柔性石墨在化工设备中作密封材料的应用

本文介绍了柔性石墨作为化工设备中静、动密封材料的应用情况,分析了柔性石墨可作为动密封材料的主要依据,並对如何应用该材料提出了看法。     

多模拉丝机拉制细钨丝用石墨乳的研制

作者通过对国内外拉制细钨丝用石墨乳中石墨颗粒性能的剖析和比较,采用新工艺获得了性能良好的石墨颗粒,再配以适当的乳胶研制成功了多模拉丝机拉制细钨丝用石墨乳,其润滑性能符合使用要求,与国产S-0~#石墨乳相比,具有石墨平均粒径小、用纯水稀释后不沉淀、无气泡和在钨丝表面上的附着性能好等优点,使拉丝钻石模孔利用率(超差前过丝长度)提高4～5倍以上,接近日本Acheson公司产石墨乳的质量水平,现已通过技术鉴定,並着手工业批量生产。     

天然石墨的组成和结构研究

本工作是中国国产天然石墨应用系列研究之一,研究对象是不同牌号的商品石墨样品,利用X-射线衍射(XRD)和差热分析(DTA)等手段对其组成和结构进行了详细的研究。XRD分析表明,天然石墨中含有石墨碳(一种类石墨),其它除六方石墨外,还有适量的菱方石墨。XRD分析还很好地解释了某些高碳石墨样品之DTA曲线的双峰现象——石墨样品中碳素组成和结构不同致使氧化峰值温度不同。分析测试发现,石墨碳的氧化峰值温度比石墨的高约100℃,而且氧化峰值温度是随粒度的增大而提高。本文还通过多个样品的结构测定,归纳出一般石墨样品针对不同分析目的和层次所需采用的XRD分析方法。     

Cu663合金表面石墨-铜三维复合润滑层的构筑与摩擦学性能研究

借助激光微加工技术,将柔性石墨纸加工成规则排列的多孔结构,利用多孔柔性石墨纸在Cu663合金表面构筑石墨-铜三维复合润滑层结构. 分别考察了表面石墨-铜三维复合润滑层在干摩擦和海水腐蚀环境下的摩擦学性能,并揭示了摩擦磨损机理和腐蚀机理. 结果表明:该三维复合润滑层结构具有优异的自润滑性能,且通过改变纹理图案和尺寸参数可有效调控其摩擦学性能. 当Cu663合金表面三维复合润滑层石墨表面密度为50%时,干摩擦条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.14 ± 0.01和(5.10 ± 1.33) ×10?6 mm3/(Nm),相较于无润滑层的Cu663样品摩擦系数0.53和磨损率(2.97 ± 0.57) ×10?4 mm3/(Nm)分别降低73%和2个数量级. 在海水腐蚀环境中,表面石墨-铜三维复合润滑层的铜与石墨纸界面产生微弱电极,对三维复合润滑层的腐蚀摩擦性能起到至关重要的作用.      

柔性石墨垫料应用的探讨

本文简单介绍柔性石墨垫料的主要机械物理性能,着重介绍上海冶金系统一九八○年以来应用这一材料改装水泵填料密封的几种方法及提高水泵密封效果、降低功率消耗、延长使用寿命等方面的情况。     

柔性石墨和编织聚四氟乙烯密封填料的初步应用

本文概述了泥浆泵轴封的内泄和外漏对氧化铝和水泥等生产工艺能耗的影响;分析了填料轴封防治泄漏的基本条件;介绍了柔性石墨和编织聚四氟乙烯填料等新颖密封填料的耐磨减摩性能,并结合实际应用探讨了其寿命延长的措施。     

改善润滑技术是节约能源提高效益的有效措施

本文总结了从1979年到1984年6月底期间我厂推广应用各种MoS_2润滑剂,00~#减速机润滑脂、W/O型乳化齿轮润滑油以及柔性石墨填料的情况及其所获得的经济效益。介绍了在类似运行工况下设备的合理润滑和治漏节能措施。还指出了尚存在的问题和改进方向。     

利用分子轨道理论研究石墨的润滑机理

利用EHMO分子轨道方法完成了石墨及石墨-吸附氢体系的分子轨道计算,确定了氢原子的最稳定吸附位置、氢原子与石墨之间的电荷转移、净电荷分布和吸附对石墨层间结合力的影响。正是这种层间结合力的变化使得在有气氛条件下石墨的润滑性能比真空环境下的有所改善。     

铜包石墨填充PTFE基复合材料摩擦学特性的研究

研究了铜包石墨和铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ基复合材料的微观结构、力学性能及摩擦学特性。结果表明,铜包石墨填充ＰＴＦＥ复合材料的抗压缩性能、抗拉伸性能以及耐磨性能均伏于铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ复合材料,其原因在于铜包石墨既增强了填料与ＰＴＦＥ的界面结合强度,又保证了ＰＴＦＥ连续相的完整性。此外,石墨表面铜包敷层的结构疏松、晶粒细小,有利于提高转称膜的结合强度并减轻摩擦过程中对偶材料的损伤。     

宝石柱塞泵密封圈材料的研制

用于宝石柱塞往复平流泵的国产密封圈,寿命较短,直接影响了往复泵的使用和生产。 本文报导了一种寿命较长的NFF-16塑料密封圈的研制和应用结果。通过材料的摩擦磨损试验、溶剂浸泡试验、密封圈在往复泵中的长期应用试验,结果表明,主要组成为聚四氟乙烯/聚对羟基苯甲酸酯/石墨的复合材料,摩擦系数较低,磨损较小,对对摩面的磨损亦较小。密封圈的密封性能和抗溶剂性能良好,工作寿命可达1000～2000小时以上,满足了使用要求。     

铜包石墨填充PTFE基复合材料 摩擦学特性的研究

研究了铜包石墨和铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ基复合材料的微观结构、力学性能及摩擦学特性．结果表明,铜包石墨填充ＰＴＦＥ复合材料的抗压缩性能、抗拉伸性能以及耐磨性能均优于铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ复合材料,其原因在于铜包石墨既增强了填料与ＰＴＦＥ的界面结合强度,又保证了ＰＴＦＥ连续相的完整性．此外,石墨表面铜包敷层的结构疏松、晶粒细小,有利于提高转移膜的结合强度并减轻摩擦过程中对偶材料的损伤     

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3／Cu石墨复合材料；采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3／Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响；采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：Al2O3／Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低，当石墨含量大于1.0％后，摩擦系数降低明显；当石墨含量低于3％时，Al2O3／Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低；当石墨含量低于2．0％时，石墨对Al2O3／Cu基复合材料的硬度无明显影响；当石墨含量超过3．0％后，Al2O3／Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低；此外，石墨使得Al2O3／Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短；当石墨含量达到2．5％时，复合材料磨损表面微裂纹消失．这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜，从而降低摩擦力并减少裂纹源所致．     

天然磷片石墨与油溶性添加剂相互作用的研究

考究了天然磷片状石墨与润滑油脂中几种常用油溶性添加剂的相互作用及其对油品润滑性能的影响。结果表明：仅添加石墨的润滑油的润滑性较差，而添加石墨与含活性基团添加剂的油品润滑性明显提高，石墨与润滑油中几种添加剂具有良好的配伍性和一定的协同作用，利用Ｘ射线光电子能谱仪检测了不同工艺条件以下石墨与含活性元素Ｓ的添加剂复合后Ｓ在石墨上吸附量。石墨与某些添加剂的协同作用是在摩擦过程中相互作用形成了复合膜的结果。     

漂浮基柔性两杆空间机械臂的关节运动鲁棒控制与柔性振动最优控制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,具有有界干扰及有界未知参数的漂浮基柔性两杆空间机械臂的具有鲁棒性的关节运动控制与柔性振动最优控制算法设计问题。首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到漂浮基柔性两杆空间机械臂系统的动力学方程。通过合理选择联体坐标系与利用奇异摄动理论,实现了两个柔性杆柔性振动之间、关节运动与两柔性杆柔性振动的解耦,得到了柔性两杆空间机械臂的慢变子系统与柔性臂快变子系统。针对两个子系统设计相应的控制规律,即增广鲁棒慢变子系统控制律与柔性臂快变子系统最优控制律,这两个相应的子系统控制规律综合到一起构成飘浮基柔性两杆空间机械臂总的关节运动与臂柔性振动控制的组合控制律。系统的数值仿真证实了方法的有效性。该控制方案不需要直接测量漂浮基的位置、移动速度和移动加速度。     

漂浮基柔性两杆空间机械臂的关节运动鲁棒控制与柔性振动最优控制Robust joint motion control and vibration optimal control for a free-floating two-flexible-link space manipulator

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,具有有界干扰及有界未知参数的漂浮基柔性两杆空间机械臂的具有鲁棒性的关节运动控制与柔性振动最优控制算法设计问题。首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到漂浮基柔性两杆空间机械臂系统的动力学方程。通过合理选择联体坐标系与利用奇异摄动理论,实现了两个柔性杆柔性振动之间、关节运动与两柔性杆柔性振动的解耦,得到了柔性两杆空间机械臂的慢变子系统与柔性臂快变子系统。针对两个子系统设计相应的控制规律,即增广鲁棒慢变子系统控制律与柔性臂快变子系统最优控制律,这两个相应的子系统控制规律综合到一起构成飘浮基柔性两杆空间机械臂总的关节运动与臂柔性振动控制的组合控制律。系统的数值仿真证实了方法的有效性。该控制方案不需要直接测量漂浮基的位置、移动速度和移动加速度。     

铜-石墨材料摩擦学行为的研究

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨烧结材料,通过定速摩擦试验机,研究了石墨含量与第三体形态的关系及对材料摩擦性能的影响.结果表明:石墨含量小于15%时,石墨对材料的孔隙度及摩擦温度影响明显,表现出材料的摩擦磨损性能与石墨含量密切相关,这归因于干摩擦条件下摩擦表面形成的含有石墨粒子的第三体对摩擦性能作用明显.石墨含量低,形成的第三体金属成分高,硬质金属的犁沟作用导致摩擦系数和磨损率较高.随石墨含量增加,第三体中的石墨含量增加,这导致第三体致密程度和黏着程度降低,松散易流动的第三体有利于降低犁沟程度,从而起到降低和稳定摩擦系数、减少磨损率的作用.     

镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究

采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察了不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在载荷20～60 N条件下,含6%(质量分数)石墨的铜基复合材料经历了轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;石墨颗粒表面镀镍可以提高石墨与铜合金基体的界面结合强度以及磨损过程中所形成的转移层与基体间的粘附性能,含6%镀镍石墨的铜基复合材料的自润滑性能得到改善,只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.     

柔性铰柔性杆机器人动力学建模、仿真和控制

本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响. 首先, 建立由$n$个柔性铰和$n$个柔性杆组成的空间机器人模型, 运用递推拉格朗日动力学方法, 得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程. 在动力学建模过程中, 除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响, 还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响. 其中, 柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型, 将柔性铰看成线性扭转弹簧, 不仅考虑了铰阻尼的存在, 还考虑了柔性铰的质量效应. 其次, 编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序, 研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响. 研究表明: 随着柔性铰刚度系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动频率变大. 随着柔性铰阻尼系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动幅值的衰减速度变快. 可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动, 因此铰阻尼的研究具有重要工程意义. 最后, 研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响. 在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时, 通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩. 研究表明: 引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小, 对机器人控制的影响显著.      

DYNAMICS MODELING,SIMULATION, AND CONTROL OF ROBOTS WITH FLEXIBLE JOINTS AND FLEXIBLE LINKS$^{\bf 1)}$

本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响. 首先, 建立由$n$个柔性铰和$n$个柔性杆组成的空间机器人模型, 运用递推拉格朗日动力学方法, 得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程. 在动力学建模过程中, 除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响, 还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响. 其中, 柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型, 将柔性铰看成线性扭转弹簧, 不仅考虑了铰阻尼的存在, 还考虑了柔性铰的质量效应. 其次, 编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序, 研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响. 研究表明: 随着柔性铰刚度系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动频率变大. 随着柔性铰阻尼系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动幅值的衰减速度变快. 可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动, 因此铰阻尼的研究具有重要工程意义. 最后, 研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响. 在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时, 通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩. 研究表明: 引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小, 对机器人控制的影响显著.     

温度对Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备出了Cu-12.5Ni-5Sn-石墨自润滑复合材料,通过改变石墨的含量来研究该复合材料的力学性能和在不同摩擦试验温度下的摩擦磨损性能,采用SEM和Raman分析磨损表面,进而讨论复合材料的摩擦、磨损和润滑机制. 结果表明:复合材料的硬度和屈服强度随着石墨含量的增加而逐渐降低;温度对不同石墨含量的复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响,在室温下,石墨质量分数为1%和3%的石墨复合材料的摩擦系数和磨损率明显小于5%石墨复合材料;在300 ℃下,石墨质量分数为3%时,复合材料的摩擦磨损性能最好;在500 ℃下,石墨质量分数为5%的石墨复合材料的摩擦磨损性能最好. 在室温下,复合材料具有较好自润滑性的主要原因是形成了几乎光滑连续的石墨润滑膜. 在300和500 ℃下,由金属氧化物和石墨组成的混合物润滑膜是复合材料保持自润滑性的主要原因.