金属抗磨修复剂在环锭细纱机上的初步应用探讨

磨擦磨损是自然界普遍存在的现象，也是机械材料失效的主要形式之一。减少或消除机械零部件的磨损的途径一般有三条，其一是通过减摩技术，减少或控制造成磨损的条件，例如利用各种功能的润滑材料；其二是通过抗磨技术，提高磨擦副的耐磨性能，例如表面合金化，渗硫、渗硼等；其三是通过磨损自修复技术，迫使材料具有自修复的能力或磨损过程中通过形成新的补尝层来弥补磨损。目前世界各国都在竞相寻找能够同时具有减摩、抗磨和修复功能于一体的磨损自修复材料和技术。目前由国内某公司发明的金属抗磨修复剂在这一领域已处于领先地位。 环锭细纱机是纺纱机械的重要装备之一，其特点是，传动距离长，高速零件多，工作环境差，不间断24小时运转，单位能耗高，设备的传动精度直接影响到成纱质量、生产效率和经济效益。因此，如何有效地解决零件的磨损，提高传动精度是各生产厂家在产品质量、生产效率和经济效益方面所面临的重要问题之一。 1 金属抗磨修复剂的技术特点 金属抗磨修复剂是我国科技人员自行开发研制出的专利技术。金属抗磨修复剂是采用微纳米材料，通过化学合成的方法制成的金属陶瓷类抗磨修复材料。其基本成分为硅酸镁Mg₆（Si₄O₁₀）（OH）₁₈以及硼B、稀土化合物部分金属及其氧化物。新型微纳米材料具有与体相材料炯然不同的特性，能够以不同于传统润滑油添加剂的作用方式起到减摩抗磨的作用，同时由于微纳米颗粒粒度小而更容易进入摩擦表面，能够对摩擦表面进行一定程度的填补和修复，起到自修复作用。经专顶摩擦学试验表明，金属抗磨修复剂具有如下 性能特点： 1.1 金属抗磨修复剂具有优良的抗磨性能 1.1.1 经磨损表面纳米硬度分析，加入金属抗磨修复剂后可以在金属磨损表面生成一层具有较高硬度的表面改性层，硬度值较基体的硬度值显著升高，提高了零部件的抗磨性能； 1.1.2 经端面摩擦磨损试验表明，在基础油中加入不同含量的金属抗磨修复剂后，磨擦系数均明显降低，当在每升基础油中加入2克金属抗磨修复剂时，磨擦系数可比基础油降低约61%； 1.1.3 经磨擦磨损表面元素分析，基础油润滑下的磨擦表面存在大量的深划痕，并有一定的粘着现象，磨擦严重。而金属抗磨修复剂润滑下的磨损表面相对平整，划痕较少、相对较浅，磨损很轻。同时，金属抗磨修复剂润滑下的磨损表面图谱分析表明，磨损表面除基体材料外，还含有大量的B、La元素及少量的Si、Mg等元素，且磨损表面元素分布较均匀。这表明金属抗磨修复剂可以在磨擦表面形成一定的表面保护膜，起到抗磨减磨的作用，具有良好的抗磨性能。 1.2 金属抗磨修复剂具有自修复功能 在金属磨擦过程中，金属抗磨修复剂的抗磨修复材料通过吸附、渗透，利用磨擦功能闪温产生无数个微烧结，在金属表面很快形成一层金属陶瓷改性层，磨损严重的部位，磨擦功能较强，微烧结的机率也增大，大量的金属陶瓷晶体构成了耐磨层，在表面磨损严重和孔洞较多的区域耐磨层较厚。由于磨损间隙得到补尝，且金属陶瓷层极硬极滑，最终实现对零件磨擦表面几何形状的修复、配合间隙的优化和耐磨性能的提高。 2 金属抗磨修复剂在环锭细纱机锭子润滑中的应用试验 常用的细纱锭子其锭胆有三种结构形式，其一是D12系列锭子，采用分离式弹性下支承形式，上支承为滚柱轴承，下支承为由中心套管、弹性圈、隔离圈、圈簧和锭底构成；其二是D32系列锭子，采用连接型弹性下支承形式，滚柱轴承上支承和下支承由铣有螺旋槽的钢质弹性连接为一体；其三为苏逊HP-S68系列锭子，采用分体式锭底，下支承由经向轴承和轴向轴承组成，径向圆柱形滑动轴承支承，可使锭子在回转时在经向轴承与锭腔内油压的作用下，始终保持在正确的位置，而不会偏离回转中心；轴向底部轴承为托杯，与锭杆底部圆弧形凸面配合可减少压强和磨损。锭杆底部前二种为圆锥形锭尖，后一种为大球面形。 细纱加捻是由锭子通过筒管带动钢丝圈高速回转实现的，钢丝圈回转一周给纱条加上一个捻回。因此，锭子运转的稳定性直接影响到成纱捻度的不匀率。锭子高速时的突出问题是振动，它和细纱捻不匀、生产效率(断头率)、锭子使用寿命、功率消耗以及噪音等密切相关。导致锭子回转不稳定的自身因素是，上轴承与锭杆配合部位磨损和下轴承的磨损，锭子上轴承为滚动配合，其活动间隙直接影响到锭子的振动；下轴承(锭底)与锭尖为滑动配合，形成既能保持轴心位置又能作横向游动的弹性支承。这两处的磨损均会导致锭子回转中振幅增大，锭底锭尖的磨损还会减弱油流阻力所形成的振动阻尼的功效，使锭子回转的稳定性下降，回转阻力增大，速度不匀率增大。 下列试验均在D3203系列锭子中进行。 2.1 捻不匀对比试验 2.1.1 品种：JC32^S；机型：F1520；机台：5号；选10只锭子，将原有锭子油倒出，加入按一定比例混合金属抗磨修复剂的润滑油。 采样：10只管纱，同锭试验．锭速：14000rpm捻不均小样数据如表1。不匀率改善30％左右。 表1 捻不匀小样试验数据 2.1.2品种：CVC16^S；机型：FA506；机台号：106号；全台用抽油机将原锭子油抽出，再加入按比例调配好的含有金属抗磨修复剂的润滑油。 采样：同一锭带，左右各5锭，同锭试验．锭速：13500rpm捻不均单机台试验数据如表2。 表2 捻不匀单机台试验数据 不匀率改善分别为-27.2%和-31.8%，且平均捻度值有所提高。 2.1.3品种：CVC20^S；机型：FA506；机台号：1～9号；逐锭注入金属抗磨修复剂。 采样：同一锭带左右各5锭，同锭试验．锭速：13500rpm捻不均多机台试验数据如表3。 多机台试验不匀率基本上均有改善。由于金属抗磨修复剂在基础油中充分溶解的问题尚未很好解决，因此在使用前需与基础油充分搅拌，使其与基础油充分混合，否则会影响金属抗磨修复剂的起效时间。因锭子抽加油机故障，这9台试验时采用的是逐锭直接在锭胆内注入修复剂的方式，因此，混合的均匀程度、各锭混合比例的差异均部分的影响到了试验结果。 在基础油(7号机械油)中，按每升锭子油加1.8g金属抗磨修复剂的比例加入金属抗磨修复剂后，基础油的运动粘度没有明显的改变，而润滑性能却有较大的提升，且自修复的功能可使锭子与上下轴承的配合间隙得到改善和优化，从而使锭子高速回转时的稳定性得以提高，使捻不匀得到改善。 表3 捻不匀多机台试验数据 2.2 电耗对比试验 本试验在空载或同一纺纱长度状态下进行电流测量。 2.2.1 品种：CVC20S；机型：FA506；锭速：13500rpm 将锭子、主轴、锭带盘、蜗轮蜗杆减速箱均加入金属抗磨修复剂后进行对比，为了减少锭子负荷不同对试验数据的影响，本试验基本上在同一纱长时进行测量。 在加入金属抗磨修复剂前，在原锭子油状态下测得的数据如表4。 由于锭子及主传动的润滑状态得到改善，测得的负载电流均有不同程度的降低，可降低7%左右。 2.2.2 品种：CVC16^S；机型：FA506；机台号：106号；锭速：13500rpm换油前后对比空载电流测得的数据如表5。 细纱锭子部位所产生的能耗在细纱机整体能耗中占有较大比重，锭子的受力特点决定了锭子配合部分磨损后，锭子回转的稳定性下降，回转阻力加大，这直接影响到能耗的增加。加入金属抗磨修复剂后，提高了润滑油的润滑性能，尤其是优化了配合间隙，可使单锭的能耗下降，经一定时间磨合后，配合间隙达到最佳，这时可达到较理想的能耗水平。 表4 多机台电耗跟踪试验数据 表5 空载电流对比试验数据 3 结束语 金属抗磨修复剂具有良好的抗磨性能，能起到抗磨减磨的作用。金属抗磨修复剂可利用磨擦功能闪温产生无数个微烧结，在金属表面很快形成一层金属陶瓷改性层，实现对零件磨擦表面几何形状的修复、配合间隙的优化和耐磨性能的提高。将其添加于普通锭子油中可明显改善捻不匀和降低电耗，捻不匀可降低20～30%左右，相同纺纱段的负载电流可降低6～10%左右。由于金属抗磨修复剂需利用磨擦功能闪温在金属表面形成金属陶瓷改性层，因此，其对磨擦表面的作用需经一定的时间才能达到最佳，这一时间的长短因锭速、磨擦表面的磨损程度和磨擦特性等而定，上述试验表明就锭子这一滚动磨擦而言，当金属抗磨修复剂与基础油混合均匀后加入，大约在15～20天左右可产生较明显的效果，但何时能达到最佳还需进一步试验。另外，平面磨擦和滚动磨擦由于其磨擦特性不同，金属抗磨修复剂的作用效果和金属陶瓷改性层形成的时间均有差异，平面磨擦的收效时间要远远短于滚动磨擦，而纺机轴承传动为主，因此，试验时间要长些才能对金属抗磨修复剂的效果大小给出准确的评价。