柴油机磨合规范优化研究

【摘 要】 介绍柴油机出厂前的磨合的目的，磨合不良的后果，柴油机磨合过程分析以及柴油机磨合的优化研究。

【关键词】 柴油机 磨合规范 磨合油

柴油机磨合是整机出厂前的关键工序。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几何缺陷。直接投入使用，会导致柴油机早期磨损甚至失效。磨合时间过长会消耗过多，磨合时间不够则会影响整机的使用效果。因此柴油机出厂之前必须进行合理整机磨合以及主要性能参数调试验证的台架试验。优化磨合规范并尽量缩短磨合时间。

1 磨合的目的

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，优质磨合运转完成的标准是：①消除摩擦表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的状态，摩擦系数减小很多，以减少咬合倾向；②齿轮啮合处接触点变的均匀，形成连续油膜；③使柴油机迅速进入良好的工作状态，以便正式投入使用；④消除活塞环与气缸工作壁面间因预紧变形，热变形和加工制造误差而存在的有害间隙；⑤使活塞环的工作面尽快形成于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；⑥全面考核和检查柴油机加工，装配质量。

2 磨合不当的后果

发动机出厂前的磨合过程是很重要的，若磨合规范设计不当，在磨合阶段容易发生拉缸，拉瓦故障。并且磨合完后达不到标定工况下的各项性能指标。

优化磨合规范的目的就是在最短的时间达到预期的磨合目标，并且不会出现由于以下原因造成的拉缸，拉瓦现象。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。当承受压力超过其表面的油膜强度时，就会出现金属间的直接接触，形成干摩擦，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。温度过高会引起环与缸壁间的油膜变薄，承压能力降低，严重时油膜破坏或者油胶结，活塞环被粘结在槽道内形成死环从而失去密封效果。③条件恶劣。由于活塞环温度较高，活塞环与缸壁之间的单位承受压力过大，活塞环与气缸壁配合面未形成良好的桶形剖面，尤其是当柴油机在低速低负荷下磨合时，燃油雾化不良导致燃烧不充分没多余的燃油将油稀释。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。容易出现拉缸，拉瓦现象。⑤柴油机零部件加工、装配质量不合格。

3 磨合过程分析

通常，机器或零件的摩擦副从投入运行到破坏都要经历3个阶段，即磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段，并表现出不同的磨损特征。这3个阶段的磨损规律一般用磨损

量W-时间t和磨损率-时间t的关系曲线表述。

磨损过程的3个阶段都是不稳定的，不适当的磨合或者非正常的磨损工况都会导致发动机零件剧烈磨损阶段更快的出现，从而导致发动机早期磨损失效。在磨合阶段，加工未经摩擦的零件表面会产生一定的表面粗糙度和比较尖锐的微凸体尖锋，或者是由于加工和装配质量不合格，使活塞环与气缸壁之间的接触表面贴合间隙过大，从而难以形成稳定的油膜。因此在磨合阶段，摩擦副表面的磨损量将会迅速增加，并达到较高的磨损率；而随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，活塞环与缸壁之间的接触面积不断增大，而单位面积的接触压力却随之减小；同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于均匀，建立起油膜，即进一步向完全流体动力过渡；于是磨损率也随之减小，逐步过渡到稳定磨损阶段。磨合阶段过分轻微的磨合条件，例如过低的速度或者过小的载荷，甚至使用含有减磨作用添加剂的磨合油都会延长磨合期，造成发动机迟迟不能投入正常运行。反之，如磨合阶段太短，未达到充分磨合的磨合质量的要求，便会造成机器的早期磨损。因此磨合阶段应受到监控，以免造成过度的磨损或磨合不够的情况的产生。

由摩擦学磨损过程的综合解析模型，磨损率可由式（1）表达：

（1）

式中为磨损速率；W为磨损量，W可用重量、长度、磨粒数、磨粒成份浓度等表征；t为磨损时间，也可用磨损距离表示；i为摩擦副表面的形貌、硬度、形状间隙、剂（包括粘度、添加剂等）、磨粒形貌等参数的影响效果；P为载荷工况的影响效果；为速度工况的影响效果；为温度工况的影响效果；分别为载荷工况、速度工况、温度工况的影响效果的二次相互作用；为上述影响效果的三次相互作用；（i，J，k）为磨损过程的随机误差。由此可知：磨损过程磨损量主要是载荷、速度、温度、剂、摩擦副表面状态以及磨损时间的函数。

4 磨合过程优化研究

为了更好的提高磨合质量缩短磨合时间，近年来出现了一些新的技术措施

（1）光洁加工。在磨合前对柴油机的主要摩擦副进行光洁加工，进一步提高粗糙度精度。主要是指将零件装在光整机上，使零件和磨料研磨液做强制相对运动形成微切削。提高零件表面粗糙度。

（2）促磨添加剂。磨合初期磨合表面实际接触面积较小，容易产生高温高压。而添加的促磨剂可以产生一种化学反应膜并成微观滚球状可以吸附在微观凹陷处从而降低表面粗糙度。同时这层膜还起到隔离摩擦表面的作用。防止溶结，拉伤，粘结。当磨合到一定阶段，化学膜的抗压强度大于接触压力时，化学薄膜便会永久保留。隔离接触表面的直接接触，使其成为受控的保护性磨合。这种磨合后形成的表面面积大而且平滑，还有油槽，可以起到储油的作用。

5 结语

本研究在为合理制定柴油机磨合规范总结了一套科学的、有效的方法的同时，对于柴油机磨合过程的磨损机理的理论和试验研究作了很有意义的探讨。首次提出了柴油机优化的磨合过程应是有序、有控、快速微磨损过程，为制定磨合规范奠定了理论基础。本研究成功后，因节约燃油、降低能源消耗、缩短试车时间（缩短磨合时问50%～66%）、节约试车设备投资和人力等，为生产单位节约了生产成本，大大提高了生产效率，创造较大的经济效益，保证了柴油机机油系统清洁度，提高了柴油机的可靠性和寿命，具有较好的社会效益。由于国内柴油机型号多，制造水平相差较大，因此在实际应用时应结合实际情况，对本文提出的方案作一些修改。