閥時,對耐久性的要求就很不同。再如,液壓泵用

    于沖擊較小的場合,例如起重機,與用于沖擊很大的場合,例如挖掘機,耐久性相差也很

    大。所以,根據顧客需要的應用工況,進行耐久性試驗,確定可以使用的壽命,是更科學

    合理的。

    主機廠為了保證大批量生產的主機的性能,即使液壓元件樣品的性能通過試驗都達到

    了要求,還要小批量試用,之后,才會大批量訂購,主要也就是擔心元件在實際使用工況

    下的耐久性問題。

    為此,液壓元件制造廠應該主動到主機廠去,調研應用場合,測試各種實際應用時的

    負載壓力,然后和主機廠商量擬定耐久性試驗的加載方案,使試驗工況盡可能符合主機廠

    實際需要。同時,試驗室對主機廠開放,主機廠可以隨時到試驗室來考查試驗狀況,從而

    獲得主機廠的信任,就能加快主機廠采用該元件的步伐。

    這種試驗通常由制造方質量檢驗部門與使用方的采購部門合作組織進行,只要達到合

    同約定的時間或循環數就可以了。

    簡單地直接把新試制的樣品交給主機廠放在主機上去試耐久性,有如下局限性:

    -在試驗臺上試,很容易做到每天 24 小時不停運轉,而在主機上試,就不那么容易;

    -在試驗臺上試,可以采用強化試驗,即把對元件壽命產生影響的主要條件集中實施,

    加載超過額定工況,高壓力高轉速高頻率等等,在較短的時間內得到結果。但裝在主機中,

    強化試驗就很難了。因為,這樣會使整個主機各部分都受到非正常負載,甚至引起安全事

    故;

    -由于在主機上試驗需要持續的時間可能要長達一兩年,因此,試驗的工況實際上不容

    易做到有代表性;

    -在主機上,萬一試得不好,壞了名聲,以后就很難恢復。

    3)比較

    4 5

    把多臺樣品,特別典型的是,一臺先進水平的,和一臺自己新研發的,放在同一環境

    下,同一試驗回路中,以相同的條件工況,進行試驗,尋找差距,從而提高自己產品的性

    能,爭取超過競爭者,爭奪市場。因為企業做產品,歸根結底,是要在市場上占一席之地。

    這種試驗通常不預定試驗時間,只要能夠得出有說服力的結論就可以了。

    4)研發與改進

    在產品研發與改進過程中,對樣品進行耐久性試驗,可以預測或驗證結構的薄弱環節

    和危險部位,以便改進設計或提高工藝水平。

    如果在試驗中同時測量主要摩擦副的磨損量變化,可為估算產品的使用壽命提供依據。

    這種試驗一般由研發部門自行組織進行,F在,也越來越多地與數字仿真、有限元分

    析等現代設計工具結合進行,以提高效率,縮短研發周期。

    德國很多企業奉行的宗旨是:不斷改進,做到力所能及的最好!例如,液壓管接頭進

    行耐鹽霧試驗,國產的一般能達到 48 小時,好的 96 小時。有德國公司在 2011 年研發出

    鋅鎳保護層,能耐 800 小時以上。但并不止步,2013 年宣稱已可達到 1000 小時以上!癕ade

    in Germany”的聲譽就是這樣煉成的。

    試驗目的應以試驗任務書、試驗合同、研發任務書等形式書面固定下來,作為進一步

    準備試驗的依據。

    2 分析被試件和應用場合

    在試驗目的明確后,應該根據已有的理論和經驗,對被試件、應用場合,影響被試件

    耐久性的因素進行盡可能深入的分析,這時不應把被試件當做黑盒子,因為,分析越深入,

    收獲越大。

    分析可以從以下一些方面進行。

    1)被試件的組成結構、材料、加工工藝。

    2)功能與工作方式。

    對被試件應該已經進行過一般穩態、動態試驗,對其性能已有比較充分地了解。

    3)應用場合與要求。

    應用場合不同,對性能的要求也不同。

    例如,鋼絲纏繞的圓柱形壓縮彈簧是液壓元件中最常見的部件。

    如果僅用于普通電磁閥的閥芯復位,則只要在閥芯移動,彈簧被壓縮后,能產生一定

    復位力即可,對其線性度與重復性要求不高。

    如果用在電比例節流閥中,把電比例線圈產生的電磁力轉化為閥芯的位移量,這時就希望重復性好,線性度也要高。

    而用于溢流閥時,通過調節螺釘壓縮彈簧,產生彈力,作用于閥芯,這時的性能要求

    則介于前兩者之間,希望重復性好,線性度不那么重要。

    4)影響耐久性的因素

    應該通過預先分析應用工況對可能出現的各種因素及其后果有所猜想。例如:

    -配合運動副磨損超過限值,

    -密封圈磨損失效,

    -彈簧疲勞折斷,

    -元件疲勞損壞,如液壓缸焊接處的開裂,

    -材料銹蝕老化等等。

    在試驗過程中喪失規定功能的事件,稱為故障,也稱失效。故障可分兩大類:

    一類是零部件損壞導致液壓元件不能正常工作的突發性型故障,可稱為硬故障。

    另一類是性能逐漸下降到最低限度以下的漸衰型故障,例如密封性能變差,泄漏逐漸

    增加,所控壓力、流量逐漸變化,可稱為軟故障。

    疲勞損壞,一般為硬故障。磨損引起的常常是軟故障。

    如果該產品已投放市場一段時間,也應調查實際使用情況與出現的故障。如果是新產

    品,則可調查市場上的類似產品。

    試驗前應該通過訪問制造部門,考察生產工藝,管理,了解該產品的質量穩定性,從

    而確定應該抽檢的數量與批次。

    實踐和理論總是有差距的,所以,試驗中還是可能出現猜想之外的狀況。所以,猜想

    不能取代試驗。而通過試驗,可以彌補經驗與理論的不足。

    3 規劃試驗方案

    在分析的基礎上應對整個試驗方案進行周密的規劃。規劃時應重點考慮以下一些方面。

    1)是否有特殊要求,如特殊的環境,如低溫,高溫,高濕度,或其它極限條件,現

    有試驗條件不足,還需要設計制造采購的,因為這牽涉到額外的時間和費用。

    2)擬采用的試驗方法

    企業領導都希望,新產品試制成功后能盡快投入市場,取得收益。但萬一其耐久性很

    差,在短時間內,特別是在保質期內,大量損壞,那對企業,無論是經濟上,還是名聲上,

    都將是一個災難。所以,為了盡快得到結果,耐久性試驗也可以考慮采取強化試驗條件:

    -高壓;

    6 -高壓力波動——壓力周期變化,近乎正弦波,或矩形波;

    -高頻率;

    -甚至有意添加污染顆粒。

    強化試驗需要的時間較常規試驗短,但試驗結果能否折算,怎么折算到常規工況下的

    耐久性是一個問題,通常只有通過大量對比試驗才能掌握。

    應按預定的循環數折算出試驗時間,估算出理想情況下需要的試驗周期。

    3)試驗系統

    試驗系統應盡可能簡單,放棄一切不必要的元件。因為整個系統中幾乎所有元件等于

    都在受耐久試驗。一場試驗下來,系統中很多元件可能都要報廢了。甚至可能出現,非被

    試件先于被試件損壞,影響了試驗的進展。所以,采用所謂通用試驗臺或綜合試驗臺來做

    耐久性試驗是極不劃算的。

    結構復雜、影響耐久性因素多的液壓元件應該考慮先分解開來試驗。例如,斜盤柱塞

    泵,有三個摩擦副:配油盤與缸體、活塞與缸體、滑履與斜盤。受力情況不同,相對速度

    不同,潤滑狀況也不同,因此,采用的材料不同,制造加工工藝也不同。在那些世界先進

    水平的公司里,并不一下子把整個泵做耐久試驗,一般是通過磨損試驗機尋找適配的材料,

    通過單柱塞試驗臺研究柱塞在不同條件下的耐久性,單獨把配油盤與模擬缸體加載,研究

    其耐久性。獲得大量經驗后才試驗整泵的耐久性。

    4)試驗回路

    試驗回路要著重考慮節能。因為試驗時間長,投入的能量最終幾乎都轉化為熱量,常

    常還要為散熱再耗費能量。

    例如,液壓缸的耐久性試驗,國標 GB/T 15622-20056.4)和行業標準 JB/T 10205-2010

    7.3.4)都推薦:“在額定壓力下,使被試缸以設計要求的最高速度連續運行”。

    如果根據國標推薦的試驗回路(圖 1),加載完全靠加載缸 11 兩側的溢流閥,能量不

    回收,則泵 2 需要的功率(額定壓力×最大流量)極大,為加載缸提供流量的泵需要的流

    量也很大。整個系統發熱極其嚴重。

    7 1 液壓缸型式試驗液壓系統原理圖(國標 GB/T15622-2005 4

    1—過濾器 2—液壓泵 3—溢流閥 4—單向閥 5—流量計 6—電磁換向閥 7—單向

    節流閥 8—壓力表 9—壓力表開關 10—被試缸 11——加載缸 12—截止閥 13—

    溫度計

    如果采納此推薦,但改變回路,回收能量,雖然試驗臺的運行費用降下來了,但回路

    更為復雜,建造費用增加了。

    如果要試驗的是如圖 2 所示的液壓缸,對影響其耐久性的因素可以分析如下。

    2 液壓缸原理圖

    1—缸筒 2—活塞桿 3—活塞 4—前端蓋 5—活塞桿密封 6—活塞密封 7—鎖緊螺

    8—進出油口 9—后耳環 10—前耳環

    1)該缸的活塞桿 2 與前耳環 10、缸筒 1 與后端蓋 9,是焊接起來的。引起缸筒、端蓋、

    活塞桿、耳環及焊接處疲勞損傷的是加載的交變作用力,與活塞移動速度無關。

    因此,可以把液壓缸的前后耳環固定住,使之無法運動;讓活塞腔與活塞桿腔充滿液

    壓油,采用一個二位四通電磁閥以較高的頻率輪流為兩腔反復加載(圖 3)。這樣,只要一

    個流量很小的高壓泵就可以了,耗能很少。

    8 3 液壓缸加載試驗原理圖

    2)活塞密封 6、活塞桿密封 5,由于長期往返運動發生磨損。其磨損程度主要取決于

    缸筒 1 內壁、活塞桿 2 表面的粗糙度與承載面積比、密封的耐磨性能和走過的行程,很多

    與兩側壓力無關。為了考察這些因素的影響,不需要加載,只要使用一個低壓大流量的泵,

    使活塞快速地全行程移動。這樣,耗能也很少。

    某些類型的密封,其磨損程度也與兩側壓力差有關。為此,可以咨詢密封圈制造廠,

    或單獨設計一個試驗臺,做對比性試驗,以獲取對照參考數據。

    采用這些途徑,就可以大大降低試驗臺的建造與運行費用了。

    5)試驗暫停判據

    應根據可能出現的故障確定試驗暫停(中止)判據及相應檢測方式:機械、液壓、電

    傳感器等等。

    有些故障,如磨損,在試驗過程中不能或很難檢測到,要通過拆檢過程才能發現。因

    此,要確定,是否進行部分或全部拆檢、拆檢項目、觀察部位及拆檢周期。拆檢周期可以

    一開始短些,以后逐漸延長。

    規劃的目的是為了制定試驗大綱,供相關方面審核。

    如果試驗確實比較簡單,條件也比較成熟,可以跳過試驗大綱,直接擬定試驗計劃。

    4 制定試驗計劃

    在試驗大綱審查通過后,再據此設計試驗臺,制定詳細的試驗計劃。要注意以下幾點。

    1)要附有被試件的完整的技術文件:名稱、代號、圖紙(裝配圖、零件圖)、材料、

    生產工藝(含熱處理過程)等。

    要求在試驗前,進行針對性的完整的狀態記錄:配合運動副、密封槽的實際加工尺寸、

    形位偏差、硬度、配合面的粗糙度,等等。因為有些看上去的小細節,也會影響耐久性。

    9 例如,圖 4 中所示的密封槽底,雖然加工尺寸在允差范圍內,但與外圓不同心,也會導致

    密封圈兩側壓縮量不同,在試驗中提前失效。

    4 密封槽底與外圓不同心

    2)測試設備中不僅要有計時計數儀表,還要有對試驗暫停判據進行監測的儀表,在

    檢測到軟故障引起的指標低于設定值時,或硬故障時立即停止試驗。

    3)要設置自動監測控制保護措施

    要考慮到,為了盡快得到結果,耐久性試驗往往是一天 24 小時不停,大多數時間無人

    看管的,期間,試驗回路中,其他所有元件也都可能出問題,各種故障都可能發生,如油

    液過熱、管道爆裂、電機燒毀,等等。所以,要設置相應的監測控制措施及設備安全、特

    別是人身安全的保護措施。如電機熱繼電器、油溫監視器、冷卻器、油箱油面監測器等,

    試驗臺下設置漏油儲存盤,。并設計相應的處理措施:如自動暫停試驗,同時發信報警。

    為避免特別是強化試驗中產生的大量磨損顆粒污染液壓油,要設置多個高容垢能力的

    過濾器。最好設置油液污染度在線檢測儀,因為異常污染常常是失效的前奏。

    4)要擬定試驗記錄表,至少應有以下幾項:日期、時間、檢測者、循環周期數、應

    觀察項目(觀察情況)。

    5)如有拆檢的話,要擬定拆檢記錄表,規定哪些部件哪些配合尺寸要進行感官評價

    或測量。

    5 試驗報告

    整理試驗報告應注意以下幾點。

    1)被試件的名稱與代號、供貨方、供貨日期,試驗結果分析與綜述,改進試驗的建

    議(選項)等內容應該安排在試驗報告的首頁,以便讓領導及不需要了解試驗詳情的人員

    可以迅速看到試驗結果。

    2)要有關于被試件的詳細資料:圖紙(裝配圖、零件圖,含實測尺寸)、材料、生

    產(熱處理)工藝等。

    3)試驗系統與回路中要標明測點位置與代號。最好附上試驗裝置的照片。

    4)保留原始的手寫的試驗記錄表與原始拆檢記錄表,可以增加試驗的可信性。

    10 5)試驗暫;蛑兄褂涗洃鎸嵲敱M:發生故障的時間、循環數、故障發生的現象、

    哪個零件出現什么故障、故障排除措施等。這些對改進被測件的設計是極有價值的。

    6)一般常要求試驗報告中應含對被試件的改進建議。其實,這點不應該由試驗人員

    來寫。因為進行試驗,就是當裁判,要求公正客觀。而提改進意見,是教練的事。既當裁

    判,又當教練,常?赡苡绊懝。

    試驗報告越完整,參考價值越大。因為材料相同,加工工藝相同,尺寸配合相似,受

    力相似,則耐久性應該也相似。即使是世界級大企業,也不可能對它的所有產品進行耐久

    性試驗,很多是通過類比確定的。

    做好耐久性試驗,提升國產液壓元件的檔次!


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