（车辆工程专业论文）柴油机出厂试车磨合规范的应用研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 新发动机在出厂前需经过磨合和走合的过程，以改善运动部件 摩擦表面间的接触状态，提高承载能力，降低摩擦与磨损，同时改 善缸套和活塞环的密封性，降低燃油和润滑油的消耗量，减少漏气 量，提高压缩压力和降低或减缓润滑油的变质，因此通过合适的磨 合可以达到提高发动机的机械效率，延长发动机和润滑油的使用寿 命的目的。 发动机生产厂家希望缩短出厂磨合时间和提高发动机出厂性 能指标，以提高生产效率和市场吸引力通过使用适当的发动机磨 合油和与之相适应的磨合规范，可以达到上述目的，无疑会对发动 机的生产厂家带来明显的经济效益和社会效益 科学、合理的出厂试车磨合规范，不仅能使柴油机出厂试车磨 合质量得到充分保证，而且可以达到以最小的投入( 工时、水电、油 料、设备、厂房) 取得最大效益的目的 经研究论证山东内燃机学会召开了主要柴油机生产厂家课题研 讨会议，会议对柴油机出厂试车磨合规范研究的必要性、可行性和国 内外情况进行了研讨，讨论了该试验研究的意义、方法、步骤并确定 组织实施该课题研究，成立了柴油机出厂试车磨合规范研究课题组， 对此正式立项研究已经在多家企业，多种机型上做了大量的试验研 究。 本文根据该课题研究，将研究、生产实践工作综合分析。从磨合 的概念、磨合规范设计的重要意义出发，依据摩擦学、磨损学、润滑 原理，介绍了柴油机磨合研究的技术与方法。本课题主要的分析方法 是基于油液的光谱分析方法，并结合其他分析方法，采取提高磨合质 量、缩短磨合时间的技术措施一一光整加工及促磨添加剂，并分章节 详细介绍了该两种技术措施。 本文还详细介绍了课题采用的柴油机油金属元素含量分析与取 样方法，简介试验所用仪器设备f a s 2 c 光谱分析仪，针管取样法( 利 山东大学硕士学位论文 用真空取样器取样法原理) 。并在第六章提出三个典型的机型做详细 的实例阐述。这三个出厂试车磨合规范试验研究分别为中小功率柴油 机少时出厂试车工艺试验研究( 华源莱动) 、新柴4 9 5 b 柴油机出厂试 车磨合规范试验研究、潍柴6 1 7 0 柴油机出厂试车磨合规范试验研究 对其具体的研究方法和程序、试验结果及经济效益进行了具体的分 析。 通过该课题研究，可知利用科学手段，采取先进的技术措施，缩 短出厂试车磨合时间，制订一个新的合理的先进的出厂试车规范，非 常必要，也具有重要的意义 关键词：柴油机出厂试验磨合规范光谱分析光整技术 n a bs t r a c t b e f 6 r ean e we n g i n el e a v e sf a c t o r y ，i ts h o u l de x c i 8 eap e f i o do f r u n n i n g i nt oi m p r o v ec o n t a c tc o n d “i o n so ff r i c t i o n8 u r f a c e sb e t w e e n m o v i n gp a r t 8 ， i n c r e a s el o a d c a p a c i t y ， d e c r e a 8 cf r i c t i o na n dw a r c ， e n f b r c es e a l i n gb e t w c e nc y l i n d e rs l e e v e sa n dp i s t o nr i n g s ，d e c r e a s c f h e lo i la n dr u b eo i l c o n s u m p t i o n a sw e l la s g a 8l e a k a g e ， b o o s t c o m p r e s s i o np r e 8 s u r ea n dl o w e ro r8 l o w e rl u b eo i ld e c o m p o s i t i o n a n a p p f o p r i a t er u n n i n g - i nc o u i di n c r e a s em e c h a n i c a le f f c i c n c yo fe n g i n c a n db r i n gi nam u c hl o n g e rs e r v i c el i f bo fe n g i n ea n dl u b e o i l e n g i n em a n u f a c t u r e r 8p r e f e rs h o r t e n i n gt h er u n n i n g - i nt i m ea n d i m p r o v i n gp e r f o r m a n c ed a t ao fe n g i n eb e f o f ei tl e a v c 8f a c t o r ys oa 8t o g e t ah i g h e r p r o d u c t i v ec f f i c i e n c y a n da t t r a c tm a r k e t w i t h u t i l i z a t i o no fa p p r o p r i a t er u n n i n g i no i lf b rt h ee n g i n ea c c o f d i n gt o r c a s o n a b l er u n n i n g - i n s p e c i f i c a t i o n ， t h ea b o v e - m e n t i o n e d t a r g e t 8 c o u l db ea c h i e v e d n o d o u b t f u l l y ，t h o s ea b o v e m e n t i o n e dw i l lb c b c n e n c i a lt oe n g i n em a n u f a c t u r e f sa n dt os o c i e t y s c i c n t i f i ca n dr a t i o n a lr u n n i n g i ns p e c i f i c a t i o nf o rt r i a lt c s to f e n g i n eb e f o r e1 e a v i n gf a c t o f yw i l lg i v eo n l yas u f f i c i e n tg u a r a n t e ct o r u n n i n g - i nq u a l i l yo ft f i a lt e b to fd i e 8 c le n g i n ea n da l s om a k eab c s t p r o f i t sw i t hl o w c 8 tc o s t sl i k em a n p o w e f ， w a t c f ， c l e c t r i c “y ，o 订， f a c i l i t ya n df h c t o r yb u i l d i n g ；e t c ) s h a n d o n gs o c i e t yf b ri n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n c 8h e l dt h e r e s e a r c hm e e t i n gp a r t i c i p a t e db yt h ci m p o r t a n tm a n u f a c t u r e r so fd i e s e l e n g i n e 8 t h em e e t i n gh a 叠m a d ed i s c u s s i o n 墨 o nt h e p o s s i b i l i t y f e a s i b i l i t y a n dc o n d i t i o n 8h o m ea n d a b r o a do fr c s e a r c h e so n s p e c i f i c a t i o nf b rt r a i lt e s to fr u n n i n g i no fd i e s e lc n g i n cb e f b f el e a v i n g f a c t o r y ，a n do ni t si m p o f t a n c e ，a p p r o a c h e sa n dp r o c c d u r c 8f o rt e s ta n d r e s e a r c h ，m a d ead e c i s i o nt oe s t a b l i s ht h ep r o j c c tt e a mf o rr e s c a r c h e 8 o ns p c c i f i c a t i o no ft r a i lt e 8 to fr u n n i n g i no fd i e s c l c n g i n eb e f b r e l e a v i n gf a c t o r yt oi m p l e m e n tt h ep r o j e c t al o to ft e s t sa n dr e s e a r c h c s h 叠v eb e e nc a r r i e do u ti nm a n yt y p e so fe n g i n c sb ym a n ye n t e r p r i s e sb y n o w o nt h eb a s i st h er c s c a r c h e si nt h ep r o j e c t ，t h e p a p c ra n a l y z e s c o m p r e h e n s i v e l yt h er c s e a r c h e sa n dp r a c t i c e 8w h i c hh a sb e e nm a d e d u r i n g t h e s e y e a r s i nt c r m so fi d c n t i f i c a t i o no f r u n n i n g i n a n d 山东大学硕士学位论文 “n p o f t a n c eo fd e s i g no fs p e c i f i c a t i o nf b fr u n n i n g - i n ，i ti n t r o d u c c 晕t h c t e c h n o l o g ya n da p p r o a c h e so nr e s e a r c ho fr u n n i n g - i no fd i e s e le n g i n e o nt h ep r i n c i p l eo ft r i b o l o g ya n dl u b f i c a t i o ne n g i n e e r i n g t h ek e y a n a l y s i sa p p r o a c h e s f b rt h ep f o j e c ta r eo i lf l u i db a s e do ns p e c t f a k a n a l y s i 8 i nc o m b i n a t i o nw i t ho t h e ra p p r o a c h e 8 f i n ea n dp o l i s h i n g m a c h i n i n ga n da d d i t i v ca f ea d o p t e di no r d e ft oi m p r o v er u n n i n g i n q u a l i t ya n ds h o r t e nr u n n i n g i nt i m e t w oa p p r o a c h e sa r ee x p l a i n e di n c h a p t e r sh e r e i n t o t h ep a p e fi n t r o d u c e si nd e t a i l 8a n a l y z i n ga n ds a m p l i n gm e t h o d s f 6 rm e t a le l e m e n tc o n t e n t si ni u b eo i l 。i n t r o d u c e si nb f i c f t h ef a s 一2 c o p t i c a ls p e c t r u ma n a l y 8 i si n s t r u m c n t 蛆ds 蛐p i i n gm e t h o dw i t h v a c u u m8 a m p l i n gi n s t r u m e n t i nc h a p t e r7 ，t h r e ep r a c t i c a lf e 8 e a r c h e so n t y p i c a lm o d e l 8a r ed e b c r i b e d t h r e et e s lr e 8 e a r c h e so ns p e c i f i c a t i o nf b f t h et r i a l t e s to fe n g i n eb e f o r el e a v i n gt h ef a c t o r ya r ea b o u tt e s t r e s e a r c h e 8o nt o c h n i q u c so f 打j a lt e 8 lo fm e d i u ma n 审s m a p o w 盱d i e s e l e n g i n e sb e f o r el e a v i n gt h ef a c t o r y ( h u a y u 蛐p o w e r ) ，t h et e 8 tr e 8 e a r c h o fs p e c i f i c a t i o nf o rr u n n i n g i nt r i a lt e s to fx i n c h a i4 9 5 bd i e s e le n g i n e b e f o r e1 e a v i n gt h ef a c t o r ya n dt h ct e s tf e 8 e a r c ho f8 p e c i f i c a t i o nf o r r u n n i n g i nt r i a it c s to fw c i c h a i6 l7 0d i c s e le n g i n eb e f o r el e a v i n gt h e f a c t o r y r e l a t e dr c s e a r c ha p p f o a c h e s ，p f o g f a m ，t e 8 tr e 8 u l t s ，c c o n o m i c 童i b e n e f i t sa r ea n a l y z c di nd e t a i l 8 a f t e rr e s e a r c ho nt h ep r o je c t 8 ，i ti sr e c o g n i z e dt h a ti ti sn e c e s 8 a r y a ni m p o r t a n tt os h o r t c nt h er n n n i n g - i nt i m eo f t r i a l t 口b to fe n g i n eb e f o r c l e a v i n gt h ef h c t o r ya n de s t a b l i s han c w r a l i o n a la d v a n c c ds p e c i f i c a t i o n f o ft r i a lt e s to fe n g i n eb e f o r cl e a v i n gf a c _ t o f y k e y w o r d s ： d i e s e l e n g i n e ， t e 8 t s p e c t r u m ，r u n n i n g i ns p e c i f i c a t i 仰 b e f ：d f e l e a v i n gf a c t o r y o p t i c 叠l a n 8 l y s i 8 ，f i n i 8 h i n g 山东大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所西【： ! 导的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究作出重要贡 献的个人和集俺均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担 论文作者签名： 兰i 当 日 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 盔蛙导师签名：韶边日期：之丑：2 ：竺 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 磨合的概念及重要性 1 1 1 磨合的概念 磨合，是指摩擦表面性质从初始状态过渡到使用状态的过程。完 成磨合的标志有： 滑合表面磨损后，初始粗糙度消除，形成新的较稳定的显微峰 谷面，足以保证表面完全贴合，实际接触面积增大许多，相互作用时产 生的法向应力和切向应力都减少； 形成较稳定的耐磨表层，获得压应力，有牢固的保护膜； 滑合表面的磨损速度、摩擦系数和工作温度均稳定在较低的水 平上； 滑合部位形成稳定的润滑油膜； 整个滑合表面均匀反光，没有机械加工痕迹。无损伤。 柴油机出厂前的冷磨合和热磨合，属于磨合试运转，时间很短，期 间有意识地采取一些旨在保证迅速、优质磨合的措施。以完成磨合的 主要部分。优质磨合试运转完成的标准是： 消除相对滑动表面( 活塞环与气缸、轴瓦与轴，油泵和油嘴偶 合面) 在机械加工中造成的微观不平度，使其迅速达到镜面光滑状态。 摩擦系数减小很多，以减少咬合倾向； 消除活塞环与气缸工作壁面间因预紧变形、热变形和加卫制造 误差而存在的有害间隙，使之迅速达到良好的贴合，以消除由此引起 的不良后果： 使活塞环的工作面尽快形成与气缸壁面配合良好的桶形剖面。 以便工作时具有理想的楔形油膜； 齿轮啮合处接触点变得均匀，形成连续油膜； 使柴油机迅速进入良好的工作状态。以便正式投入使用； 全面考核和检查柴油机加工、装配质量。 新柴油机零件或重新安装的零件表面，必然存在微观和宏观的 山东大学硕士学位论文 几何缺陷。直接投入使用，会导致柴油机早期磨损甚至失效。因此柴 油机出厂之前必须进行整机磨合以及主要性能参数的调试验证的台 架试验。整机磨合主要为了改善柴油机主要零部件摩擦副( 缸套、活 塞、活塞环；轴颈、轴承；凸轮、挺杆；内传动齿轮副等) 表面的形 貌及其接触状态，随着表面状态的改变，润滑状态由边界润滑、混合 润滑过渡为流体润滑为主要状态，保证和提高柴油机的工作特性和 运转寿命。 柴油机零件由于加工工艺、刀具、机床的原因及零件本身变形的 原因。摩擦副表面始终存在着不同程度的缺陷。即使精车精镗，刀痕也 有2 5 6 忽米的高度。精磨，刀痕高度也有l 一2 5 忽米。这些缺陷表 现为粗糙度、波度和形状误差如图1 - l 所示i l 】。 图1 1 气缸筒表面，放大2 5 0 0 倍的径向变形 1 表面波纹2 波纹波长3 表面租糙度4 理论表面5 真实表面( 近似表面中心线) 6 形 状误差 这些零件的磨擦表面缺陷，造成了磨擦副表面接触面积甚小，只 有理想表面积的1 0 一1 0 一。在高速滑动状态，磨擦副接触点瞬闻( 千 分之一秒) 产生7 0 0 8 0 0 高温。此时的高压、高温易导致金属表 面的塑性变形、局部融化、焊接、粘结。使发动机不能正常运转。所 以进行初期磨合是十分必要的。这是因为初期磨合在低速、空车和 小负荷状态逐渐加大到高速大负荷状态，磨平表面上的微凹凸体峰 都。降低表面粗糙度和部分波度，增加真实的接触面积。而次期磨合， 再修正宏观几何误差和波度，使波度小于粗糙度，进一步扩大真实接 触面积。确保在额定负荷下工作。这样以来就可以达到磨擦副表面产 2 山东大学硕士学位论文 生受控磨损，两磨擦表面相互适应。从而得到最好的承载关系和达到 最小的机械损失，起到以下作用： ( 1 ) 改善磨擦副的磨擦表面的接触状态，增大接触面积，减小 接触应力，提高承载能力，减少磨损。 ( 2 ) 降低磨擦阻力，提高机械效率，增加有效功率，降低燃油 消耗。 ( 3 ) 改善密封，提高压缩压力，提高指示热效率，减少曲轴箱 漏气，延长机油寿命。 ( 4 ) 提高柴油机功率，降低燃油消耗，使柴油机达到出厂验收 技术要求。 ( 5 ) 防止拉缸、烧瓦等异常磨损和损坏 1 1 2 磨合的重要性 磨合是保证机械正常使用的主要方法之一。作为柴油机生产最后 一道关键工序的柴油机出厂试车，分三个阶段：出厂试车磨合、出厂 试车调整，排除异常和出厂试车验收。通过这三方而工作，使柴油机 完成初期磨合，拌除三漏等异常故障，凋整供油提前角、配气间隙， 喷油压力等，使柴油机工作正常，各项指标达到技术标准要求，准予 出厂交货。 柴油机磨合是整机出厂前的关键工序，直接影响整机性能磨合 工序时间长，水、电、汽、气、柴油，机油消耗多，废液、废气排放量 大优化磨合规范并尽量缩短磨合时间，是柴油机生产厂家提高整机 性能和提高生产效率、减少能耗和捧放物的重要措施。 柴油发动机构造的主要材料是金属材料，如球墨铸铁、灰口铸铁 以及铝、调质钢、高锰钢等，刚加工出的柴油机各配合零件无论经过 多精细的加工，表面看去虽很光洁，但仍有观察不到的加工痕迹，如 果不经过运转磨合，直接投入重负荷工作，其零件表面就会产生划痕、 撞击等损坏现象，从而降低使用寿命，特别是工作时发动机的机件大 部分处于高速旋转状态，其摩擦量和撞击力就更大，磨合更显得重要 山东大学硕士学位论文 1 2 选题研究的且的意义 我国内燃机中小功率柴油机行业的出厂试车工艺基本上是按经 验法制定的，技术水平至少落后国外2 0 年，主要表现为时间长、质 量差、消耗大，在市场旺季基本上全靠拼设备、拼人力，加班加点来 生产，成为阻碍生产发展的瓶颈工序，当前世界石油资源日趋减少、 市场竞争日益激烈，该工艺有着迅速改革的必要性和紧迫性，也存在 着改革的巨大潜力和充分空间，开展相关研究具有重大的经济效益。 1 2 1 出厂试车磨合现状与问题 ( 1 ) 磨合时间和国外同类机型相比，普遍过长。 图1 - 2 是国外七十年代末收集的1 0 5 种柴油机( 其中增压机型4 4 种，非增压机型6 1 种) 的出厂试车时间【1 1 。 4 v ，、 髟勿 卜 - - 掰 l i - ， - - t - - 。 图1 2 柴油机产品的磨合时间汇总 可以看出： 8 5 的非增压机型，6 8 的增压机型磨合时何不多于9 0 m i n ； 6 0 的非增压机型，2 6 8 的增压机型磨合时间不多于7 0 m i n i 2 3 的非增压机型，2 2 7 增压机型磨合时间在1 5 4 0 m i n i 撙撕 啪 啪蓍盖靼审 山东大学硕士学位论文 功率在2 9 4 8 8 2 k w 之间的2 1 种机型磨合时间不多于6 5 m i n ； 日本洋马、久宝田公司单缸机磨合时间皆在3 0 m i n 以内。 据资料，当时国外1 0 5 种柴油机的出厂试车磨合时间不多于9 0 m i n 的有8 2 种，占总数的7 8 ；不多于7 0m i n 的有6 2 种。占总数的 6 0 ；有2 4 种机型( 占2 3 ) 磨合时间在1 5 4 5m i n 之间；特别是功率 为2 9 4 7 3 5k w 的1 8 种机型，磨合时间全部不多于6 5m i n 。其中有1 3 种不多于4 5m i n 。 柴油机出厂试车磨合时间长是柴油机设计、加工、检验、装配、 试验、材料、油料管理等综合水平低的体现。与国外相比至少落后2 0 年，表现为投资观念错位、质量差、油耗大 表1 l 所示国内大功率柴油机与国外差距也相当大 表1 1 行业及某些厂家对柴油机出厂试车磨合时间的规定1 2 l 繁油机飘号 嚣( 蕊标准代号 生产，名苏【讶掌) 或橛堆名豫 中夺功攀繁油机产晶质曩毋等舞穗 倒n q 5 l 年赫 n i 室ik1 2k 持垃铀囊构肇洼i n l n j 9 l _ 够鬟魏臻漉钒撞零索井l s o 1 9 5 _ z 囊d 2 山东餐i 钙蘩疆撬出口产晶拄豢蠢漭l 翰 1 9 5 z i i o 山泰智i 粥黎油祝e b 厂试事攮程 9 0 山拖发动机厂 硼 l o f l o k 臀，2 o f ，址d 山拖发幼机厂 2 l o 口 i f 2 2k w ，2 d t ，拦i d 擦穗疑油机厂 1 6 0 莱辫并j 勰扣霸椭 f 骺。7 7 。辨1 甜k n 挤谢繁油机厂 l 麓，1 9 d 纛列3 f s 8 3k n 滩坊聚泊枫 矗抛s 柏 f 3 纸铍3 。4 4 lk 们 搦髓 漳坊繁穗枫f 加囊裔油 1 3 ， 潍坊蔡油机珈 w d 6 廿 l i 棚k 复国f 如囊合li ，d ( 2 ) 磨合规范缺乏科学性依据 磨合规范是指在磨合期内影响摩擦副磨合质量，并能采取措施进 行改进的转速、负荷、作用时间以及磨合油的选用、材料的匹配等因 素的有机组合。 5 山东大学硕士学位论文 一般说来，柴油机分为四个磨损期，即初期磨合期f l 、性能磨合 期f ：、稳定磨合期f 3 和超期使用磨损期f ，如图1 - 3 所示 图i 3 柴油机磨损期曲线 所谓初始磨合期就是出厂试车磨合。这对每一台柴油机都是十分 必要的，磨合的好能改善柴油机零件摩擦表面的质量，改善柴油机性 能和提高柴油机的耐磨性。要使初始磨合得好，必须有合理的磨合规 范，合理的磨合规范应保证使机油内金属元素的含量变化基本趋于稳 定，如图1 4 。 小时 图1 4 金属含量趋于稳定示意图 现行的出厂试车磨合规范，大都是根据经验和参考同类机型制定 的。往往凭借经验类别法判定是否磨合好，磨合是否合理并无科学依 据。 我国中小企业前期投入不足、投入不到位，零部件整机质量波动 大。被迫最后试车总把关损耗大又被迫作后期大投入，而大投入就更 加困难，往往成为生产瓶颈工序，或加班加点或偷工减时，反而把不住 关，造成恶性循环。 6 根v 鞲囊 恹v 鞲鼍 山东大学硕士学位论文 国外先进企业的做法是加大前期相对较少的投入。努力保证零部 件和整机零缺陷，逐步实现零试车，以减少后期的大损失秘大投入产 品质量差表现在装配、试车返修率高，用户使用故障率高。三包服务费 损失大，故障率以百分计，而国外以千分计、万分计，差l 一2 个数量级 鉴于我国柴油机出厂试车工艺技术水平有着迅速变革的必要性、 紧迫性，也有着变革的充分潜力和空间。所以“少时试车”试验研究有 着长期及现实的重大意义。 1 2 2 原因分析 ( 1 ) 缺乏对出厂试车规范的科学研究方法 进行出厂试车磨合的试验研究主要有机油油样光谱分析法、摩擦 副表面型貌分析法、柴油消耗率分析法、曲轴箱漏气量分析法、拆检 分析法等一般企业不具备试验条件也不愿做细致的研究工作想缩 短出厂试车磨合时闻，不知从哪里下手。 ( 2 ) 遵循守旧，依照习惯做法 有了以前的规范后，试验人员不打算也不敢于去改变它，不敢轻 举妄动，盲目缩短，造成的后果无法担负责任。 ( 3 ) 投资观念陈旧 由于没有从良性循环入手，加大前期投入，即在零部件质量和装 配质量上加大投入。将解决三漏、柴油机调整等工序放在前期，这种 前期投入不足，零部件质量、整机装配质量不稳定，只有靠出厂试车 总把关。这样势必造成投入大、消耗大、甚至成为瓶颈工序，加班、 加点、偷工减料，往往把不住质量关。 1 2 3 磨合不当的后果 随着生产的发展和批量的增加， 题：不仅消耗大量油料、水电、人力、 其成为卡脖子工序。 出厂试车磨合工序成为严重问 而且厂房、设备不足，以至使 出厂前的磨合过程实际上是一个为达到预定的目的而采用加速 摩擦磨损的过程，往往因磨合不良造成拉缸，拉瓦等故障，若在磨合 7 山东大学硕士学位论文 过程中滑合面出现了异常磨损，或者磨合后滑合面未达到所希望的平 衡显微峰谷面，则磨合后达不到标定工况下的各项性能指标。下面是 导致的拉缸、拉瓦故障的主要原因【4 】。 ( 1 ) 活塞环与气缸壁、轴瓦与轴之间单位面积上承受压力过高 在初期磨合阶段，而导致，由于活塞环、气缸、轴瓦和轴的加工 制造误差与在装配时产生的预紧变形及工作时受热不均匀产生的热 变形等原因，使环与缸壁、轴瓦与轴之闯存在较大问隙，不能良好贴合， 引起单位面积上承受压力过大，当承受压力超过该状态下的油膜强度 时，就会出现金属阅直接接触，形成千摩擦，增加柴油机的咬合倾向，产 生拉缸、拉瓦故障。 ( 2 ) 活塞环与环槽的温度偏高， 在磨合阶段，环与环槽的温度过高的原因有： 环与缸壁贴合不良，存在较多间隙，明显地增大了环与缸壁间的 接触热阻； 高温炽热燃气由间隙处泄漏加剧了活塞环温度的增高； 磨合期间，工作面比较粗糙，且润滑条件恶劣，没有良好的楔形 油膜，而使摩擦阻力增大，摩擦生热多。 环与环槽温度升高。引起许多不良后果： 环与缸壁问润滑油膜变薄，承压能力降低，严重时油膜破坏； 导致润滑油结胶，严重时，环被粘结于槽道内，形成死环，使环完 全失去弹性。起不到密封燃气的作用 ( 3 ) 润滑条件恶劣 在磨合阶段，气缸与环之间的润滑条件是比较恶劣的，原因有： 活塞环处的温度较高； 环与缸壁闻单位面积上的承受压力过大； 活塞环尚未形成与气缸壁面配合良好的桶形剖面，不仅在上、 下死点处换向时产生严重的边界刮擦现象，而且在行程的其它部位， 环与缸壁间也不能形成理想的楔形油膜； 当柴油机在低转速低负荷下磨合时。由于燃油雾化不良，且滞 燃期长，没有烧掉的燃油会随同废气漏入曲轴箱，此时燃油就稀释缸 8 山东大学硕士学位论文 壁上的润滑油。润滑油一旦被燃油稀释，质量急剧变坏，油膜强度迅速 降低，丧失润滑功能。尤其在磨合初期阶段，环与缸壁贴合不良，存在较 多间隙，低速时磨损量又小，间隙不能很快消除，从而加尉了燃油随同 废气的泄漏量，增大了燃油对润滑油的稀释作用，对低转速下长时问 磨合是十分不利的 ( 4 ) 工作面粗糙度较高，且滑合面的磨粒大而硬，有促使咬合的 倾向 在磨合阶段，滑合表面粗糙，此时的摩擦磨损是两滑合面的凸起 处与凹陷处彼此犬牙交错，且凸起处部分地被冷变形或挤压掉，部分 地被剪切掉，如同锉刀锉平面那样。由磨合表面锉蚀下来的金属微粒 比正常摩擦磨损下来的金属微粒磨粒大、数量多，硬度高，且多带失 角，加快了摩擦磨损速率，促使磨合迅速完成，但它也使咬合倾向趋于 严重，容易出现拉缸、拉瓦现象 1 3 课题研究的必要性和可行性 鉴于以上问题及分析，可知柴油机机生产制造的最后一道关键工 序柴油机出厂试车磨合，对柴油机制造质量十分重要而科学、 合理的出厂试车磨合规范，不仅能使柴油机出厂试车磨合质量得到充 分保证，而且可以达到以最小的投入( 工时、水电、油料、设备、厂 房) 取得最大效益的目的。因此，开展柴油机的出厂试车磨合规范研 究十分必要和迫切。 柴油机良好的磨合规范的优化目标可以确定为： ( 1 ) 磨合期内总磨损量小； ( 2 ) 磨合完成时磨损率较低而且稳定； ( 3 ) 主要摩擦副缸套、活塞环表面接触品质改善，无擦伤，接触面 密合性能好； ( 4 ) 耗油率下降，达到规定值i ( 5 ) 柴油机功率、扭矩达到额定工况设计值： ( 6 ) 实现合理的最短的磨合时闯。 现阶段进行磨合规范的研究具备了可行性的条件， 9 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 研究具有了科学的试验手段，掌握了如油样光谱分析法、 铁谱分析法，形貌分析法、扫描电镜分析法、摩擦功及油耗率分析法、 漏气量分析法、拆检分析法等分析技术，可定性、定量的为制订新规 范提供科学手段 ( 2 ) 掌握了提高磨合质量、缩短磨合时间的技术措施。主要为 光整加工及往机油内添加一定比例的促磨添加剂等措施，使磨合时问 更加缩短，磨合质量更好 ( 3 ) 企业经营管理者、生产加工等人员对磨合的重要意义认识 的提高，观念的转变都使研究具备了可行性 通过对影响柴油机出厂试车磨合因素的分析可以看出，一台定型 的柴油机设计因素暂不考虑，操作因素可以控制，而从运转因素、机 油粘度、添加剂及工艺因素等方面采取措施，加以研究，达到提高磨 合质量、缩短磨合时间，完全是可行的。 1 4 本课题的工作内容 1 4 1 课题立项开展 经过探讨和论证，山东内燃机学会提出课题研究的动议，并召开 了主要柴油机生产厂家课题研讨会议，会议对柴油机出厂试车磨合规 范研究的必要性、可行性、和国内外情况进行了研讨，讨论了该试验 研究的意义、方法、步骤并确定组织实施该课题研究，成立了柴油机 出厂试车磨合规范研究课题组 1 4 2 研究步骤 ( 1 ) 原规范摸底：以摸清原规范磨合质量现状，是否磨合过剩 或磨合不足，为制订新规范提供依据； ( 2 ) 根据摸底情况，制订新规范，并进行试验验证和改进； ( 3 ) 加提高磨合质量、缩短磨合时间措施后新规范的试验验证 改进； ( 4 ) 小批验证试验； i o 山东大学硕士学位论文 ( 5 ) 工艺定型和批量投产 1 4 3 研究成果 经过试验研究，课题研究组先后在华源莱动等企业的十余种机型 上进行研究，制订的新的规范时间缩短了将近一倍，取得每年节约油 料费、工时费1 5 0 一3 0 0 万的经济效益。 例如某企业四缸机，出厂试车运转时间由原来的1 5 0 m i n 缩短为 6 0 m i n 。缩短了9 0 m i n ，只有原来4 0 。某企业6 缸机，出厂试车运转 时间由原来的1 1 0 m i n 缩短为6 5 m i n 缩短了5 0 m i n ，只有原来5 4 。 另种船用6 缸机型出厂试车运转时间由原来的4 0 5 m i n 缩短为 2 1 0 m i n 缩短了1 9 5 m i n ，只有原来5 2 。 这些企业普遍反映，新规范不仅省时节能，而且磨合质量得到保 证。 1 5 本章小结 柴油机磨合是非常必要的，它是整机出厂前的关键工序。直接影 响整机性能。磨合工序时间长，水、电、汽、气、柴油、机油消耗多。 废液、废气排放量大我国内燃机中小功率柴油机行业的出厂试车工 艺基本上是按经验法制定的，技术水平至少落后国外2 0 年，磨合时阀 和国外同类机型相比，普遍过长，磨合规范缺乏科学性依据优化磨 合规范并尽量缩短磨合时间，是柴油机生产厂家提高整机性能和提高 生产效率、减少能耗和排放物的重要措施。 本章提出磨合的概念及重要性，介绍我国出厂试车磨合现状及与 国外差距，如磨合时问长、磨合规范缺乏科学性依据等，分析造成该 情况的原因：缺乏对出厂试车规范的科学研究方法；遵循守旧，依照 习惯做法；投资观念陈旧。由此引起不良后果：浪费了时闻、人力、 物力t 磨合质量不好，造成故障多等。通过分析影响磨合的因素来理 解合理的磨合规范对磨合有着重要的影响。现阶段进行磨合规范的研 究具备了可行性的条件：掌握了科学的试验手段；掌握了提高磨合质 量、缩短磨合时间的技术措施；企业经营管理者、生产加工等人员对 磨合的重要意义认识的提高，观念的转变都使研究具备了可行性 当前世界石油资源日趋减少、市场竞争日益激烈，研究制订科学 的磨合规范有着迅速改革的必要性和紧迫性，也存在着改革的巨大潜 力和充分空间，开展相关研究具有重大的经济效益。 山东大学硕士学位论文 第二章柴油机出厂磨合的理论依据f 3 】 2 1 摩擦 摩擦( f r i c t i o n ) 主要包括由接触力学产生的弹、塑性接触，及 由接触状态产生的点接触、线接触和面接触等过程是“两表面接触 并受外力作用，而作相对滑动运动、滚动运动或即将运动时，接触面 产生对运动方向阻碍( 摩擦力) 现象”。 摩擦取决于接触物体的表面粗度、重力和两摩擦面闯的分子吸 引或亲和力，或粘附力、附着力、凝附力。因物体的粘弹性而产生剪 切歪变阻力，依接触面形状、性质、压力、温度及点、线、面等接触 形态和弹、塑性变形等情况而不同。 机械摩擦依摩擦运动方式和条件可分为：滑动摩擦、滚动摩擦 和混合摩擦；根据接触方式和状态可分为：线接触摩擦、点接触摩擦、 面接触摩擦；依摩擦状态分为静摩擦和动摩擦；依润滑状态不同又分 为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。摩擦是动力能源损失的 主要原因。研究改善机械的摩擦润滑，是节约能源和减少磨损的关键 在一定的压力下，表面问摩擦阻力的大小与两表面问的摩擦状 态有密切关系，不同摩擦状态下，产生摩擦的物理机理是不同的 2 1 1 摩擦状态 摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四 大类，干摩擦、边界摩擦( 润滑) 、液体摩擦( 润滑) 和混合摩擦( 润 滑) ，如图2 1 所示。 ( 1 ) 干摩擦 两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦， 称为干摩擦。在工程实际中没有真正的干摩擦。因为暴露在大气中的 任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润 滑油所湿润或受到”污染”，这时，其摩擦系数将显著降低。在机械设 计中，通常把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。见图2 一l ( a ) 山东大学硕士学位论文 图2 - l 摩擦的分类 ( 2 ) 边界摩擦 两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜，两表面仍是凸峰接触的摩 擦状态称为边界摩擦。与干摩擦相比，摩擦状态有很大改善，其摩擦 和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。 ( 3 ) 液体摩擦 两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。此 种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩 擦系数极小。这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。 ( 4 ) 混合摩擦 两表面问同时存在干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的状态称为混合 摩擦。 山东大学硕士学位论文 2 1 2 摩擦特性曲线 液体摩擦润滑状态是最理想的润滑状态；干摩擦是应该避免的； 边界摩擦和混合摩擦最常见，亦称边界润滑和混合润滑状态。有时也 叫半液体润滑状态。试验证明，这三种实际存在的摩擦润滑状态是随 某些参数的改变而相互转化的。它们的摩擦系数f 与流体粘度h 、相 对滑动速度v 、单位面积上的载荷p 之间的关系如图2 - 2 所示。 l 造l 黼 毒压嘲)j e 嘲) 、 电 占， 1 f 【- 弓7 ；7 二一t 建刊 厂 “1 o q v 沁 图2 2 三种摩擦状态关系 2 2 磨损 2 2 1 磨损过程及曲线 两摩擦面直接接触粘( 凝) 附或介入杂质、腐蚀物及因高压，高 温、冲击、振动( 疲劳) 而产生的摩擦面减量，运动副表面的摩擦导 致表面材料的逐渐消失或转移，称为磨损。图2 3 为磨损过程图。由 图可见磨损过程大致可分为三个阶段。 i 为跑合磨损阶段，由于机械加工的表面具有一定的不平度存 在；运转初期、摩擦副的实际接触面积较小，单位面积上的实际载荷 较大，因此，磨损速度较快。经跑合后尖峰高度降低，峰顶半径增大， 实际接触面积增加，磨损速度降低。 为稳定磨损阶段，机件以平稳缓慢的速度磨损，这个阶段的长 1 4 山东大学硕士学位论文 短就代表机件使用寿命的长短 为剧烈磨损阶段，经稳定磨损阶段后，使精度降低、问隙增大， 从而产生冲击、振动和噪声，磨损加剧，温度升高，短时间内使零件 迅速报废。 铷 _ 曩 曩曩 珊l 搬蠢 ，抛撤 撇j i ； 墨 。 l 矗 厂 d 栩f 图2 - 3 磨损过程图 2 2 2 磨损的分类 按破坏的机理，磨损主要有四种基本类型，即粘着磨损、接触疲 劳磨损、磨料磨损和腐蚀磨损 ( 1 ) 粘着磨损 当摩擦表面的不平度凸峰在相互作用的各点产生结点后再相对 滑移时，材料从运动副的一个表面转移到另一个表面，便形成了粘着 磨损。滑动轴承中的”抱轴”和高速重载齿轮的”胶合一现象均是严重的 粘着磨损。 ( 2 ) 接触疲劳磨损 受变应力的摩擦副，在其表面上形成疲劳点蚀，使小块金属剥落， 这种现象称为疲劳磨损。接触疲劳磨损常发生在滚动轴承、齿轮、凸 轮等零件上 ( 3 ) 磨粒磨损 1 5 山东大学硕士学位论文 从外部进入摩擦面间的游离硬质颗粒或摩擦表面上的硬质凸峰， 在摩擦过程中引起材料脱落的现象称为磨粒磨损 ( 4 ) 腐蚀磨损 在摩擦过程中、摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反应 的磨损称为腐蚀磨损，腐蚀可在没有摩擦的条件下形成，而相对运动 消除了化学反应的生成物，接着表面又受到腐蚀，如此不断反复 实际上，大多数的磨损都以复合形式出现，即以上几种磨损相伴 存在。微动磨损就是一种典型的复合磨损微动磨损发生在相对静止 的摩擦副上，但须在环境振动影响下，使结合面间沿表面方向有微幅 振摆，才能产生。 2 2 3 磨损的危害 磨损不但损坏机械，降低运转效率而且直接影响经济效益，间 接浪费能源。在工业产品中，主要有粘结磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、 摩擦化学疲劳磨损、摩擦化学腐蚀磨损、气蚀等。粘结磨损主要采用 最合适的润滑剂来解决，一般采用粘度适当的和抗磨油性最好的润滑 剂；磨粒磨损是两摩擦面问存在磨损性粒子引起的非正常磨损，在工 业上的磨损损失中约占5 0 ，它受磨粒形状、硬度影响外，也受摩 擦面性质及负荷等影响；疲劳磨损取决于摩擦机构的设计和材料性 质、