磨损疲劳的典型案例

磨损疲劳的典型案例（共8篇）

篇1：磨损疲劳的典型案例

莱歇立磨磨辊肩轴轴承座磨损在线修复步骤及案例

关键词：莱歇立磨，磨辊肩轴，轴承座磨损，在线修复，碳纳米聚合物材料，索雷工业

企业莱歇立磨自2008年投入运行以来磨辊肩轴轴承座连续出现磨损问题，由于轴承座与磨机是一体结构导致部件难以更换，同时企业采用补焊后现场镗孔也没有达到预期目的，轴承与轴承座仍然存在配合间隙，致使磨损问题难以解决。

索雷工业在线修复莱歇立磨磨辊肩轴轴承座磨损的技术

修复工艺简单：对于立磨磨辊肩轴轴承座磨损，两端和中间都有未磨损的基准面。基准尺寸完好，索雷工业碳纳米聚合物材料可以直接涂抹于配合部位，利用基准面做两次修复，可达到100%的配合面，满足设备的运行需求。

其优点是粘结力好，良好的抗压性能、抗磨损性能及具备金属所具有的弹性变形等综合力学性能实现在线修复，修复效率高，不需要对设备大量拆卸，一般情况下8小时内完成修复。索雷工业碳纳米聚合物材料类似一种冷焊技术，在线修复过程中不会产生高温，很好的保护设备本体不受损伤，且修复过程中不受轴承室单边磨损量的限制。碳纳米聚合物材料使用过程中不会产生金属疲劳磨损，在设备正常维护保养的前提下，其修复后使用寿命甚至高于新部件的使用寿命。

综上所述，索雷工业碳纳米聚合物材料修复立磨磨辊肩轴轴承座磨损方面具有修复效率高，可实现在线修复，综合修复成本低，给企业设备维修维护方面提供有力的解决方案，大大降低企业的生产成本。索雷工业在线修复莱歇立磨磨辊肩轴轴承座磨损的技术

1、拆卸轴承及轴承座，清理表面油污；

2、用气焊枪进行表面除油；

3、磨光机打磨出金属原色，无水乙醇清洗干净，处理后的表面要求干净、干燥、坚实、粗糙；

4、调和索雷SD7101H材料，至均匀无色差；

5、涂抹SD7101H材料，沿基准面用直尺刮平；

6、材料固化后打磨，磨损较深的部位建议再次涂抹材料进行刮平以保证良好的配合面；

7、安装轴承，轴承外圈刷涂SD7000脱模剂，晾干；

8、调和SD7101H材料，涂于轴承表面和上盖内圈表面，安装轴承座，紧固，材料固化，修复完毕。索雷工业在线修复莱歇立磨磨辊肩轴轴承座磨损的案例

自企业了解到索雷工业在线修复技术后第一时间与我司取得联系，并且索雷工业结合企业检修阶段第一时间进入现场就此类问题进行了解决方案的制定，并给予了相关设备的现场技术指导，具体如下：

莱歇立磨磨辊肩轴轴承座磨损，轴承型号24168-B-C3，轴承座内径580mm，轴承位宽243，两个轴承座，磨损约1-2mm不等。根据设备磨损情况，以未磨损为基准，采用《索雷基准刮研法》两遍修复。

篇2：磨损疲劳的典型案例

1 声发射技术

1.1 声发射技术原理及应用

声发射技术是一种重要的无损监测技术[6,7],检测能量来源于构件本身,其原理如 图1所示。通过声发 射检测技 术,可以知道材料或部件何时出现损伤,并判断出损伤的部位,从而确定构件损伤的严重程度以及危害性,最终实现对构件服役寿命的准确预测[8]。与其他的无损检测如超声波、 振动、磁记忆方法相比(如表1所示),声发射最突出的特点是具有很高的灵敏度,能够连续进行在线无损监测,与振动分析法相比,声发射技术更能准确地探测到零件早期的微小缺陷。

自1950年德国的Kaiser在变形过程中发现了声发射现象,并提出了著名的不可逆效应(也可称Kaiser效应[9])以来,人们已将声发射技术广泛应用于诸多领域,主要涵盖以下方面:民用工程中对桥梁、隧道、大坝的检测;石油化工行业中对各类容器、管线的安全性评价;材料试验时,对材料疲劳磨损失效的测试;航天航空工业中对航空器的时效、发动机叶片的检测;金属加工中对刀具磨损和断裂的探测。除了上述应用外,声发射技术在预测钢丝绳寿命,评价复合材料、 粘接结构的粘接质量,监控冲制的子弹头质量和冲模破损以及在真空和流体输送系统中,检测漏液、沸腾和空化等方面也取得了良好的效果[5,8,9,10,11]。可见声发射技术在疲劳磨损失效检测和寿命预测中具有广阔的应用前景[12]。

1.2 声发射特征参量

声发射特征参量主要包括能量、计数、幅度、有效值电压RMS、平均频率、持续时间等。图2为各个参数的定义[13]。

能量是指在一次撞击中声发射幅值对持续时间的积分值,它反映事件的相对能量或强度,常用于波源类型的鉴别。 事件计数是指产生声发射的一次材料局部变化,它反映声发射事件的总量和频度,用于源的活动性和定位集中度评价。 振铃计数是计振铃脉冲越过门槛的次数,这种计数方式也可以计单位时间内的振铃数,称为振铃计数率。计到某一特定时间的总振铃数,称为振铃总计数,也能以事件为单位进行振铃计数,称为振铃事件。幅度与事件大小有直接关系,不受门槛的影响,常用于鉴定波源的类型和测量强度,它对涂层的微变化非常敏感。幅值可以准确地反映出裂纹萌生与扩展的过程。有效值电压RMS与声发射的大小有关,主要用于连续型声发射活动性评价。计数与能量具有相近的变化特征,对材料的变形与断裂较为敏感[14],将涂层的破坏现象放大化,更能有效地表征涂层断裂的临界点,可以作为涂层开裂的临界判据。但计数受到传感器的门槛电压、放大器的放大级数等工作状况因素的影响,因此无法与裂纹大小建立直接的关联。能量值的变化能够最为贴切地反应涂层的损伤程度[15]。

2 声发射特征参数监测疲劳磨损失效

对于轴类零件而言,其主要失效形式是磨损和疲劳断裂[16]。因此采用先进的表面工程技术对易发生表面损伤的部件进行强化和修复是很有必要的[17]。Holmberg等[18,19,20]分别对涂层在高转速、高载荷和纯滑动条件下的摩擦磨损特性进行了分析,结果显示表面喷涂层的制备均可以有效对抗磨损、延长寿命。但涂层在长期的交变载荷作用下也会发生失效[21]。一般来说,涂层的接触疲劳损伤失效过程包括弹塑性变形阶段、裂纹的萌生阶段、裂纹的稳定存在阶段、裂纹的稳定扩展阶段以及裂纹的失稳扩展5个阶段,其中的弹塑性变形和裂纹的萌生阶段占涂层全部寿命的80%以上,它们是决定疲劳寿命长短的关键[22]。相比于其他监测手段,声发射技术能更好地监测到裂纹的萌生和扩展过程。充分利用声发射技术在零件和涂层方面的监测优势,能有效地避免不必要的财产损失,降低事故发生率。实验过程中,根据声发射特征参数的变化来研究裂纹存在的状态,预测机械零件、工程构件以及涂层的剩余寿命已成为国内外大多数学者的主要研究内容。

2.1 声发射能量参数监测零件及涂层失效

能量指数能较好地去除噪声干扰,可以提取出掩埋在信噪比高于0.25随机背景噪声中的有用疲劳特征值[23],也可评价复杂的声发射信号活动[24]。最初,Wasantha等[25]利用声发射系统监测声波能量的释放特征来表征砂岩岩层不同角度的变形情况。Vidya Sagar等[26]用声发射能量定量测量混凝土梁特定的断裂能。王朝晖等[27]借助声发射能量的变化范围对管道泄漏进行监测。张来斌等[28]对发动机活塞与缸套间磨损故障进行诊断时,得出声发射能量可以作为发动机活塞与缸套之间的磨损故障的检验指标,而且不同的磨损状态与其产生的声发射能量参数有很好的对应关系。声发射能量特征参数在这几方面的成功应用,表明了能量参数的可行性以及准确性。Al-Balushi K R等[29]是最先提出利用能量指数作为研究轴承接触疲劳的指标参数的,研究表明, 能量指数可以用来诊断点蚀、剥落等失效模式。

正常情况下,滑动接触下的轴承其声发射信号能量主要来源于润滑油液与轴瓦的剪切力引起的摩擦功率损失;在异常情况下,它的声发射信号的能量还来源于轴颈与轴瓦之间的直接摩擦的剪切力[30]。为了更好地监测滑动轴承的状态, 李录平等[31]用大量实验得出滑动轴承运转过程中声发射能量特征参量随转速的增加而增加,随转速的降低而降低。陆利威等[32]对滑动轴承有无故障进行了检验,得出轴承正常工况下声发射能量主要分布在160~180kHz,出现故障时,声发射能量主要分布在50~100kHz,通过小波包分解构造的能量特征参数很好地反映了滑动轴承的工作状态。滚动轴承是旋转机械中最易损坏的机械零件之一,对其做好监测工作至关重要。赵一帆等[33]利用能量分析法对滚动轴承进行故障诊断,得出结论:释放的能量信号越大表明损伤程度越严重。Spaltmann等[34]的研究表明在滚动/滑动运动状态下声发射能量特 征参数适 合表征DLC膜的疲劳 磨损失效。 Maillet等[35]提出用声发射能量衰减的实时监测方法来监测陶瓷基复合材料的损伤过程。Piao等[36]用声发射能量信号监测铁基涂层滚动接触疲劳失效时得出声发射能量信号包括3个阶段:跑合阶段(数字1),稳定阶段(数字2),突变阶段 (数字3)。对涂层刚施加力时,涂层会产生塑性变形,再加上涂层内部出现微观断裂,能量信号表现为1阶段所示。随着摩擦实验的进行,涂层表面粗糙程度减少,塑性变形消失,能量信号状态如2阶段所示。3阶段的出现是由于裂纹扩展, 此时涂层表面疲劳失效,如图3所示。

2.2 声发射计数参数监测零件及涂层失效

计数法是一种常用的处理声发射脉冲信号的方法。目前声发射事件计数率、振铃计数率及 它们的总 计数应用 最多[37]。Harris等[38,39,40]通过研究证实了声发射振铃计数与裂纹应变能释放率之间存在映射关系。Fang等[41,42]得出了声发射累积计数与裂纹微观方面存在对应关系。Roberts等[43]在拉压应力疲劳试验中,总结出当应用载荷接近于峰值载荷小比例范围内时,声发射计数率与裂纹扩展之间存在合理的相关性。

对于滑动接触来说,振铃计数率可以反映出摩擦能量的大小。事件计数率能够反映出接触摩擦脉冲的频度。文献 [28]得出用声发射监测滑动轴承时,声发射的振铃计数和事件计数随转速的增加而较少。秦萍等[44]在滑动轴承接触磨擦故障诊断中证实了声发射信号的事件计数率或振铃计数率具有较好的故障反映能力,可较好地对滑动轴承进行状态监测和故障诊断。对于滚动轴承而言,其声发射信号主要是以瑞利波的形式传播[12]。目前,很多研究者用声发射计数参量对滚动轴承进行状态和失效监测,都取得了不错的进展。 Tandon[45]和Choudhury[46]对已有故障的滚动轴承进行诊断和分析时,采用声发射振铃计数和峰值2个特征参量,结果表明振铃计数和峰值能诊断和预测出轴承故障的发展趋势。 张颖等[47]对声发射累计撞击数与计算的理论撞击数进行对比,提出非接触式声发射也可以用于滚动轴承的故障测试和诊断,并得出用 此方法可 以区分不 同的故障 类型的结 论。 Rahman Z[48]在滚动接触疲劳实验中得出了声发射计数与接触疲劳损伤程度的对应关系,如图4所示。声发射计数的增加,表征了滚动接触表面破坏越来越严重,剥落坑也越来越大,直至完全失效。在利用声发射计数监测涂层的失效问题上,Hase等[49]发现声发射计数率与涂层表面损伤和磨损机制相关。Li等[50]得出了声发射计数特征参量对铁基合金涂层的接触疲劳损伤非常敏感,二者之间存在对应关系:当涂层表面裂纹扩展时,声发射计数会猛增。

2.3 声发射其他参数监测零件及涂层失效

除去用声发射的能量和计数两个特征参数来监测零件及涂层的损伤外,许多学者还利用了声发射的幅值、峰值因子等特征参数来表征损伤问题。耿荣生等[51]推导出了声发射信号的幅度分别与板的厚度和频率的3/2次方呈反比,这个结论的提出对研究复合材料分层、脱粘等损伤具有指导性的意义。研究表明[52]声发射信号的幅值随着转速的升高而增大,根据这一特点以及实验数据分析得出:声发射幅值信号能够诊断出可倾瓦轴承的瓦块与轴的碰摩。廖传军[53]选取了峰值因子作为声发射振动分析特征参数对滚动轴承进行故障诊断,结果表明,当轴承出 现损伤时,峰值因子 会增大;损伤位置不同,峰值因子值的层次结构会十分显著,从而可判断出损伤的位置。这也为滚动轴承的状态监测,故障诊断提供了一种很好的方法。张辉[54]在自主研制的热循环试验机中引进声发射技术,对涂层的高温性能进行了研究和试验,对裂纹进行实时、动态监测,通过大量数据分析,证明声发射的频率、振幅等特征参数与涂层失效存在着必然联系, 并且声发射这些信号能够反映热障涂层的裂纹动态演化过程。Zhang[13]对等离子喷涂Fe基合金的涂层进行接触疲劳试验时,发现涂层的失效模式会影响声发射信号的幅值,当涂层发生点蚀失效时,值为78~83dB,当涂层发生剥落或分层失效时幅值为87~93dB。Teerawat Laonapakul[55]在研究等离子喷涂羟基磷灰石涂层时得出积累的声发射峰值振幅曲线显示裂纹的3个阶段。第一阶段,声发射积累峰值振幅迅速增加,涂层表现出的是裂纹成核与传播。第二阶段, 随着AE峰值振幅 逐渐增加,裂纹在基 体上扩展。第三阶段,裂纹扩展不稳定导致最终的断裂。从而可知声发射的峰值振幅可以用来估计裂纹从涂层扩 展到基体 的过渡阶 段。 宋亚南[15]以陶瓷Al2O3作为实验对象,结果表明,声发射幅度的时间分布能更好地体现出Al2O3陶瓷涂层在压入过程中的裂纹萌生至涂层断裂的扩展过程,如图5所示。

3 结语

运用声发射特征参数监测零件及涂层的疲劳磨损失效的方法是可行的,监测结果也是较为准确的,但仍有一些问题亟待解决,现存的问题及可能的解决思路为:

(1)单一的应用声发射计数特征参量监测零件、涂层失效的方法虽然可行,但也存在一定的问题。这种方法易受到传感器的特性及连接方式、样品的几何形状、放大器和滤波器的工作状况、门槛电压等因素的影响。若和能量信号共同监测会有效地解决这一问题,所以选择合适的信号处理方法显得至关重要。另外,统一各种参数条件的设置标准对研究疲劳磨损失效问题有很大的帮助。

(2)国内的声发射技术对机械零件及工程构件的故障检测虽取得一定的进步,但还处于初级阶段。主要的原因有两方面:1实验室进行磨损接触疲劳实验时,只能简单地模拟某些因素对零件、涂层的影响,而且影响规律不甚明了,数值关系建立不甚精确。2零件、涂层的失效形式多种多样,失效机理错综复杂,寻找声发射特征参数与零件、涂层之间的映射关系仍面临很大的难题。进行大量接触状态的模拟实验,控制单一影响参数,建立丰富的数据库和现场检测经验是解决此问题的关键。

篇3：材料磨损的预防措施

关键词：材料；磨损；预防

作为科技支柱之一的材料技术的发展直接关系到国家经济、科技的发展水平,材料失效问题普遍存在于各类材料中,它直接影响着产品的质量,关系到企业的信誉和生存。材料失效分析的建立是发达国家工业革命的一个重要起点,材料的失效分析和预测预防工作在经济发展中占有十分重要的地位,对于材料失效问题的判断和解决能力,代表了一个国家的科学技术发展水平和管理水平。磨损、腐蚀和断裂是材料失效的三种主要形式,其中由摩擦所导致的磨损失效是包括航空材料在内的机电材料失效的主要原因,约有70%~80%的设备损坏是由于各种形式的磨损而引起的。磨损失效不仅造成大量的材料和部件浪费,而且可能直接导致灾难性后果,如机毁人亡等。文章主要讲解材料磨损失效。

一、我国材料磨损失效的研究以及进展

（一）耐磨材料的生产品种日趋完善和标准化

生产工艺不断改进目前,高锰钢,低合金钢,抗磨白口铸铁,高、中、低铬合金铸铁,贝氏体、马氏体球铁等耐磨材料都得到了成功的应用。特别是国内研制成功了一些符合国情的耐磨材料及产品。其中,用量较大的磨球等产品已相应制定了建材、冶金、电力部门的专业标准以及国家标准。

（二）研究耐磨材料的规模和数量大大增加

据初步统计,我国研究磨损和耐磨材料的机构和生产企业已有好几百家,耐磨易损件的总产量每年可达几百万吨。其中,有的生产企业年产量已超过四万多吨,产值在2亿元以上。所以,耐磨材料行业已在工业中占有相当的比重。

（三）耐磨材料新技术、新工艺和新产品正在不断开发和应用

近年来,已从国外引进和自制了几条生产线并采用了一些先进的设备,一些传统工艺正在逐步被更换和改变。例如,宁国耐磨材料总厂从日本新东公司引进的VRH法铸钢生产线;马鞍山东友集团与东洋铁球公司合资引进的金属模磨球生产线。这种金属模磨球生产线也已在我国自行研制成功并在江西东乡铜矿得到成功应用。这使耐磨产品的生产效率大大提高,质量更加稳定并为我国的耐磨材料产品走向国外市场打下了基础。

二、磨损失效的模式

（一）磨粒磨损失效

它是指由外界硬颗粒或偶件表面的硬突起物在摩擦过程中引起的摩擦表面材料脱落或塑性变形所导致的失效。

（二）粘着磨损失效

它是指在摩擦过程中,摩擦副材料表面之间由于发生了粘着剪切效应,使摩擦表面材料发生脱落或向对偶表面转移而导致的失效。

（三）疲劳磨损失效

它是指摩擦副表面在循环变化的接触应力作用下,由于材料疲劳剥落形成凹坑而导致的失效。

（四）腐蚀磨损失效

它是指在摩擦过程中,摩擦副材料与周围介质发生了化学或电化学相互作用,这种作用加剧了材料的磨损过程而导致的失效。五是微动磨损失效，它是指相对固定的摩擦副材料(在设计上大多为静接触)表面之间,由于环境因素所带来的振幅很小的相对振动而产生磨损所导致的失效。

三、材料磨损失效的原因

确定了磨损失效的模式并不等于找到了导致磨损失效的原因,这是由于材料的磨损特性并不仅仅由摩擦副材料所决定,而是整个摩擦学系统的性质。材料的磨损过程往往是多因素共同作用的系统过程和动态过程,有其特殊性和复杂性。

影响材料磨损性能的各种因素包括:①摩擦副材料(包括材质和表面处理)；②润滑技术(包括润滑剂和润滑方式)；③环境条件(包括温度、气氛和介质)；④摩擦条件(包括接触形式、运动形式、负荷以及速度)；⑤结构设计；⑥润滑管理。对一个具体的磨损失效问题而言,如何透过现象看本质,在上述诸多影响因素中,找到起主导作用的因素,并提出合理的预防应对措施,是解决问题的难点和关键所在。

四、材料失效的预防

我们应针对具体的磨损失效问题,收集已磨损报废的零件及其磨屑,并进一步查明该部件的摩擦工况,包括摩擦副的接触形式、运动形式、载荷、速度、介质、温度、湿度、润滑方式以及润滑剂种类等,确定润滑剂有无变质并检查润滑系统的工作情况,了解失效发生时设备的使用情况及日常维护保养情况。

在充分掌握情况的基础上,应对磨损失效表面和磨屑进行仔细分析,检查磨损失效前后表面形貌和硬度等物理机械性能的变化,根据表面磨损特征和磨屑形状判定磨损失效模式,确定失效是由外界偶然因素(如不期而至的磨粒或杂物、冲击负载、断油等)引起的突发过程还是在设计工况条件下运行后的累计结果。对于后者,还需对磨损次表层进行分析,了解裂纹的形成部位及扩展方向,并由此确定磨损的发生和发展过程。对于有可能发生化学腐蚀磨损的部件,则需要对磨损失效表面和磨屑进行化学分析。如有必要,还应进行零件磨损失效的模拟试验。只有认真获取上述信息,并进一步结合失效零件摩擦学设计的合理性进行综合分析,才能对导致磨损失效的过程本质和主要原因有深入的认识;在此基础上,才有可能为磨损失效的预防提出合理的改进措施。

一般而言,除了外界因素、设备管理和润滑剂变质等非设计因素之外,引起机械零部件磨损失效的设计和工艺方面的原因主要有:①摩擦副材料或表面处理(含热处理)工艺选择不当；②零件的摩擦学结构设计(含润滑系统)不合理；③零件的加工或安装精度未达到要求。对于磨损材料失效的分析和预防对我们国家整个国民建设都有着至关重要的作用。我们应该加大材料失效分析的力度，推进耐磨材料的进一步研究。

参考文献：

［1］钟群鹏,田永江.失效分析基础[M]. 北京:机械工业出版社,1989.

篇4：磨损疲劳的典型案例

随着人类工效学的深入发展, 操纵疲劳已经成为人们更加关注的问题, 相关研究也得到了国内外研究学者的广泛重视。目前, 国内外研究学者运用动力学、生物力学等知识对操纵疲劳进行了相关分析[1,2,3,4], 但大多数研究采用主观评价或模糊分析对疲劳程度进行测度, 难以客观地反映操纵力操纵疲劳。针对这一问题, 本文以操纵杆操纵力为研究对象, 对其整个操作过程中的操纵力力学特征与反映肌肉疲劳特征的表面肌电信号之间的相关关系进行研究, 提取肌肉疲劳特征参数, 构建肌肉疲劳评价模型。采用典型相关分析法, 利用综合变量对之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性, 研究操纵力与肌肉疲劳之间的关联关系, 由于肌肉疲劳是操纵疲劳的其中一项重要体现, 因此, 可以用肌肉疲劳反映操纵疲劳, 从而通过分析结果建立操纵杆操纵疲劳分析评价模型, 为杆体的操纵疲劳客观评价提供理论依据与技术支持。

1 操纵杆操纵疲劳概念描述

操纵疲劳是指操纵者在一定操作时间内所反映出的一种不舒适感, 客观上会在同等条件下, 失去其完成原来所从事的正常活动或工作能力[5,6]。

本文以人机系统操纵力为研究对象, 研究操纵力力学特征与肌电信号之间的关联关系, 根据两者相关关系进一步探讨操纵力对操纵疲劳的影响机理, 并找出一种客观评价操纵疲劳的科学方法。

操纵疲劳产生机理如图1所示。

2 实验过程及分析

2.1 操纵力力学特征选取

操作过程中, 操纵者的作用力大小、操纵位移、角度可作为操纵动作的力学特征。如果操纵作用力过大, 超过人体极限, 操纵者会产生疲劳, 不能进行正常操作;反之, 若是力过小, 人体感知不明显, 也不能进行可靠操作。同样, 操纵位移和角度的改变亦会影响操作过程。

因此, 本文以人机系统操纵装置的操纵力、操纵位移、角度属性为例, 分析操纵杆的操纵疲劳程度。假定各操纵力都满足相关的可靠性和安全性要求, 采用最小最优原则以尽量减少驾驶员的能量消耗以及减小各体节和关节的受力[7]。

在操纵杆上安装测量操纵力及操纵角度位移的力传感器、角度和位移传感器。并采用8通道表面肌电测试系统对手臂 (肱桡肌以及肱二头肌) 表面肌电进行测量, 同步实时采集测量部位的肌电信号。

实验之前, 为防止皮肤表层油脂干扰而产生的杂质信号, 首先采用75%酒精对测试部位表面皮肤进行清洁处理, 然后将Ag-Ag Cl电极双电极粘贴于肱桡肌和肱二头肌处, 正负电极保持有30 mm左右的间距。

由于本论文主要针对人机系统的操纵装置进行测量, 因此, 操纵者选取驾驶姿势, 即坐姿的操纵状态固定于实验座椅上, 用右手把握操纵杆进行操作, 通过各类力学传感器以及肌电信号采集仪获得实时数据。实验开始后, 操纵者进行相关操纵杆操作, 每次实验持续15 min。

2.2 局部肌肉疲劳特征

本文中, 为研究操纵过程中操纵疲劳情况, 采用表面肌电仪来监测操纵部位的肌肉收缩情况, 通过表面肌电信号变化来分析人体上肢肱二头肌的肌肉疲劳情况。

平均整流值 (ARV) 和均方根值 (RMS) 分别与被整流信号下的面积和在一给定时间窗内信号的平均功率有关, 可以表征肌电信号振幅在时间维度上的变化特征, 是常用的表征局部肌肉疲劳状况的时域参数, 被称为幅度变量[8]。

平均整流值 (ARV) 和均方根值 (RMS) 在一定时间内会随着局部肌肉疲劳程度的增加而增加, 即在一定程度上与肌肉疲劳成正比关系。若以C (pSi) 表示时域特征参数与肌肉疲劳的数学关系, 则可用下述公式表征肌肉疲劳与肌电信号参数关系:

式中:平均整流值以及均方根值要进行归一化处理, 其中, pARV指处理后的平均整流值, pRMS指处理后的均方根值, f (pARV) 表示平均整流值与肌肉疲劳的影响关系, f (pRMS) 表示均方根值与肌肉疲劳的影响关系, α与β分别指在疲劳函数中平均整流值与均方根值的影响系数, μ1和μ2分别是平均整流值与均方根值与肌肉疲劳的正比例影响系数。

根据所采集的数据, 可得肌肉疲劳特征指标, 选取一段时间内的数据, 如表2所示, 表中的肌电信号是采集过程中与力学特征指标实时对应的数据。

3 典型相关分析及模型建立

3.1 典型相关分析建模

典型相关分析就是利用综合变量对之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性的多元统计分析方法。它的基本原理是:为了从总体上把握两组指标之间的相关关系, 分别在两组变量中提取有代表性的两个综合变量U1和V1 (分别为两个变量组中各变量的线性组合) , 利用这两个综合变量之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性。典型相关分析作为一种重要的研究方法, 已经得到广泛应用[9,10,11]。

根据上述数据, 在Spss统计分析软件下的典型相关分析结果如下:

1) 操纵力与肌肉疲劳的相关性分析。由表3可知, 力学特征U组与肌电信号V组各指标之间都有一定相关性。

2) 典型相关系数及其检验。从表4可以得出, 这3个典型相关系数都比较高, 也就说明与之相应的典型变量之间的关系非常密切。通过比较它们的统计量计算值和临界值的大小及P值, 只有典型变量通过统计量检验, 并且P值都小于0.05。说明, 这2对典型变量之间的相关关系明显, 能够用“因素组”典型变量来注释“变量组”的典型变量。

Wilks代表了正态分布统计, Chi-SQ是卡方统计量, DF代表自由度, Sig是显著性, 所代表的就是P值, 如果P<0.05, 则为差异显著。

3) 典型相关模型建立。由于原始变量的计量单位不一样, 不好进行比较, 因此采用标准化的典型变量系数, 建立典型相关模型, 见表5。

4) 冗余度分析。冗余度分析是对建立的典型相关模型进行诠释能力的判定, 见表6, 其中A表示典型相关系数的平方, B表示力学特征组的方差被自身典型变量的解释程度方差比率, C表示力学特征组的方差被相对典型变量的解释程度方差比率, D表示因素组的方差被自身典型变量的解释程度方差比率, E表示因素组的方差被相对典型变量的解释程度方差比率, 从表6中可以看出, 这两对典型变量的相关能力较强。由相关数据显示得知, 98.5%和85.4%的信息可以解释相对应的因素组变量, 但是方差比率只是反映了力学特征组和肌电信号组对具有较强的解释能力。

3.2 相关度分析

根据典型变量的系数大小以及重要程度, 从建立的相关模型可以得出, 操纵疲劳受到各个因素的作用程度可以用2对典型相关变量进行描述:

第1对典型变量中, 将平均整流值从其他的肌电特征中提取出来 (相应的典型系数为0.064) , 平均整流值与操纵力大小呈最大相关 (相应的典型系数为0.338) 。即说明操纵力大小是影响肌电信号的一个重要因素, 即说明操纵力是影响肌肉疲劳的重要因素。

第2对典型变量中, 将均方根值从其他肌电信号特征中提取出来 (相应的典型系数为-0.145) , 均方根值与操纵角度呈最大相关 (相应的典型系数为-0.489) 。由此可说明, 操纵角度的变化与肌电信号有很大相关关系, 也进一步说明操纵角度的变化与肌肉疲劳密切相关。

从上述可知, 操纵力与操纵角度是影响肌肉疲劳的重要力学参数, 由于肌肉疲劳是操纵疲劳的重要生理表现形式, 因此操纵力与角度是影响操纵疲劳的重要因素。

4 实例分析

通过上述典型分析获得相关系数, 为了检验和验证典型相关分析的评价模型效果, 采用主观评价方法, 将主观评价按照10分制标准, 划分5个不同等级, 不同等级下的疲劳感受不同, 根据这些不同感受进行打分, 从而验证操纵杆疲劳度量模型, 主观感受等级参考表如表7所示。

通过实验计算, 得到实验人员在不同力学特征下的操纵疲劳打分结果的平均分分别是操纵力为5.8, 操纵角度为5.2, 操纵位移为4.2。

由上述可知, 不同操纵角度、操纵力等力学特征的变化对于操纵疲劳影响不同, 又由于典型相关分析得知两者之间的相关关系系数, 因此, 基本验证了典型相关模型获得的结果, 可知操纵力、操纵角度对操纵疲劳影响最大。由于在操纵过程中存在一定的操纵阻力, 而不同的操纵系统的阻力不同, 不同操纵角度面临的阻力亦不同, 因此可同时获得操纵过程中影响操纵装置的关键力学特征因子和最佳力学特征参数取值范围, 为减缓操纵疲劳、提高操纵效率、优化操纵装置设计提供理论依据和数据支持。

5 结论

1) 从本文对操纵过程操纵力力学特征对肌肉疲劳影响的实例分析可以得出, 采用典型相关分析可以解释操纵力与肌肉疲劳各因素的相关关系显著程度, 对操纵疲劳进行定量描述。

2) 在以上研究的基础上, 对操纵过程中不同操纵力力学特征和反映肌肉疲劳的肌电信号信息进行采集, 并对其进行评价, 得出的分析结果与主观感受较为一致, 为进一步研究操纵疲劳评价体系以及操纵过程中人体舒适性评价提供技术支持。

参考文献

[1]Bonato P, Boissy P, Croce U D, et al.Changes in the Surface EMG Signal and the Biomechanics of Motion During a Repetitive Lifting Task[J].IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2002, 10 (1) :38-47.

[2]Chadwick E K, Blana D, Van Den Bogert A J, et al.A RealTime, 3-D Musculoskeletal Model for Dynamic Simulation of Arm Movements[J].IEEE Transactions On Biomedical Engineering, 2009, 56 (4) :941-948.

[3]扈静, 刘明周.基于舒适性分析的踏板装置操纵过程数字化描述[J].合肥工业大学学报:自然科学版, 2010, 33 (10) :1454-1458.

[4]Finneran A, O’Sullivan L.Force, posture and repetition induced discomfort as a mediator in self-paced cycle time[J].International Journal of Industrial Ergonomics, 2010 (40) :257-266.

[5]张希, 明东.神经肌肉电刺激诱发的下肢运动疲劳信息检测与处理技术研究[J].中国生物医学工程学报, 2011, 30 (5) :655-660.

[6]彭葳, 王笃明.驾驶疲劳的心电和肌电信号分析[J].人类工效学, 2013, 19 (1) :24-27.

[7]刘明周, 龚任波, 扈静, 等.基于灰色关联分析的操纵装置操纵力舒适性评价[J].中国机械工程, 2011, 22 (21) :2642-2645.

[8]李晓玲, 张翔, 张鄂, 等.用肌电信号评价人体振动舒适性的方法研究[J].西安交通大学学报, 2009, 43 (3) :22-26.

[9]姚公安, 李琪.企业绩效与创新资金投入的相关性—基于电子信息产业百强企业的研究[J].系统工程, 2009, 27 (7) :107-111.

[10]孙玮, 王九云, 成力为.技术来源与高技术产业创新生产率—基于典型相关分析的中国数据实证研究[J].科学学研究, 2010, 28 (7) :1088-1093.

篇5：轮胎异常磨损的原因及对策

下面简单介绍一下轮胎异常磨损常见的几种形式，使驾驶员做到心中有数，一旦出现异常情况，能及时予以更正。

一、 胎面中部磨损

主要原因是充气过度，轮胎接地面积减少，胎面中部的单位压力增加，磨损加剧，同时也使轮胎的减振性变差，所以驾驶员要定期检查轮胎的气压，使之保持在规定的范围内。另外，轮胎缺少换位也可导致胎面中部磨损。一般来说，斜交轮胎常采用交叉换位法和同轴换位法，而子午线轮胎则宜采用单边换位法。

二、 轮胎两侧磨损

主要原因是充气量不足或长期超负荷行驶，轮胎变形量较大，造成轮胎两侧与地面接触而形成早期磨损。所以轮胎的气压既不能过高也不能太低，保持在规定的范围内非常重要。此外汽车在使用过程中要尽可能避免超载，目前我国载重车超载现象比较普遍，故上述症状在这类型车上比较多见。

三、 轮胎羽状磨损

主要原因是前轮定位失准(前束不良)或者前悬架位置失常，使正常滚动的车轮发生滑动或行驶中车轮定位不断变化而造成的结果。发现上述问题要及时调整轮胎的定位参数到规定的范围内，另外也要检查前悬架位置是否正常。

四、 轮胎斑秃状磨损

主要原因是轮胎平衡性差。当不平衡的车轮高速转动时，个别部位受力较大，磨损相应加快，同时会伴随转向发抖，出现操纵性变差的现象。如果在行车过程中发现汽车在某一特定车速时车辆有轻微的抖动，那么应对车轮进行平衡性检查，以防斑秃状磨损。有的轮胎在非正规修理店修补后未进行平衡性检查，致使轮胎质量分布不均，很容易出现上述症状。

五、 轮胎扇形磨损

轮胎扇形磨损又称蘑菇状磨损，最常见的是由于减振器耗损、弹簧疲劳，球头松动，随动转向臂松动以及控制臂衬套磨损等而导致悬架疲软，当车轮在不平路面上行驶时，其前轮外倾角将产生过大变化而造成轮胎扇形磨损。

六、 轮胎单边磨损

这也是由于汽车前轮定位调整不当引起的，主要原因是车轮外倾角过大所致。另外，也可能是汽车长期在拱形路面上行驶，轮胎未能定期换位造成的。需要说明的是轿车经常在非常拥挤的道路上行驶，也会出现上述症状。

七、 轮胎胎面开裂

主要原因是充气量不足或长期超速行驶造成的。轮胎长期在低压下工作，由于变形过度，胎温升高很快，胎体强度就会降低，结果造成胎侧帘线碾断，导致胎面开裂。

八、 个别轮胎磨损严重

篇6：磨损疲劳的典型案例

关键词：金属材料,磨损,耐磨性,硬度,韧性

1 磨损机理分析

磨损是由工作表面的相对运动而产生。有粘着、磨料、疲劳和腐蚀四种基本类型磨损。本文着重阐述石灰石磨料对金属材料的磨损。

耐磨零件表面存在着形状相似而大小不等的粗糙峰,当另一物料物体和它接触并产生相对运动时,产生的结果是:(1)耐磨零件表面自然形成一层膜,降低摩擦副的摩擦系数,提高耐磨性。(2)在压应力作用下使粗糙峰产生变形并产生新的粗糙峰。(3)在剪应力作用下使粗糙峰产生剪切破坏。(4)物料的硬粗糙峰嵌入耐磨零件表面而犁出沟槽使零件材料损失。(5)脆性材料的粗糙峰也有发生剥落和脆断的可能性[1]。(6)单位时间通过粗糙峰的物料数量多少影响交变应力循环次数N,导致粗糙峰疲劳破坏。(7)当物料为湿态时,零件表面自然形成的膜减少或消失,从而加剧磨损。(8)当耐磨零件产生高温时,耐磨零件高温强度不足,高温使得零件表面粗糙峰的屈服限σs及剪切限τs下降,加剧磨损。

2 物料状态对金属材料耐磨性的影响

通过对磨损机理分析,不难理解石灰石磨料对金属材料磨损的各种现象。但磨损现象是极其复杂的,一般来说,物料的硬度、金属零件的硬度至关重要。物料及金属零件成份影响到其硬度、强度和韧性。物料的这些特性越高,则金属零件磨损加剧,反之,金属零件的这些特性越高,其抗磨能力越强。其次,物料的粒度、相对速度、干湿状态及温度对耐磨零件的影响也较大。物料粒度越大,相对运动速度越快,湿度及温度越高,通常加剧金属零件的磨损。

3 各种耐磨金属材料的种类及其特性分析

一般情况下,耐磨金属材料可分四类:即高锰钢类、合金钢类、高铬铸铁类、双金属复合材料类。下面就这四类耐磨金属材料的特性进行分析。

3.1 高锰钢类

奥氏体高锰钢韧性好,表面硬化能力强。前面已述,影响金属零件的耐磨性最主要的因素是其硬度。试验表明,普通高锰钢表面硬化硬度最高可达HRC54,而这需要在强冲击下取得,在弱冲击状态下,自然失去其意义。为了提高高锰钢的硬化能力,可以使其合金化,即在成份上添加Cr、Mo、W等合金,表面硬化硬度可提高至HRC56。为了提高耐磨性,铸造高锰钢零件可采用金属模铸造使其晶粒细化,或使其内部存在一定数量的马氏体,提高初始硬度,适当降低韧性。不管怎样,高锰钢硬化能力强,但硬化硬度有限,并且在实际应用中,表面硬化硬度是局部的,零件工作表面的平均硬度一般为HRC48-52。因此,高锰钢使用需要在强冲击下对零件韧性要求较高的情况下。

3.2 合金钢类

合金钢材料成本较低,在热处理后硬度一般为HRC45-55。该材料铸件晶粒细于高锰钢,耐磨性强于高锰钢,韧性相比明显要低。该材料成份主要由Cr、Mo、(Ni)合金组成,随着含C量的增加,热处理方式的改变,硬度、耐磨性提高,韧性下降。含Cr、Mo、W、V的合金钢通过热处理硬度可达HRC60,但韧性更差。因此,如果能处理好硬度和韧性的关系,该材料在实际应用中是很适用的。

3.3 高铬铸铁类

高铬铸铁用作耐磨材料使用较多的有Cr15、Cr20高铬铸铁,韧性相对最差。含Ni的高铬铸铁韧性有所提高,随含Ni量的增加,淬透性也提高,但热处理后残余奥氏体也增加,降低硬度。高铬铸铁在热处理后硬度可达HRC60,一般来说,该耐磨零件不能用于冲击工况,但要看耐磨零件的尺寸大小,小尺寸高铬铸铁零件不仅可用于较大冲击,甚至高温淬火用水冷也不会裂。总之高铬铸铁耐磨性很好,应用要看工况,零件大小等。

3.4 双金属复合材料类

通常双金属复合材料有三种形式:一是高韧性钢加高铬铸铁或合金钢熔铸式,另一种是由高韧性钢加高铬铸铁或合金钢或硬质合金镶嵌式[2],还有一种较普遍的是在高韧性钢上面堆焊高铬铸铁。一般来说,耐磨金属零件在应用中不同部位需要有不同韧性和耐磨性,该材料就是适应这种要求而产生的,它兼顾了硬度和韧性的关系,具有良好的效果。首先高韧性钢满足了耐磨零件韧性的要求,高铬铸铁或合金钢等硬度都可高达HRC60,满足了零件高耐磨性的要求。例如:熔铸高铬铸铁或合金钢双金属复合锤头使用寿命是高锰钢的1.5-2倍以上。试验表明,高铬铸铁和合金钢硬度相同,其耐磨性也相当,它们的复合材料成本都低。镶嵌式的优点不及熔铸式,因此,双金属熔铸式复合材料是一个很好的发展方向,并可扩展到衬板、板锤等其它耐磨金属零件。

参考文献

[1]温诗铸.机械工程师进修大学刊授教材.摩擦学[M].北京:机床杂志出版社,1985.(8)129-133.

篇7：轮胎磨损的原因及防止方法

轮胎内压过低或超负荷使用会增加胎体所承受的应力而变形，使轮胎与着地面积间的机械摩擦和胎体的内摩擦加剧，引起轮胎磨损和损伤。轮胎内压过高会加大轮胎帘布层所承受的伸张应力，增大胎层间的剪应力，使胎体刚性增强，着地面积减小，导致轮胎使用性能恶化，加剧损伤和磨损；使用中急剧的起步、制动或急转弯；快速越过高而尖的障碍物；长时间高速行驶。行驶在泥泞路面上，极易打滑，加剧轮胎磨损；前束调整不当引起胎面磨损；轮胎在拆装保养过程中撬伤、砸伤胎圈，或装入内胎前胎内混入泥沙、砂石等杂物，造成轮胎损坏；轮胎保管不当。

2.轮胎不正常磨损的原因

充气量过大，使轮胎与地面的接触面积减小，形成早期磨损；轮胎两边磨损过大，主要是充气量不足，或长期超负荷行驶；轮胎的一边磨损量过大，主要是轮胎的定位失准。当外倾角过大时，轮胎的外缘形成早期磨损；外倾角过小或没有时，轮胎的外缘形成早期磨损。

3.防止方法

篇8：缸套磨损的判定与分析

目前, 德国MAN公司大功率中、低柴油机缸套采用特种铸铁, 其抗拉强度要求≥275MPa, 表面硬度210≤HB≤290, 为了增加抗疲劳强度和耐磨性, 对缸套内表面进行氮化或磷化等处理。为了保证足够的润滑, 内表面还应有适当的粗糙度, 使其具有一定贮油能力和磨合性能, 对其缸套内表面进行珩磨。

缸套是柴油机的易损件, 缸套内表面的磨损程度直接决定了缸套的寿命。缸套的寿命又决定了柴油机的大修期。

缸套结构形式

缸套为离心浇铸的铸铁件。轴向定位靠气缸套上部凸肩与机体 (或间隔套) 支承面配合实现, 通过支承面研磨配合完成上部密封。下部环带上的橡胶密封圈与机体密封, 以保证下部水套的密封和缸套的径向定位。该缸套为湿式气缸套, 它的优点是机体上没有密封水套, 容易铸造, 传热好, 温度分布比较均匀, 检测及维修方便。气缸套的顶面有凸起的环带与气缸盖底平面相应的凹槽配合, 中间压入密封垫圈以保证燃烧室的密封。并将气缸套从顶部压紧在机体上 (见图1) 。

气缸套的工作条件

气缸套内表受高温高压燃气直接作用, 并与活塞环直接接触, 内表面受到强烈的高速滑动摩擦。外表与冷却水接触, 在较大温差下产生严重热应力, 受冷却水腐蚀。活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表摩擦 (见图2) , 并使其产生弯曲。侧推力改变方向时, 活塞还撞击缸套。此外还受到较大的安装预紧力影响。

气体压力使气缸壁产生切向拉应力和径向压应力, 并且在内表面最大, 这种应力都是高频脉动应力。

因缸壁内外温差产生极大的热应力, 一般温度下使内表面产生压应力, 而冷却面存在拉应力。但在特高气温下, 内表面金属蠕变塑性变形, 冷却后即在内表面形成残余拉应力, 这种随起动、停车变化引起的低频应力会使材料疲劳。

缸套磨损的判定

缸套磨损在磨合异常情况下进行检查。首先手动盘车使活塞位于下死点, 拆掉喷油器, 将内窥镜头部插入喷油器座孔内, 反复缓慢地将内窥镜旋转360°, 以便检查缸套内壁情况, 确保缸套和减磨环内没有任何杂质或窜气痕迹, 否则要查明原因。

缸套磨损检查可以目视检查, 目视不能判定用千分尺测量。磨损判定有以下几种情况:

(1) 不需要更换缸套可继续使用。单个较小划痕区的最大外形尺寸小于活塞环开口间隙, 这种划痕不严重, 不会出现窜气, 不必更换缸套;划痕的宏观照片无毛刺, 无窜气痕迹, 不必更换缸套;由积炭引起的密集划痕, 但珩磨网纹仍存在, 不必更换缸套;划痕区域有许多密集且清晰可见的深的划痕线。这类划痕之间的最小距离必须不小于划痕的10倍宽度, 不必更换缸套。

(2) 不需要更换缸套, 重新珩磨后就能继续使用。润滑问题引起的宽痕迹, 或者划痕数量增加, 有破环润滑油膜的风险, 需要重新珩磨缸套。

(3) 必须更换缸套。活塞环的圆度引起的痕迹, 由于气缸过热, 活塞环和缸套之间直接接触, 没有润滑油膜, 需要更换缸套;破坏润滑油膜严重较宽的痕迹, 应更换缸套。

(4) 更换缸套和活塞环。由于金属屑经气缸润滑油孔进入缸套, 对气缸壁和活塞环均造成严重磨损, 需要同时更换缸套和活塞环。

(5) 尺寸检查。用缸径检查仪测量缸套内径, 缸套内径、椭圆度、凸起任何一项达到报废尺寸值, 报废缸套。

缸套磨损的原因分析

气缸套的工作环境十分恶劣, 造成磨损的原因也很多。通常由于构造原因允许有正常的磨损, 但使用和维修不当, 就会造成异常磨损, 异常磨损的原因大致有以下几点:

(1) 润滑条件不好, 使气缸套上部活塞环接触的部位磨损严重。缸套上部接近燃烧室, 温度很高, 润滑条件很差, 上部活塞环接触的部位处于干摩擦或半干摩擦状态, 这是造成气缸上部磨损严重的原因。

(2) 缸套上部承受压力大, 使气缸磨损呈上重下轻。活塞环在自身弹力和侧推力下紧压在缸壁上, 侧推力力越大, 润滑油膜形成和保持越困难, 机械磨损加剧。在做功行程中, 随着活塞下行, 随着压力的减少侧推力逐渐降低, 因此气缸磨损呈上重下轻。

(3) 润滑油滤清器滤清效果差。若主润滑油自净式滤清器工作不正常, 使润滑油得不到有效的过滤, 大量硬质颗粒漂浮物会随着润滑油进入活塞环与缸套的间隙中, 必然使气缸套内璧磨损加剧。

(4) 空气中的灰尘、润滑油中的杂质, 进入活塞和缸壁间造成磨料磨损。灰尘或杂质随活塞在气缸中往复运动时, 由于在气缸中活塞的运动速度最大, 故加剧了气缸中部的磨损。

(5) 零部件的油道清理不干净, 金属颗粒会随着润滑油一起进入活塞环和缸壁的间隙中, 由于活塞在运动中存在侧推力的挤压, 致使缸套内壁磨损严重。

结语