柴油机出厂试车磨合规范的试验研究_万德玉

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2002 年第 2 期(总第 72 期) 山东内燃机 SHANDONG I .C.E. 2002 年 5 月
【试验研究】
柴油机出厂试车磨合规范的试验研究
万德玉 , 岳 政 (山东内燃机学会 , 山东 济南 250014)
摘要 :柴油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 。 本文从柴油机 摩擦磨损机理出发 , 介绍柴油机出厂试车磨合的必要性 、影响因素 、制订方法 、程序及提高磨合质 量 、减少磨合时间的技术措施 。结合介绍课题组近年来在几种机型上的使磨合时间缩短一倍 、磨 合质量提高的研究成果 , 充分说明了以上的论述 。
机 , 功率为 8 .8 ~ 55kW , 试车工艺比较先进 , 其出 厂磨合时间也在 90 ~ 165min , 位于图 2 上阴影部 分 , 也只相当于国外 70 年代末的较低水平 。 国内 大功率柴油机和国外的差距就更大了 。
表 1 国内部分柴油机出厂试车磨合时间
柴油机机型
95 系 列
295
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 。
2 研究出厂试车磨合规范的必要性
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 。 磨合是否合理并无科学 依据 。磨合时间和国外同类机型相比 , 普遍过长 。 图 2 是国外七十年代末收集的 105 种柴油机(其 中增压机型 44 种 , 非增压机型 61 种)的出厂试车 时间 。可以看出 :
波度是指表面分布着的粗糙度的微小几何误
作者简介 :万德玉(1942 -), 男 , 山东莱西人 , 教授级高工 , 研究方向为内燃机的产品开发 , 试验及测试技术 。
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山东内燃机 2002 年 5 月
差 。由机床等振动 、零件变形 、热处理等因素引起 。 形状误差是指零件的宏观几何缺陷 。即加工
(2)零件表面质量和光洁度(工艺因素) 表面质量太差 , 或粗糙度太差 , 易造成异常磨 损或擦伤 , 或使磨合时间加长 ;粗糙度值太低也并 不太好 , 不利于贮油 , 反而使磨损增加 。 (3)摩擦付的匹配功能(设计因素) 摩擦付有最佳硬度和性能匹配 , 所以一对摩 擦付的材料和其硬度是有讲究的 , 否则将导致异 常磨损或磨合期过长 。 (4)水温和油温(操作因素) 水温油温过 低 , 不利 于油膜 形成 , 不 利于磨 合 ;油温 、水温过高 , 也不利于油膜保持 。所以在 磨合时要保持合适的水温 、油温 。 (5)机油粘度 柴油机磨合用的机油也有重要影响 。机油粘 度太低 , 油膜太薄 , 强度不足 , 易造成异常磨损 ;但 机油粘度太大 , 也是不适宜的 , 因为它导热性 、流 动性 、散热性差 , 使磨合期变长 。一般来说 , 希望 磨合时采用比使用时低一号粘度的机油 。这是因 为磨合时产生大量的热量 , 除一部分为金属吸收 外,其余均由机油带走。机油粘度低, 导热系数
零件实 际表面和理论 几何表面之差 。 它是由机 床 、刀具的几何缺陷和零件内应力产生的变形引 起 。 表现为不直度 、不圆度等 。
这些零件的磨擦表面缺陷 , 造成了磨擦付表 面接触面积甚小 , 只有理想表面积的 10-3 -10-4 。 在高速滑动状态 , 摩擦付接触点瞬 间(千分之一 秒)产生 700 -800 ℃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 , 磨去尖 角 、毛刺 、锐边(毛刺磨合), 磨平表面上的微凹凸 体峰部 , 降低表面粗糙度和部分波度(微观表面尖 峰磨合), 并进一步修正宏观几何误差和波度 , 使 波度小于粗糙度(符形磨合), 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 以使磨擦付表面产生受控磨损 , 两摩擦表面相互 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 :
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 , 摩擦付表面始终存在着不同 程度的缺陷 。 即使粗车 、精镗 、精磨 , 也有一定的刀 痕高度 。 这些缺陷表现为尖角 、毛刺 、锐边 , 粗糙 度 、波度和形状位置误差 。 如图 1 所示 。
1 .表面波纹 2.波纹波长 3.表面粗糙度 4.理论表面 5.形状 误差 6.真实表面(近似表面中心线)
关键词 :出厂试验 ;磨合 中图分类号 :TK427 文献标识码 :B 文章编号 :1671 -2471(2002)02 -0031-09
1 柴油机出厂试车磨合的目的和作用
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 。 通过这三方面工 作 , 使柴油机完成初期磨合 ,排除三漏等异常故障 , 调整供油提前角 、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 。出厂试车调整 、排除异常和出厂试车验收在 此不多介绍 ,只介绍出厂试车磨合问题 。
3 影响出厂试车磨合的因素
(1)载荷和转速(运转因素) 转速是线速度的反映 , 载荷是接触面接触压
力的反映 , 所以这两个参数影响磨合质量 。磨合 初期 , 如转速太高 , 或负荷太大 , 则易造成因磨合 初期 , 摩擦付实际接触面积太小 , 压力太大而引起 表面异常磨损或损伤 ;磨合中如负荷太小 , 或转速 太低 , 又使磨合期太长 。 故应对转速 、负荷在磨合 期内各个时间都有合理的配置 。
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 。 这样实必造 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 。
日本洋马 、久宝田公司单缸机磨合时间皆在 30min 以内 。
图 2 柴油机产品的磨合时间汇总
2002Baidu Nhomakorabea年第 2 期 万德玉 , 等 :柴油机出厂试车磨合规范的 试验研究
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我国行业及某些厂家柴油机出厂试车磨合时 间见表 1 。时间在 90 ~ 330min 。比国外柴油机七 十年代末出厂磨合时间长 1 倍以上 。 国内一个名 气较大的中小功率柴油机典型企业 , 其各型柴油
85 %的非增压机 型 , 68 %的增压机型磨合时 间不多于 90min ;
60 %的非增压机型 , 26 .8 %的增压机型磨合 时间不多于 70min ;
23 %的非增压机型 , 22 .7 %增压机型磨合时 间在 15 -40min ;
功率在 29 .4 -88 .2kW 之间的 21 种机型磨合 时间不多于 65min ;
(2)缺乏对 出厂试车规范 的科学研究 方法 。 想缩短出厂试车磨合时间 , 不知从哪里下手 。
随着生产的发展和批量的增加 , 出厂试车磨 合工序成为严重问题 :不仅消耗大量油料 、水电 、 人力 、而且厂房 、设备不足 , 以至使其成为卡脖子 工序 。
国家征收燃油税的政策 , 将带来油料价格的 上升 , 这方面的意 义尤为重要 。 以山东省 为例 , 2001 年柴油机主机厂年产量为 2000 万 kW , 如将 现有磨合规范时间缩短 45 %, 一年约节约柴油近 2000 吨 、机油 20 吨 、工时 700 万个 , 合人民币 1000 万元 。经济效益相当可观 。同时 , 厂房 、设备和水 电的节约也有同比效果 。 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 。
图 1 气缸筒表面 :放大 2500 倍的径向变形
对于形状越是复杂的零件 , 尖角 、毛刺 、锐边越 是难以根除 , 现行工艺往往是去掉老的 , 产生了新 的 , 而这些尖角 、毛刺 、锐边对摩擦付拉伤和柴油机 噪声有很大影响 。
粗糙度是指表面形态的不规则性的微小几何 缺陷 。用算术平均粗糙度 Ra 表示 , 即测量表面形 貌时 , 表面轮廓线至中心线的平均距离 。 Ra =n-1 ∑ ︳R1 , i =1 , n , 加工方法不同 , 其 Ra 是不同的 。
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山东内燃机 2002 年 5 月
大 , 散热性好 。 可减小摩擦表面接触部分温度 , 以 防熔接 、拉伤 。 另外机油粘度低 , 流动性好 , 容易 渗入摩擦付表面微小缝隙中粘附着 , 形成油膜 。
(6)添加剂 这里指的添加剂 , 是指在磨合用的机油中 , 加 入一定比例的由特殊极压抗磨 、清净分散 、抗氧抗 腐 、促进磨合的添加剂 。磨合时在机油中加入适 量的添加剂 , 既可以加速初期磨合 , 又可防止磨合 过程中的熔接 、拉伤 、粘结等事故的发生 。 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)改善摩擦付表面的接触状态 , 增大接触面 积 , 减小接触应力 , 提高承载能力 , 减少磨损 。
(2)降低摩擦阻力 , 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
495 695 系 6102Q 列
160 系 列
62 00
CA6110 135 系列
190 系列
标准
JB NQ512 86 中 小 功 率质 量 分 等
NJ 98 859 鲁 Q89 8 -84
鲁 Q898 -84
鲁 Q1172 -86
鲁 Q1173 -86
NJ290 -83
企标 企标
企标 鲁 Q226-86
功率 kW
7 -1000
8 .8
17 .6 35-52.8 92
66 -183
316 44 1
130
6 0 -240
250 -1000
磨合时间 min 150
1 50
240
150
180
270 540 150
180
330
造成出厂试车磨合时间长的原因主要有 : (1)投资观念陈旧 。 由于没有从良性循环入
4 研究出厂试车磨合规范的方法和步骤
随着技术的发展 , 目前有许多手段来进行出 厂试车磨合规范的研究 , 如光谱分析法 、铁谱分析 法 、形貌分析法 、扫描电镜分析法 、摩擦功分析法 、 漏气量分析 、压缩压力分析法 、失重分析法 、拆检 分析法等 。实践证明 , 这些方法都是可行的 。
(1)摩擦功及油耗率分析法 此方法是 基于当柴油机各 摩擦付磨 合良好 后 , 柴油机的摩擦功下降而趋于稳定 , 机械效率趋 于稳定 , 因而油耗也趋于稳定的原理而确定的 。 试验时用拖动法在磨合前后测试柴油机摩擦 功 , 用油耗仪连续测试磨合后最大功率工况的油 耗率 。根据磨合前后柴油机摩擦功和磨合后最大 功率工况的油耗率的变化对磨合质量进行分析 。 表 2 是 493Q 发动机用摩擦功变化分析磨合 质量的例子 。
柴油机的零件磨损一般分为三个阶段 :磨合阶 段 、正常磨损阶段 、超期使用磨损阶段 。磨合阶段 又分初期磨合期和次期磨合期 。次期磨合期也叫 走合期 , 对汽车发动机 , 这一阶段一般由用户完成 , 而其它机型均在制造厂完成 。
正常磨损阶段越长说明柴油机寿命越长 。磨 合对正常磨损阶段有重要影响 。而磨合阶段磨合 质量的好坏 ,取决于出厂试车磨合规范的合理性 。
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