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关键词： 锂基润滑脂   添加剂   摩擦磨损   极压性能   润滑膜  

摘要： 在现代化的工业生产体系中,摩擦和磨损的问题越来越突出,减小摩擦磨损显得格外重要。润滑剂改善润滑脂的润滑性能,对节约能源和提高机器效率具有重要意义。润滑添加剂作为锂基润滑脂的一部分,对提高润滑脂的减摩抗磨性能具有重要意义。本文对不含添加剂、单一类型的抗磨添加剂ZDDP、PB和摩擦改进剂BTA、Mo DDP、复合类型的添加剂ZDDP+BTA、PB+BTA和ZDDP+Mo DDP、PB+Mo DDP共9种类型的锂基润滑脂进行了系统性的研究,考察了不同类型的添加剂对锂基润滑脂的减摩性能和抗磨性能的影响。研究了典型添加剂对锂基润滑脂的减摩抗磨机理。使用SRV微振动摩擦磨损试验机,研究上述9种锂基润滑脂的减摩性能。使用超景深光学显微镜和三维光学轮廓仪对摩擦表面形貌进行表征和分析,并比较不同润滑方式下的抗磨损性能。抗磨添加剂PB具有良好的抗磨性能,摩擦改进剂Mo DDP具有良好的减摩性能。两种添加剂经过复合后得到了复合添加剂PB+Mo DDP,在锂基润滑脂中具有良好的协同效应,能显著提高锂基润滑脂的减摩抗磨性能,有效消除瞬态启动时两摩擦表面之间出现的高摩擦现象,使锂基润滑脂具有优异的极压性能和较强的承受冲击载荷能力。通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析了典型的添加剂,抗磨添加剂PB、摩擦改进剂Mo DDP和复合添加剂PB+Mo DDP锂基润滑脂的减摩抗磨机理。PB在摩擦热的作用下,PB颗粒中的活性B原子渗入到摩擦表面,生成硼元素化合物的润滑膜。PB的粒径越小,越容易吸附在摩擦表面形成更加致密的润滑保护膜,提高锂基润滑脂的抗磨性能。Mo DDP在摩擦热的作用下,发生分解并与金属表面发生化学反应,生成由Mo S和磷酸盐组成的化学摩擦膜。磷酸盐膜减少金属间的直接接触,具有良好的抗磨性能。片层的二硫化钼容易引起两接触表面的滑动,具有较好的减摩性能。复合添加剂PB+Mo DDP结合了抗磨添加剂PB的抗磨性能和摩擦改进剂Mo DDP的减摩性能,具备优异的协同效应,综合的提高了锂基润滑脂复合体系下的减摩和抗磨性能。流变学是对软质材料的弹性和粘性行为的研究。表观粘度代表了内部流动阻力,用于描述锂基润滑脂流动时的内部摩擦。应变扫描包含了储能模量和损耗模量之间的变化关系。复合添加剂PB+Mo DDP具有最佳的流动性能。

关键词： 超分辨率   微细铣削   机器视觉   图像分割   刀具状态检测  

摘要： 刀具磨损状态检测是数控机床加工过程监控的重点。刀具磨损检测方法中的直接法因其直观准确的优点,成为加工过程监测方法研究领域的热点。目前直接法所使用的刀具图像多为无噪声高分辨率图像。但在实际加工过程中,拍摄到的刀具图像多为有噪声低分辨率图像。如果直接使用低分辨率图像对刀具磨损状态进行检测,会降低检测准确度。为了将低分辨率刀具图像重建为高分辨率图像,并对刀具磨损状态进行检测,根据刀具图像的特点,设计了一种超分辨率卷积神经网络,并提出了一种新的损失函数来指导网络的训练过程。提出一种刀具磨损检测方法,从经过超分辨率重建后的刀具图像中提取刀具的磨损值。主要研究内容和创新点如下:(1)选取了三种具有代表性的超分辨率卷积神经网络,分析了深度学习方法在刀具图像超分辨率重建问题上的表现。首先,使用不同图像类型的数据集对网络进行训练,分析刀具图像的特点是否对网络训练结果有影响。其次,针对刀具图像数据集较少的问题,分析预训练对网络重建结果的影响。最后,根据客观图像质量评价指标以及主观评价,对两组实验结果进行分析。(2)针对刀具图像的特殊性和现有超分辨率卷积神经网络的不足,构建了一种基于残差学习机制的刀具图像超分辨率卷积神经网络模型。该网络采用了局部残差学习和全局残差学习的结合方式。另外,针对目前常用损失函数会造成图像边缘信息丢失的缺陷,提出了一种包含刀具图像边缘损失信息的损失函数,用于所提出的网络的训练。通过实验结果证明,所提出的网络在两种客观评价指标和主观评价上明显优于其他网络。(3)提出了一种检测微细铣刀磨损的方法,其基于霍夫变换和阈值分割技术。该方法先对图像进行超分辨率重建,然后从刀具图像中分割出磨损区域,并计算刀具的后刀面磨损值和径向磨损值。通过实验可知,该方法可以处理任意位置与旋转角度的刀具图像,并且可以比较精确地提取刀具后刀面的磨损值。

关键词： 车轮多边形   轮轨材料匹配   热处理   激光淬火   滚动摩擦磨损  

摘要： 近年来车轮多边形磨损问题日益凸显,严重影响列车行驶的稳定性和安全性。车轮多边形为踏面的不均匀磨损,而轮轨硬度匹配是提高车轮的抗磨损性能的重要手段,因此开展轮轨硬度匹配对车轮多边形磨损与损伤行为影响研究,对减缓多边形磨损具有重要意义。 本论文从轮轨硬度匹配关系入手,在钢轨硬度不变的情况下,通过不同轮轨材料匹配和车轮热处理两个途径开展了不同轮轨硬度匹配下（其中材料匹配实现轮轨硬度比范围分别为0.649～0.853和0.976～1.263,车轮热处理实现轮轨硬度比范围为0.589～1.093）的滚动磨损试验,观察车轮多边形磨损形成与演变行为,探明轮轨硬度匹配对车轮多边形磨损形成与演变的影响规律;分析了不同轮轨硬度匹配下多边形车轮损伤行为,并由此提出了轮轨硬度匹配方案。同时,激光淬火技术可以更大幅度提高金属材料硬度,进而实现轮轨硬度匹配,因此本文通过激光技术对车轮表面进行不同淬火方式的强化处理,阐释了激光表面淬火对车轮多边形磨损的影响。 论文研究的主要结论如下: （1）车轮多边形磨损的产生与发展受轮轨硬度比影响显著,当钢轨硬度一定时,随着轮轨硬度比的增大,车轮越难产生多边形且多边形发展越慢。通过综合分析多边形磨损情况和车轮损伤行为,发现不同轮轨材料匹配试验中,轮轨硬度比HW/HR为1.263时,多边形磨损得到有效抑制;在热处理车轮滚动磨损试验中,轮轨硬度比HW/HR为1.093时,既能抑制车轮多边形的产生,又保持了较好的抗疲劳损伤性能。 （2）车轮未产生多边形时,在同一深度下硬度变化较为均匀;在产生多边形磨损后,车轮沿滚动方向硬度分布曲线与多边形廓形相反(即波谷处硬度最大,平均硬度为560±27 HV0.1,波峰处硬度最小,平均硬度为438±24 HV0.1)。疲劳损伤方面,以空冷车轮为例,波峰处疲劳裂纹平均长度为55.81μm,平均扩展角度为11.32°,波谷处疲劳裂纹平均长度为44.26μm,平均扩展角度为12.04°,可以发现同一多边形车轮上,波峰处裂纹普遍较长,裂纹扩展角度较小,更倾向于向表面扩展;波谷处裂纹长度更小而扩展角度相对更大一些,更易向材料内部扩展。 （3）在车轮表面进行全表面淬火处理时,车轮表面硬度提高至平均865 HV0.5且分布均匀,抑制了车轮多边形的产生。对已经形成多边形（6万转）的车轮试样波谷区进行淬火强化,多边形发展表现出先放缓后加快的现象,波谷转变为波峰,多边形波深先变小后变大,平均波深由6万转时的0.070 mm明显下降到9万转时的0.053 mm,之后波深又迅速增大,发展到15万转时的0.097 mm。

关键词： 主轴承   油膜压力   油膜厚度   磨损量   缩比试验  

摘要： 盾构机主驱动轴承作为盾构机三大核心部件之一,驱动着刀盘旋转,承受着巨大的轴向及径向载荷。目前,受国内设计制造技术水平的制约,主驱动轴承主要依赖于进口。为实现主驱动轴承国产化,保证其在复杂工况下的正常运行,对其承载能力、可靠性有了更加严苛的要求。摩擦发热会导致主轴承回转面胶合,降低主轴承传动效率,缩短使用寿命,对主轴承进行合理的润滑设计,可以有效降低摩擦、减少磨损,避免施工过程中主轴承早期磨损失效产生的经济损失。因此,对盾构机主驱动轴承摩擦磨损影响因素进行分析,可以为主驱动轴承的设计、制造及使用提供理论参考,助力盾构机主驱动轴承国产化研制。为此,本文进行了如下研究: (1)建立了盾构机主驱动轴承的静力学模型,通过分析某4.8 m级盾构机主驱动轴承滚子负载及运动参数,得到了主推滚子-滚道副的滚子负载分布规律,为主轴承润滑特性分析和磨损寿命计算提供了理论参考。 (2)基于多重网格(MG)法,结合主轴承静力学模型得到的运动参数及受力参数,建立了盾构机主轴承弹流润滑计算模型。分析可知,随着受力的增大及主推滚子长度、直径的减小,盾构机主驱动轴承主推滚子-滚道副间油膜压力增大,膜厚减小;随着转速的提高,油膜压力二次峰值变大,膜厚增大;使用高动力粘度的润滑介质,可以有效提高盾构机主驱动轴承油膜厚度;适当的增大接触表面粗糙度幅值和波长,选取合适的粗糙度纹理角可以有效提高盾构机主驱动轴承润滑性能。 (3)基于Archard磨损模型,结合主轴承弹流润滑模型得到的接触面油膜压力分布情况,建立了盾构机主轴承磨损寿命计算模型。分析可知,盾构机主驱动轴承主推滚子磨损量沿圆周分布规律与轴承受力、转速、润滑介质、结构尺寸及接触表面粗糙度波长、纹理角无关,但受滚子-滚道间接触表面粗糙度幅值的影响;随着主驱动轴承受力、转速、润滑油动力粘度及接触表面粗糙度波长的增大及主推滚子长度、直径及接触表面粗糙度幅值的减小,主推滚子磨损量增大,磨损寿命减小;主推滚子磨损量随接触表面粗糙度纹理角的增大而先减小后增大,磨损寿命受其影响较小。 (4)搭建了盾构机主驱动轴承摩擦磨损试验台,通过基于等应力原则设计制造的缩比轴承,进行了盾构机主驱动轴承缩比试验,分析了试验结果与理论计算结果,验证了盾构机主轴承磨损寿命计算模型的准确性。 本文研究结果可以为盾构机主驱动轴承设计、制造提供润滑参数选取,提高主驱动轴承的可靠性和使用寿命,为盾构机主驱动轴承运行状态监测提供理论参考,对盾构机主驱动轴承国产化研究具有重要意义。

关键词： 金刚石锯丝   机器视觉   目标检测   YOLOv5   DeepSORT  

摘要： 近年来,依靠脆硬材料的光伏、芯片等行业快速发展,使得脆硬材料切片加工的重要性愈发突出,而金刚石线锯切割技术是其中主要的切割方法,其切割工具为金刚石锯丝。锯丝的磨损主要表现为磨粒的脱落,直接影响工件的表面质量和加工效率。本文旨在通过机器视觉检测金刚石磨粒,以获得切割过程中磨粒数目变化的规律,从而判断锯丝磨损的情况,根据预测模型提供切割时间指导建议,具体工作内容如下:首先根据金刚石锯丝以及磨粒的特征,选择全局相机、远心镜头和点光源等硬件搭建检测平台,使其能够拍摄清晰的金刚石磨粒图像,并累计采集切割过程中2000张图像。将具有完整磨粒形貌或颜色为白色的磨粒归结为有效磨粒,磨粒磨平或脱落在锯丝上留下黑色的形貌归结为无效磨粒,制作金刚石磨粒数据集。其次分别基于传统视觉检测和基于深度学习检测的方法检测金刚石磨粒,进行对比分析。使用Haclon软件,选择合适的算子并调整参数,对图片进行图片增强、图像分割、形态学处理和特征提取等操作,实现指定图片的磨粒检测。由于金刚石磨粒形貌多变,使用传统视觉检测难以适应复杂多变的磨粒形貌,难以检测出所有图片中的磨粒,鲁棒性较低。然后使用多种深度学习检测模型对磨粒进行检测,发现YOLOv5模型相比于其他模型更具有优势,精确度达到79.8%,召回率81.1%,m AP综合指标84.8%,每张图片的推理速度仅为0.008s,检测效果和性能明显优于传统视觉检测。针对金刚石磨粒数据集,通过添加坐标注意力机制和更换瓶颈层模块,优化YOLOv5的网络模型,使得精确度提高1.7%,召回率提高3.7%,m AP提高3.2%,进一步提高对金刚石磨粒的检测效果。最后将改进后的YOLOv5模型连接DeepSORT多目标跟踪算法,统计每切割60分钟后锯丝采样部分内有效磨粒和无效磨粒的数量,有效磨粒数量切割60分钟的后减少幅度为30%至50%,切割两小时减少幅度为40%至70%,而无效磨粒数量随着切割时间增加先增后减,磨粒减少速率与线速度和进给速度有关。搭建多层感知机神经网络模型,根据线速度、进给速度和有效磨粒减少量,预测磨粒数量减少幅度至设定值的切割时间,为金刚石线锯加工时间提供指导建议。

关键词： 缸套   摩擦磨损   滑油稀释   加速退化试验   寿命预测  

摘要： 近年来,随着柴油机逐渐向高强化、高功率密度方向发展,作为柴油机关键零部件的活塞环-缸套工作环境愈加苛刻;与此同时,随着各种先进燃油喷射技术不断深化,以及喷射压力的提高、喷油正时提前、延后等燃油喷射策略的运用,滑油稀释现象逐渐引发关注。滑油稀释是指部分未参与燃烧的燃油及不完全燃烧产生的废气沿缸壁混入油底壳,从而导致润滑油被稀释的现象,这一现象会恶化缸套润滑环境,进而影响其摩擦学性能。因此,有必要对不同因素条件影响下的活塞环-气缸套摩擦学性能进行研究,并基于滑油稀释现象进行缸套可靠性分析及磨损寿命预测。本文采用磨损形式-条件一致模拟试验方法,以往复摩擦磨损试验机为平台,以柴油机活塞环-缸套截取件为样件,提取摩擦系数、磨损量、磨损表面形貌作为表征参数,探究不同转速和负载下,以及润滑油中混入不同比例的燃油对活塞环-缸套摩擦学性能的影响。试验结果表明:润滑油中混入少量燃油会降低滑油的减摩抗磨性能,且混入燃油越多,这种不利影响越显著,且缸套的摩擦系数与磨损量均随工作载荷的增大而增大,随转速的增大而减小。因此发动机在低载高速及低滑油稀释率的条件下,有利于降低活塞环-缸套间的摩擦磨损。为避免传统寿命试验耗时长、工作量大、成本高的问题,本文采用加速退化试验进行缸套可靠性评估及磨损寿命预测。加速退化试验的核心是建立合理准确的加速退化模型,本文基于缸套失效形式及磨损机理建立了基于Gamma随机过程和多项式加速方程的缸套加速退化模型,并结合磨损量退化数据和缸套失效阈值得到不同滑油稀释率下缸套磨损寿命特征量及可靠性指标。结果表明高稀释率水平下缸套发生失效的过程更迅速,磨损寿命越小,以6%滑油稀释率环境下工作的某型号中速机缸套为例,其平均寿命约为32700小时,90%可靠度寿命约为32400小时,75%可靠度寿命约为32600小时。针对该型号中速机,建议当缸套使用达到32600小时时,重点监测其工作状态,避免发生过度磨损,以确保发动机正常运转。最后,本文使用AD检验和t-test法进行参数正态分布的拟合优度检验和参数一致性检验,验证缸套加速退化模型的合理性;使用面积比法验证加速应力外推得到的寿命预测值与试验标准值的一致性,从而验证基于加速退化试验的缸套寿命预测结果的有效性。

关键词： DLC薄膜   磁控溅射   CoCrFeNi合金   摩擦学性能   预测模型  

摘要： 类金刚石(Dimond-like carbon,DLC)薄膜是一种性能优异的固体自润滑材料,已经得到了学者们的大量研究与广泛应用,但是该薄膜由于存在残余应力大、膜基结合力小等缺陷,通常需要引入掺杂组元来对薄膜进行性能调控,以满足其在苛刻工况中的应用。高熵合金(High-entropy alloys,HEAs)具有高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应及鸡尾酒效应,同时理化性能优异。将CoCrFeNi高熵合金作为掺杂组元改性DLC薄膜的研究还少有进行。因此本文制备了不同CoCrFeNi掺杂量的DLC薄膜,并对其力学性能和摩擦磨损规律进行分析。结果表明,随着掺杂组元含量的升高,薄膜的sp杂化碳原子数目不断升高。拉曼光谱中薄膜表面处I/I数值由1.27单调增至2.33;G峰位置由1540 cm单调上移至1558 cm。同时,薄膜的内应力由1.51 GPa单调下降至0.64 GPa,硬度、弹性模量等力学性能在CoCrFeNi靶电流在0.6 A之内时没有较大变化,但随着CoCrFeNi靶材电流超过0.6 A时,薄膜的各项力学性能因碳结构的破坏而下降。因此,适量的掺杂可以在保持DLC薄膜原有的机械性能的前提下降低薄膜内应力。对不同掺杂量的DLC薄膜进行摩擦试验,发现随着掺杂量的增加,薄膜的摩擦系数和磨损率呈现先下降后上升的趋势,其中CoCrFeNi靶电流为0.6 A的DLC薄膜表现出最好的摩擦学性能,这说明适量CoCrFeNi掺杂相的引入可以有效提升薄膜的减摩耐磨性能。在摩擦过程中,摩擦载荷的增加可以促进薄膜的石墨化现象,同时在摩擦界面处可以生成有利于摩擦的转移膜,转移膜的致密程度与DLC薄膜表面sp杂化键有序程度呈现正相关关系。选用摩擦性能最好的0.6 A掺杂靶电流的DLC薄膜进一步进行了大量摩擦试验,以函数拟合的方法成功建立起薄膜的磨痕深度、磨痕宽度、磨损量随磨损时间与磨擦载荷变化的预测模型,并验证了其准确性。

关键词： 自润滑材料   自润滑滑动轴承   磨损机理   有限元仿真   表面织构  

摘要： 作为一种重要的工程机械零件,滑动轴承在各种领域都得到了广泛应用,随着机械轻量化、小型化的趋势,具有更简单结构的自润滑滑动轴承也开始应用在各行各业。摩擦性能是自润滑轴承最为重要的性能,而在自润滑滑动轴承中自润滑层承担了其主要的摩擦以及润滑的功能,自润滑层的摩擦学性能也将直接决定自润滑滑动轴承的整体性能,因此对自润滑层的开发与研究对自润滑轴承的发展具有重要的意义。本文选用了环氧树脂（EP）高分子聚合物作为基体,通过水热合成法制备了含有均匀分散结合了二氧化钛（TiO）的还原氧化石墨烯（r-GO）气凝胶以作为增强相,制备出了r-GO/TiO/EP复合材料作为自润滑材料层,并通过力学与摩擦实验对自润滑层的力学和摩擦学性能进行研究,然后使用ABAQUS仿真软件对加入自润滑层后的滑动轴承进行仿真模拟。主要的研究内容及结果如下:1.通过对自润滑滑动轴承的使用工况进行分析,得出其对于自润滑层的性能要求,选择EP作为基体并制备出r-GO/TiO复合材料作为增强相加入其中,制备出r-GO/TiO/EP复合材料作为轴承自润滑层。再对r-GO/TiO/EP进行表征后发现,水热法使得TiO均匀分散并结合在r-GO气凝胶片层上,并不是简单混合。通过力学实验发现结合后的r-GO/TiO/EP相比纯EP弹性模量降低了23%,相比r-GO/EP降低13%;断裂韧性相比纯EP提高49%,相比r-GO/EP提升了19%,这些都为后续摩擦实验分析提供了依据。2.在不同载荷下对含有不同TiO含量的增强相所构成的EP复合材料进行摩擦试验,得到了相应的摩擦系数和磨损率。结果表明在加入了r-GO与r-GO/TiO两种增强相后,对材料摩擦学性能均有所改善,其中添加了r-GO/TiO后所形成的复合材料表现出的摩擦学性能更加优异,在同样的载荷下摩擦系数与磨损率均优于纯EP与r-GO/EP复合物,载荷较大时r-GO/TiO/EP所表现出的摩擦系数较大而磨损率与低载荷相近,最小摩擦系数与磨损率在100N的载荷下产生,分别为0.39与2.9×10mmNm,这表明了r-GO/TiO的在摩擦学性能的宏观改善作用。3.对磨损表面的形貌和对偶环表面所产生的转移膜进行了表征分析,从微观层面分析EP以及其复合物的摩擦学性能。通过观察磨损表面的显微镜图片,发现纯EP存在许多剥落,断裂等缺陷,而加入r-GO/TiO后磨损表面变得更加光滑,剥落现象和摩擦痕迹都大幅减少。在对不同材料在摩擦过程中对偶环表面形成的转移膜进行观察可以看出,纯EP所形成的转移膜致密程度要远低于r-GO/TiO/EP复合物所形成的转移膜,这是由于在基体中加入增强相后,转移膜中的成分也对应受到增强相的改变,从而提高了转移膜的质量。结合宏观摩擦磨损现象与微观现象下自润滑层所展现的摩擦学性能,可以看出r-GO与TiO在摩擦过程中存在协同效应。4.使用ABAQUS有限元仿真软件对添加自润滑层的滑动轴承进行摆动与连续转动的有限元仿真并对轴承表面进行织构优化,分析其结果发现,添加自润滑层使得轴承基体所受到的应力、接触应力和应变都有所改善,与未添加自润滑层的轴承内圈对比时发现,在摆动时,轴承内圈应力降低40%,接触应力降低50%;在连续转动时,轴承内圈应力降低29%,接触应力降低52%。这体现出自润滑层材料良好的摩擦学性能。进一步对轴承进行了表面织构化的性能仿真,结果发现轴承进行表面织构后轴承内圈应力最大降低23%;接触应力最大降低32%,这体现出轴承表面织构可以进一步提升轴承摩擦学性能,这也为轴承的实际应用提供了参考。

关键词： 公路养护   机械系统   模糊决策   效能分析  

摘要： 文章以国省道公路养护机械系统效能研究为基本背景，首先进行机械系统效能基本概念的介绍，提出相应模型，进而构建机械效能评价指标体系，探讨模糊决策分析法在机械系统效能评价中的应用策略，确定各项因素及其权重，并在此基础上结合实例展开分析，对所述的4台公路养护机械效能进行评价，由此加深对模糊决策分析法的认识，掌握此方法在公路养护机械系统效能研究中的应用策略，以供参考。