内燃机流体润滑技术的发展及其在我国的应用-

1、3基金项目:国家自然科学基金资助项目(503751151收稿日期:2005-10-11作者简介:孟凡明(1971,男,博士后,主要研究方向为摩擦学1E 2mail:f mmengxjtu 1edu 1cn 1内燃机流体润滑技术的发展及其在我国的应用3孟凡明1张优云2(1.清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084; 2.西安交通大学润滑理论及轴承研究所陕西西安710049摘要:讨论了内燃机摩擦学研究中流体润滑技术在润滑模型、计算方法、润滑剂、润滑表面和润滑工况的监测等方面近年来取得的成果和研究进展;通过与主要发达国家内燃机流体润滑技术研究和应用的对比分析,阐述了目前国内内燃机流体润滑研究、应

2、用和人才培养中存在的差距和遇到的问题。指出先进润滑系统模型及求解方法、性能良好的润滑剂、润滑表面和润滑工况的监测的研究仍是今后内燃机润滑技术研究的重点。在此基础上,结合世界相关内燃机工业的发展趋势,预测了新世纪内燃机流体润滑技术的两个新的发展方向。关键词:流体润滑;润滑模型;内燃机中图分类号:TK413133文献标识码:A 文章编号:0254-0150(20068-160-5Develop m ent i n Flui d Lubr i ca ti on Technolog i es i n I nterna lCo m busti on Eng i n es and its Appli ca

3、 ti on i n Chi n aM e ng Fa nm ing 1Zha ng Yo uyun2(1.State Key Laborat ory of Tribol ogy,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Theory of Lubricati on and Bearing I nstitute,Xi an J iaot ong University,Xi an Shaanxi 710049,China Abstract:The fluid lubricati on technol ogy development hist ory o

4、f an internal combustion engines (I CE and its app lica 2tion in China in the past years were reviewed and the current devel op ing situati on of I CE was summarized .It is pointed out that researches on advanced lubricati on models,solving method,lubricant and lubrication surface with good quality,

5、and lu 2brication condition monitoring are still i mportant research subjects for I CE in the future .Main gap s and difficulties in the fluid lubrication research and app lication in China,as compared with these in developed countries,are pointed out .Based on the above analyses,t wo devel op ing t

6、rends of the lubrication in the com ing years were put for ward .Keywords:fluid lubricati on;lubrication model;internal combustion engine内燃机流体润滑技术的目的是通过润滑原理来实现内燃机润滑部件(包括活塞、连杆、曲轴轴承和气门座等功能保障并降低摩擦功耗和减小磨损。人类自觉或不自觉地应用流体润滑技术已有很长的历史,但真正把流体润滑技术的理论应用到内燃机的研究中也不过百余年的时间。自从1886年,雷诺建立了奠基性的流体动压方程雷诺方程后,静压润滑、动压润滑、弹性

7、流体润滑、混和润滑、边界润滑等流体润滑理论得到充分发展。1925年,Stant on 发表了第一个关于活塞环润滑性能研究的结果,之后,流体润滑技术在内燃机上的应用开始成为人们的研究重点之一。自从1965年Jost 报告中首次提出了摩擦学(Tribol ogy 的概念以来,内燃机流体润滑技术伴随着整个摩擦学的发展,取得一系列理论和应用上的成果。今天,内燃机流体润滑技术已从当初单一的学科领域知识、简单的应用,向着跨学科融合和深入的方向发展。1内燃机流体润滑技术国际研究现状从雷诺建立雷诺方程到今天,内燃机流体润滑技术在内燃机上应用的发展大致经历过了以下几个阶段:(1通过简化雷诺方程来求解内燃机润滑部

8、件的摩擦学性能。其中的一个重要成就,是依据短轴承理论,通过简化的雷诺方程,来求解活塞环的润滑性能。其中,最早的具有代表性的工作是1925年Stanton 关于活塞环润滑性能研究的结果。(2在1940年后期,由于对流体润滑技术获得了进一步的了解,人们已经开始利用数值迭代方法求解曲轴轴承在内的轴承问题1-3;同时,动压润滑的稳定性也成为人们关注的焦点。(3内燃机润滑技术获得快速发展的时期(19601995年。这时期代表性的成就有:1960年初,人们已经成功地利用计算机求解了轴承热动压和等温线接触弹性动压问题4;20世纪70年代末期,2006年8月第8期(总第180期润滑与密封LUBR I CATI

9、 O N ENGI N EER I N GAug .2006No 18(serial No 1180Furuhama5发表了内燃机载荷主要由流体润滑油膜承担6-8;1970年,Neale9阐述了缸套2活塞环可能的磨损机制;1978年,Patir和Cheng10提出了平均流量模型,之后该模型被广泛地运用于活塞裙和轴承的求解中;1980年,Knoll和Peeken11给出了活塞裙润滑求解;1983年,Dennis首次研究了活塞的二阶运动;20世纪80年代后,Rhode12通过把平均流量模型和Greenwood等13的微凸体接触模型结合起来,进行了缸套2活塞环的润滑分析;1989年,吴承伟和郑林庆1

10、4提出的接触因子理论,大大简化了平均流量模型的复杂性,之后这一理论在内燃机等的流体润滑求解中得到广泛应用;1992年Zhu Dong15等首次建立了活塞裙部与缸套间的混合润滑模型。近期(1995年至今,内燃机流体润滑取得了快速发展,主要成果可归纳如下:(1一些较为先进的数值方法运用于内燃机润滑部件的润滑求解。如多重网格法、有限元法,边界元法和并行算法被用于活塞裙和曲轴轴承的流体润滑的求解,大大丰富了人们对内燃机部件润滑行为的了解。(2一些先进的优化方法,如多目标优化法、神经网络、遗传算法和粒子群算法等被用于内燃机润滑部件的工况参数的优化。(3先进流体润滑模型的发展。内燃机流体润滑建模正向着多学

11、科方向发展,多领域知识的耦合成为人们研究的重点。(4一些有价值的润滑表面处理和涂层技术的相继应用,减少了内燃机润滑部件的某些动压润滑失效的发生。开发出一些先进的涉及流体润滑的部件,如低摩耗的活塞环、活塞裙型面等。(5虚拟流体润滑技术伴随着虚拟内燃机研究发展的出现,节省了内燃机润滑部件的流体润滑研究的人力和财力。利用最近出现的内燃机润滑分析软件,如G M公司开发的发动机摩擦与润滑分析软件包FLARE、NSK轴承公司研制的高寿命和高可靠性的汽车发动机轴承和AVL公司开发的用于曲轴润滑和动力学分析的Excite软件,可进行内燃机润滑部件的虚拟设计和性能分析。虽然人们在内燃机流体润滑的研究和应用上取得

12、了不少的成果,但仍然有一些传统的润滑问题没有得到根本的解决。例如,研究表明,现有的发动机因摩擦造成的功率损失占据了整个发动机功率损失的80%,而内燃机润滑部件的损失依然占据了整个摩擦功率损失的50%60%16。截至目前,明显缩短求解内燃机润滑部件的润滑性能的计算方法还没有出现,内燃机润滑理论还没有大的发展,一些润滑失效引起的故障还存在诊断不准等现象。2我国内燃机流体润滑研究现状211润滑失效事故普遍存在内燃机流体润滑技术一个重要任务是实现内燃机润滑部件的功能保障。在我国内燃机的使用中,内燃机润滑部件系统失稳等现象常有发生,轻则引起内燃机振动、效率降低,重则内燃机停开而影响正常运行,甚至导致机毁

13、人亡的特大事故。例如,1995年运行于赤峰段的0582号内燃机车因空气中含沙量高造成活塞、活塞环、气缸套非正常磨损,中途更换活塞连杆组的机车就有15台17。20012003年,由于曲轴、轴瓦间油膜间隙不当,郑州铁路局的DF4、DF7发生多起柴油机主轴瓦碾片事故18。这些事故造成了重大的经济损失。近年来,通过对状态参数的检测与控制,及时调整工作状态或停机以避免事故扩大,但这样操作的结果,大大降低了内燃机的运行效率。212与工业界的联系缺乏紧密性发达国家的工业部门非常重视内燃机流体润滑的研究和应用,在历届的世界摩擦学大会的参加者中,有相当部分来自工业部门的流体润滑研究者19。一些国外大的公司也设有

14、流体润滑研究所,如通用、福特汽车公司。对内燃机流体润滑技术的研究、应用以及人员培养应当与工业界联合进行,并紧紧围绕工业界所遇到的润滑问题。遗憾的是,当前由于种种原因,我国内燃机流体润滑技术的研究在相当大程度上还停留在研究生培养的学术层次上,虽然每年关于内燃机流体润滑研究的论文不少,但真正能用于指导内燃机实践的不多。其后果是,一方面是使内燃机流体润滑研究没有充足的经费,研究工作难以展开,即使拥有内燃机润滑的新技术,这些新技术往往也难于转化为生产力;另一方面,工程实际中的内燃机润滑问题依然不能得到有效解决。同时,涉及到内燃机润滑部件元件的流体润滑的创新技术不多,例如国外研究较多的活塞裙和活塞环型面

15、,我国还处于起步研究阶段。213研究水平及规模我国内燃机流体润滑技术的研究总体上落后世界美国德国等主要发达国家大约20多年。例如,美国早在20世纪80年代便展开活塞裙部动压润滑的多因素耦合研究,我国直到最近才开始这方面的研究工作20。从内燃机流体润滑发展历史来看,我国对内燃机流体润滑学科的贡献较小,原创性成果缺乏。要赶上美国等发达国家,还有很长的路要走。另一个主1612006年第8期孟凡明等:内燃机流体润滑技术的发展及其在我国的应用要问题是,内燃机流体润滑技术人才的流失严重。由于人们对内燃机行业的摩擦学重要性缺乏足够的认识,目前我国内燃机流体润滑研究面临的被动局面是:一方面,在校的学生不愿意接

16、受复杂的内燃机润滑技术学习或进行该方面的研究;另一方面,现有的内燃机润滑研究人员出国加入国外相关内燃机研究公司、转行的现象颇为严重,结果是优秀的内燃机流体润滑研究者缺乏,人才断层现象严重,一些关系到国家安全的内燃机润滑技术不得不依靠国外提供,严重威胁到国家的安全。3内燃机流体润滑技术今后发展重点311流体润滑的建模对内燃机安全与节能要求的不断提高,增加了人们对内燃机流体润滑模型的准确性的要求。在过去100多年里,人们提出了一些基于雷诺润滑方程的内燃机润滑部件的修改润滑模型,如计入流体惯性、包含润滑表面材料信息和动力学耦合因素的活塞裙润滑模型;同时,建立了大量的内燃机润滑部件的磨损模型。这些模型

17、在一定程度上预测了油膜润滑性能和材料的磨损行为,但是,它们不足之处依然存在,理论上和试验中的不一致性现象也很普遍,而且这些磨损模型普适性不强。西安交通大学润滑理论及轴承研究所的研究21表明:对于非稳工况内燃机润滑部件,使用双雷诺边界条件作为油膜压力的边界条件比传统的压力边界条件更符合实际,但双雷诺边界条件难以保证润滑油流量的连续。由一台内燃机短期磨损行为试验得出的磨损模型,很难适用于该台内燃机长期的磨损行为,也很难适用于其它内燃机;与润滑技术相伴的多达2000种22磨损公式令内燃机设计人员难以选定。截至目前,人们还不十分清楚内燃机润滑部件的每时每刻的润滑状态,而传统的对这些部件润滑性能的研究往

18、往以一种固定的润滑状态模型代替,致使计算结果与实测值相差较大,导致润滑失效的发生。例如,人们研究配气机构的润滑性能时,若使用混和润滑模型而忽略了它可能处于边界润滑状态,配气机构就有可能发生粘着磨损,引起其表面的温度快速升高而导致配气机构的润滑失效。到目前为止,对于发生边界润滑的判定以及边界润滑各阶段的临界温度的判定还停留在经验公式上,而且经验公式中的一些参数的选定还存在人为的因素。随着纳米添加剂的发展,内燃机润滑状态将会被扩展为4种,即流体润滑、弹性流体润滑、边界润滑和薄膜润滑状态。这样,润滑方程包含的膜厚比参数或为传统的油膜厚度与表面粗糙度之比,或为油膜厚度与分子有效半径之比。因此,准确的、

19、普适性强的、容易被掌握的润滑模型以及与之相联的磨损公式、润滑状态的确定、薄膜润滑状态下的润滑模型以及与之相联的磨损公式等,将是内燃机流体润滑建模今后研究的重点。312求解方法在内燃机100多年的发展过程中,内燃机润滑部件的润滑求解方法也在不断地发展。特别是随着计算机技术的发展,一些先进的求解方法不断出现。在1940年后期,人们摆脱了轴承冗繁的解析法求解,开始利用数值迭代方法求解轴承的问题23-24。在内燃机润滑性能求解方面,雷诺润滑方程的求解一直占据核心的位置。由于需要多次求解雷诺润滑方程才能获得润滑部件在完整内燃机工作循环内的润滑性能,这就极大地增加了求解时间。为了减少求解时间,目前的雷诺润

20、滑方程主要求解方法有:采用其简化的一维形式的解析解,但由于对雷诺润滑方程进行了简化,求解结果与实测量的结果不免产生大的误差;另一种普遍使用的方法是,采用差分方法对二维雷诺润滑方程进行求解,该方法虽然相对其它方法求解速度比较快,但由于对求解域形状要求严格,不适合非规则几何形状的内燃机润滑部件,从而降低了求解精度。其它的方法,如有限元法、边界元法、多重网格法等数值方法也相继被用于内燃机润滑部件的雷诺润滑方程的求解上,但这些方法各有优缺点,例如,有限元法避免了差分法的一些缺点,但计算速度较慢;边界元法简单明了,但求解范围有限;多重网格法的网格划分及边界上求解繁琐。对于初始位置不确定的润滑部件润滑性能

21、求解,诸如活塞裙作二阶运动时,上述方法为达到初值的收敛,往往需要多次迭代才能完成,这就耗费了极大的机时。近年来,出现了通过现有的如ANSYS及NAS2 TRAN等商用软件和上述润滑求解方法的联合,来实现内燃机多因素润滑问题的求解,但由于商用软件价格昂贵、操作复杂和难以忍受的联合求解时间,限制了这种方法的使用。最近,人们利用快速傅立叶变换来求润滑表面的弹性变形和温度等25,在一定程度上缩短了计算时间。但截至目前,明显节省求解润滑部件多因素耦合下润滑性能时间的方法还没有出现。除此之外,诸如神经网络等的人工智能的方法也被用于活塞裙润滑性能的预测上26。这种方法虽然在一定程度上能对润滑特性、磨损等进行

22、预测,但需要以大量实验数据为基础,对问题的解释也只能是表象的,而非本质的。可以预见,随着内燃机流体润滑261润滑与密封总第180期研究对象复杂性的增加,人们既需要发展在大型计算机上也需要发展在个人计算机上应用的先进求解方法和途径,以在保证精度和加快求解速度的前提下,实现内燃机复杂的流体润滑问题的求解。313良好的润滑剂良好的润滑是减少润滑失效的主要途径。性能良好的润滑剂一直是人们研究的重点。特别是近年来车辆工业的发展,对润滑剂的性能提出了更高的要求。例如,日益受人关注的耐高温发动机,为了使发动机在活塞环顶部的润滑剂达到540°高温27时不发生爆炸,人们迫切需要耐高温的润滑剂。虽然少污

23、染和节能的动力装置(如电动汽车日益成为人们研究的热点,并有可能最终取代内燃机在某些方面的应用,但到目前为止,由于蓄电池设计和储能飞轮系统等存在的问题,这些装置还没有实现理想的应用。虽然人们在耐高温/低温、无污染润滑剂的合成方面已取得一些进展,但实际中仍然有不少问题限制了它们的研究进展。例如,耐高温润滑剂的合成缺少诸如抗磨、耐腐蚀等有效的添加剂,广泛的耐高温、低摩擦因数的润滑剂仍在研究之中。低摩擦因数、耐高温/低温、无污染润滑剂,仍是今后的重要研究目标。在润滑剂中加入高聚物添加剂使之呈现出非牛顿流体的特性,从而改善润滑部件的润滑性能,成为当前人们研究的另一个研究重点28-29。但我们的研究表明,

24、不适当的高聚物添加剂物性参数,不但不能提高润滑部件的承载能力、降低摩擦因数,反而会使其承载能力下降、摩擦因数增高。因此,通过控制高聚物添加剂的关键物性参数来改善润滑剂的性能是人们今后要解决的问题。314润滑表面的研究良好的润滑表面是降低摩功耗、减少润滑失效的重要途径。在过去几十年,内燃机的润滑表面的形状设计、形貌的统计和概率甚至表面的分形几何信息30对流体润滑的作用以及多领域知识耦合的润滑行为,一直是人们的研究重点。为了更深入地研究内燃机润滑部件的流体润滑的各种行为,最近,人们开始关注油膜力作用下诸如曲轴轴承和连杆轴承等润滑表面的疲劳和断裂。目前,由于计算机存处能力和软件功能等限制,这方面的工

25、作还停留在润滑表面的简单建模上,润滑表面形貌也常作了一定的简化。可以预见,将来随着内燃机润滑问题研究的逐步深入和计算机技术的发展,包含更为全面的表面形状、形貌等信息和设计出具有专门功能形貌的内燃机润滑部件的流体润滑技术研究将会得到快速发展。除此之外,人们也在积极地改善内燃机润滑部件的润滑表面性能。在过去的几十年中,表面处理和涂层技术一直被研究并在内燃机润滑部件中得到了一定应用,但要获得理想的润滑表面以减小摩擦功耗,还有很长的路要走。315润滑工况的监测目前,内燃机润滑工况监测常用的主要方法之一是利用轴心轨迹来判断主轴承的油膜厚度、气蚀、磨损、胶合、擦伤等。这种方法,通常又有Mobility 法

26、、Hahn法和Holland法以及在它们基础上的少量改进的方法。这些方法对内燃机主轴承的润滑工况甚至与之相联系的其它部件的工况的监测起到了一定的作用,但其不足是计算与实测得到的轴心轨迹往往相差较大,以至于主轴承故障的漏诊或错诊时常发生,其主要原因是影响轴心轨迹的一些因素在这些方法中没有考虑到。例如,我们发现,曲轴的变形会导致轴心轨迹的发散,而上述方法中均没有考虑到。因此,要利用轴心轨迹来诊断特定内燃机的主轴承的润滑工况,还需要对上述的方法进行针对性的修正。目前,利用机油中金属成分的种类及数量进行铁谱分析以评价内燃机的运行工况进行故障分析和预测,是内燃机界普遍使用的另一种重要的监测方法。从它们目

27、前使用情况看,铁谱分析技术(包括离线铁谱和在线铁谱分析技术在内燃机润滑工况监测上取得了一定的成果,但要建立具有良好推广性的铁谱分析技术,还需要人们做多方面的努力。4内燃机流体润滑技术发展新方向准确地预测内燃机流体润滑技术的今后发展方向是困难的,它很大程度上与相关科学的发展、国家相关行业的技术进步密切相关。但以下两点可能成为今后内燃机流体润滑新的研究对象。411多体润滑问题流体润滑建模的有效性根本取决于对研究对象的物理、化学性能的了解程度。到目前为止,人们对于传统的纯净的润滑油和其它物质共存时的内燃机流体润滑行为(即多体润滑知之甚少。但这个问题由于以下原因正在变得越来越重要。首先,润滑添加剂的发

28、展促使了人们有必要进行多体润滑的研究。同时,运行于污染环境中的内燃机(如我国西部地区常因污染颗粒的入侵而发生功率下降和磨损加快等现象,也增加了进行多体润滑的研究紧迫性。虽然对多体润滑剂的研究已取得了很大的进展,例如现有的研究已发现,污染颗粒会增大润滑油膜的摩擦力、改变油膜压力的分布等31,但对多体润滑机制的研究,目前总体还了解不多。可以预见,以下工作将是今后3612006年第8期孟凡明等:内燃机流体润滑技术的发展及其在我国的应用多体润滑研究的课题:多体润滑的普适性方程的建立和验证;多体润滑的机制和多体润滑的数值方法的研究;多体润滑的流场显示技术等。412基于多学科知识的内燃机流体润滑技术纵观内

29、燃机润滑部件的研究的历史,100多年来,虽然有大量的流体润滑研究成果出现并应用于实践,但大部分研究主要集中在内燃机润滑部件的单个润滑行为研究上,这些研究共同的特点是:由于研究问题的复杂性,一般是孤立地研究润滑部件的润滑性能,即使少数研究涉及到这些部件的润滑性能、动力学性能和燃烧性能等的耦合,但耦合的程度,无论从广度和深度上讲,往往都是不高的。因此,要全面而深入地研究内燃机润滑部件的润滑行为,有必要将内燃机燃烧、摩擦、动力等多种学科知识,通过合适的途径,有机地融入到润滑部件的润滑技术研究中,同时这也是内燃机整机性能深入分析和性能优化的有效途径。就当前国内外内燃机流体润滑技术的研究现状来看,要达到

30、这个理想的目标,有太多的问题需要解决。5结束语立足于国情,紧跟国际内燃机流体润滑技术研究的趋势,迎头赶超,是我国内燃机流体润滑技术应该走的道路。在国家政策、工业界和其它领域专家的支持下,在内燃机润滑技术界同人的共同努力下,我国内燃机流体润滑技术的研究与应用定会得到大的发展,与发达国家的差距定会缩小。参考文献【1】Stanton T E.The fricti on of p ist ons and p iston ringsJ.The Engineer,1925,139:70-72.【2】Heldt P M.Effects of Pist on Pin OffsetJ.Aut omotive I

31、 n2 dustries,1953,108(5:28-29.【3】Griffiths W J,Skorecki J.Some A s pects of V ibration on a Single Cylinder D iesel EngineJ.J Sound V ibration,1964,1(4:345-364.【4】Zienkiewicz O C.Temperature distribution within lubricating fil m s bet w een parallel surfaces and the effect on the p ressuredistributi

32、onC.Proceedings of a Conference on Lubrication and W ear.I nstitute of Mechanical Engineers,1957:135-141.【5】Furuhama S.A Dynam ic Theory of Piston R ing Lubrication J.Bulletin of the JS ME,First report2Calculation,1960,2:423.【6】R ichez M F,Constans B,W inquist K.Theoretical and Ex2 peri m ental Stud

33、y of R ing2liner Fricti onC.Proceeding9th Leeds2lyon Sy mposium on Tribol ogy,Butter worth,1982:1223.【7】Furuhama S,TakiguchiM,Tom izawa K.Effect of Pist on andPist on R ing Designs on the Piston Friction Force in D iesel En2 ginesJ.S AE1981,No810977.【8】Ting L L,Mayer J E.Pist on ring lubrication and

34、 cylinder bore wear analysis.TransJ.AS ME,J Lub Tech,1974,96(3:305.【9】Neale M J.Piston ring scuffing2A broad survey of p roblem s and p racticeC.Proc Inst Engr,1970/1971:185-21.【10】Patir N,Cheng H S.An Average Fl ow Model f or Deter m ining Effect of Three D i m ensional Roughness on Partial Hydrody

35、2nam ic LubricationJ.AS ME J Lubri Tech,1978,100(1:12-17.【11】Knoll G D,Peeken H J.Hydr odynam ic Lubricati on on the Piston2Skirt,Reactive Force and Pistons Secondary Move2menC.AS ME Paper,No E0505,Presented as AS ME/AS LE Joint I nternational Lubricati on Conference,San Fran2cisco,CA,August1980.【12

36、】Rhode S M.A m ixed fricti on model f or dynam ically l oaded2 contacts with app licati on t o p iston ring lubricationC.Pr o2ceeding7th Leeds2lyon Sy mposium on Tribology,W estburyHouse,1980:262.【13】Greenwood J A,Tri pp J H.The Contact of T wo Nom inally Flat Rough SurfacesC.Proc I nstn Mech Engrs,

37、1971,185:625-633.【14】W u Cheng wei,Zheng L inqing.An Average Reynolds Equa2 ti on f or Partial Fil m Lubrication W ith a Contact Fact orJ.AS ME Journal of Tribology,1989,111:188-191.【15】Zhu D,et al.A Numerical Analysis f or Piston Skirt in M ixed Lubrication,Part:Basic ModelingJ.AS ME Journalof Trib

38、ology,1992,114(6:553-562.【16】Taylor C M.Automobile engine tribology2design considera2 tions f or efficiency and durabilityJ.W ear,1998,221:1-18.【17】丛杰,王成现.陶瓷活塞环在赤峰机务段东风4型机车上的应用试验情况及分析J.内燃机车,2001,323(1:22-24.Cong Jie,W ang Chengxian.App lication tests and their anal2ysis of ceram ic p ist on rings in

39、 DF4locomotives at chifen loco2motive depotJ.I nternal Combusti on Locomotive,2001,323(1:22-24.【18】李利军.主轴瓦碾片故障的原因分析及对策J.铁道机车车辆,2003,23(4:69-70.L i L ijun.Analysis of Reas on f or Principal Axle Bush Faultand Treat mentJ.Rail way Locomotive&Car,2003,23(4:69-70.【19】张嗣伟.我国摩擦学界面临的挑战与机遇J.润滑与密封,2003(2

40、:1-2.Zhang Si w ei.Challenges and Opportunities L ie Ahead of Chi2nese Tribological CirclesJ.Lubrication Engineering,2003(2:1-2.(下转第184页461润滑与密封总第180期184 润滑与密封 总第 180 期 式中 : ps 为弹簧比压 , M Pa; pl 为密封腔介质压力 , 弹簧压缩量 /mm 填充聚四氟乙烯 pc v / (MPa m s - 1 MPa; K 为载荷系数 ; 为反压力系数 。 表 2 弹簧压缩量与填充聚四氟乙烯 pv值的关系 5 01012

41、5 6 01013 5 7 01014 5 8 01015 5 Trans 9 01016 5 10 01017 5 11 01018 4 12 01019 4 13 01020 4 14 01021 4 实际工作中 , 多级泵的入口端机械密封的寿命是 出口端的机械密封寿命的 1 倍多 , 所以重点解决出口 缩量为 6 mm , 此时 pc v = 01013 5 MPa / s, 小于材 m 料的 pv 。考虑到多级泵入口压力低 , 机械密封的 弹簧压缩量可适当取大些 , 选取 8 mm, 这样填充聚 四氟乙烯静环就可以应用于转速为 2 900 r/m in 的多 级氨水泵 。 3 实际效果

42、 式中 : w 为线性磨损量 , mg; pc 为端面比压 , M Pa; v为端面平均线速度 , m / s; T 为磨损时间 , h。 端的问题 。在多级泵的出口端 , 选机械密封的弹簧压 实际工作中 , 填充聚四氟乙烯环在氨水泵上的使 因此改用聚四氟乙烯环作为氨水泵机械密封环 , 用寿命是 4 6 个月 , 远远大于其理论寿命 。 大大提高了使用寿命 , 保证了生产长周期运行 , 收到 了良好的效果 。 参考文献 【1 】成大先 . 机械设计手册 : 单行本 M . 北京 : 化学工业 出版社 , 2004. 【2 】高慎琴 . 化工机器 M . 北京 : 化学工业出版社 , 1990.

43、 【3 】沈锡华 . 密封材料手册 M . 北京 : 中国石化出版社 , 1993. 填充聚四氟乙烯材料与合金材料形成的摩擦副的 w 2 1 388 h 01106 45 × 1539 × 18 1 8 理论寿命为 : T= Kpc v = (上接第 164 页 tion of film lubrication p roblem s C . Proc Inst Mech Eng 【20 】孟凡明 , 张优云 . 耦合弹性变形的活塞裙润滑有限元求 解 J . 内燃机学报 , 2003, 21 ( 6 : 461 - 466. 1941, 146: 126 - 35. 【21

44、】张青雷 , 卢修连 , 朱均 . 边界条件对滑动轴承性能的影响 J . 润滑与密封 , 2002 ( 5 : 12 - 16. 【22 】Ludema K C, Meng H C. W ear models and p redictive equa2 tions: their form and content J . W ear, 1995, 443 - 457. 【23 】M ichell A G M. 【24 】 Kingsbury A. On p roblem s in the theory of fluid film lubrica2 tion with an experimental method of solution J . AS ME, 1931, 53: 59 - 75. 【25 】王文中 , 王慧 , 胡元中 . 润滑接触中弹性变形的快速数 值计算 J . 摩擦学学报 , 2002, 22 ( 5 : 391 - 394. 【26 】Christopherson D G. A new mathematical method for the solu2 Meng Fanm ing, Zhang Youyun. Study on Coup ling of Lu