不同加載形式的四球機及四球試驗精度的對比分析
四球機怎么選？ 原創(chuàng)禁止轉載-同行自重
四球機作為潤滑剤承載能力的通用設備由美國材料試驗協(xié)會（ASTM）于1967年提出，同時提出了潤滑脂四球機試驗法ASTM D2266，后來于1982年公布了潤滑劑抗磨性能試驗法ASTM D4172。目前四球機所采用的標準試驗方法包括針對潤滑油的GB/T 3142、 GB/T 12583、 SH/T 0189、ASTM D4172、ASTM D2783和針對潤滑脂的SH/T 0202、SH/T 0204、ASTM D2596、ASTM D2266等常用參考標準,檢測項目包括PB（最大無卡咬負荷-油膜強度）、PD（燒結負荷-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。四球機試驗是一項較難掌握的試驗方法，以上標準中均沒有對四球載荷加載方式進行明確要求，各生產(chǎn)廠家、研發(fā)機構均圍繞標準要求參數(shù)對四球機進行生產(chǎn)研制，同時主要根據(jù)加載結構形式不同將四球機分為杠桿砝碼加載、伺服液壓加載、全自動加載。下面就這三種設備的研制使用背景及各自的試驗精度情況進行分析。
杠桿砝碼加載四球機是最早的四球機，從年代上分析當時自動控制技術沒有成熟，絕大部分當年代的產(chǎn)品都是經(jīng)典的機械設計智慧的結晶。杠桿砝碼加載從客觀上力值主要有砝碼施加，在杠桿比例、支點固定、導向分力、保持結構剛性等都恒定不變的情況下我們可以認為它是客觀的可信的，但是以上四個因素都是系統(tǒng)的隨機因素，實際誤差很大。除去以上因素，杠桿加載施力時，加在四個鋼球上的實際力值和壓痕深度也有很大關系，力值越大壓痕越深其誤差就越大，此時與標準要求的力值已經(jīng)事實上偏離。
杠桿加載四球機還有最討厭的就是搬換砝碼，這是一個力氣活，也是非常影響效率的工作。對于不同的載荷，都要對砝碼進行配置、搬換，針對大載荷提重加載確實很費人力，因此后來有了砝碼提升器，將砝碼配置完之后，利用提升器自動緩慢施加力值（有廠家稱為自動加載但這種自動加載和全自動加載大相徑庭），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)，前述結構性誤差依然存在。
四球標準引入國內(nèi)后，四球機設備也相繼引入，由原濟南試驗機廠（已倒閉變賣）仿制生產(chǎn)杠桿四球。由于砝碼加載存在費工費力問題，且當年試驗機廠液壓加載技術相對比較成熟，于是對四球機加載方式進行了改造，伺服液壓四球應運而生。但液壓技術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，同時液壓油的溫度變化對系統(tǒng)的適應性要求更高，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，但是效果并不理想，為此試驗機廠專門設計了靜壓油泵，靜壓油泵能提高小載荷下力值精度，也能提高設備穩(wěn)定性，但制造成本高，同時活塞系統(tǒng)誤差同樣是很難調(diào)整，現(xiàn)在幾乎所有市場常見液壓四球都為節(jié)省成本省掉了這個靜壓油泵而利用重壓時形成的低壓油膜，這樣就造成小載荷下沒有精度，重復性穩(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，加載是方便了，但精度并沒有提升，反有所下降，還有其它更多的不穩(wěn)定性，特別是00年代初試驗機廠倒閉重組后，濟南試驗機行業(yè)亂象重生，加劇了產(chǎn)品品質(zhì)的惡化。也正在此時一些企業(yè)開始大力宣傳專注杠桿四球，由于宣傳手段靈活，且原四球機生產(chǎn)廠，無意改革創(chuàng)新，積累了諸多弊病，行業(yè)惡性競爭，口碑下降，于是該型號產(chǎn)品逐漸在行業(yè)中推廣開，于是杠桿四球又成為市場看好產(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，大家又都忙著競爭，無心升級。
我們回過頭去看四球試驗標準，對不同人不同設備所做的試驗誤差保留很大，其中最關鍵原因就應該是四球機實際的載荷力值無法實時準確體現(xiàn)出來。經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，社會各個方面技術都在提升完善以前只有液壓能實現(xiàn)的大載荷加載，伺服電機也可以輕松實現(xiàn)并且成本已經(jīng)可以控制。這就是我們恒旭在10年代初帶來的第三種四球機-全自動四球摩擦試驗機。
這種四球機是基于伺服電機提供動力，經(jīng)減速、緩沖、導向、測量來給四球摩擦副施加載荷的。它所顯示出來的載荷更接近于標準的要求，由于試驗力穩(wěn)定，載荷不取決于間接轉換，其試驗結果更加精準，重復性更高。即便是和別人對比，由于我們設備能保持具有恒定、重復性、再現(xiàn)性的載荷，而對結果更加有信心。由于這種全自動四球機可信度高，維護方便，操作便捷，目前市場上已經(jīng)有一些廠商在跟進研制。
以上僅僅是從四球機的發(fā)展上來比對說明各種類型四球機的優(yōu)劣，當然以上所有的四球機都應該是建立在滿足基本結構要求上，即主軸精度、轉速等達到標準。
從控制上四球機主要控制參數(shù)為轉速、摩擦力、溫度、時間，這些顯而易見的參數(shù)每個廠家都很容易做到的，不同的是大家對該類產(chǎn)品更深層的認識、理解和思考，以及對每個細節(jié)的把控。
經(jīng)分析發(fā)展趨勢可知四球機優(yōu)選排序：伺服全自動四球>杠桿四球>液壓四球。
恒旭技術中心-原創(chuàng)，禁止轉載-同行自重
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