新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)磨合期內(nèi)的使用原則和影響

 

摘要：磨合也叫走合，所謂發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期是指新機(jī)或柴油發(fā)電機(jī)大修后的初運(yùn)行階段，一般為50小時(shí)以內(nèi)，這是保證機(jī)件充分接觸、摩擦、適應(yīng)、定型的基本過程。在這期間可以調(diào)整提升柴油機(jī)各部件適應(yīng)環(huán)境的能力，并磨掉零件上的凸起物。當(dāng)拆開機(jī)器，會(huì)發(fā)現(xiàn)看上去各個(gè)零部件配合得很精密，但在放大鏡下一看，都有高低不平的痕跡。新機(jī)（包括大修后的）磨合，目的就是要消滅這些痕跡，使各個(gè)零、部件能夠緊密地配合。 發(fā)動(dòng)機(jī)磨合的優(yōu)劣，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的壽命、安全性、經(jīng)濟(jì)性將會(huì)產(chǎn)生重要的影響。

 

一、磨合的目的

 

      發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完畢，還需要進(jìn)行必要的磨合及磨合后的維護(hù)、檢驗(yàn)，合格后才能進(jìn)行正常工作。發(fā)動(dòng)機(jī)磨合的目的如下：

1、增大摩擦副工作表面實(shí)際接觸面積

      新修理的發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦副的零件多為新加工或換用的新件，摩擦副工作表面比較粗糙，實(shí)際接觸面積小，如果直接投入使用，工作負(fù)荷將使單位實(shí)際接觸面積上的壓力很大，局部溫度很高，易產(chǎn)生破壞性的黏著磨損。只有在摩擦副工作面經(jīng)過相應(yīng)磨合處理之后，摩擦副工作面的接觸面積增大，才能防止非正常磨損的發(fā)生，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在額定載荷下的正常工作，延長發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。

2、消除在加工、裝配過程中的誤差

       零件在加工、裝配過程中都存在誤差，使零件不能很好地配合工作，應(yīng)通過有控制的磨合處理來修正。

3、全面檢查發(fā)動(dòng)機(jī)修理質(zhì)量

      全面檢查發(fā)動(dòng)機(jī)修理后的質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)，及時(shí)排除，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。

 

磨合期示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)磨合示意圖

 

二、磨合階段

 

      磨合期一般指機(jī)械零部件在初期運(yùn)行中接觸、摩擦、咬合的過程。現(xiàn)代多用于形容兩件事物或組織內(nèi)部運(yùn)作的互相熟悉適應(yīng)的時(shí)間段，也用于形容感情及婚姻開始，互相間接觸熟悉的階段。

1、微觀階段磨合

      冷磨合、無負(fù)荷及小負(fù)荷熱磨合，每工況磨合時(shí)間只需要1-20min，該階段總的磨合時(shí)間為幾分鐘，最多2小時(shí)。一般出場驗(yàn)收磨合或發(fā)動(dòng)機(jī)正常壽命磨合的第一循環(huán)均屬此類。

2、宏觀階段磨合

      3小時(shí)到最初的100小時(shí)的磨合階段，為了達(dá)到更有效的初始磨合效果，這個(gè)階段請不要使用合成或者半合成機(jī)油，請使用大廠出品的專用磨合油。從低中負(fù)荷至全負(fù)荷，每工況磨合時(shí)間較長，磨合結(jié)束發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)（性能、機(jī)械損失功率、機(jī)油消耗量、漏氣量）均趨于穩(wěn)定。

3、第三階段磨合

      100小時(shí)以上，這個(gè)階段其實(shí)已經(jīng)不需要刻意注意磨合期的限制了，逐步將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制提高，并逐步加大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載率，在這個(gè)階段可以使用等級(jí)更高的機(jī)油。第三階段磨合包括穩(wěn)定磨合期和急劇磨合期。

       正確的磨合在于保證摩擦表面最少損失的前提下盡快的磨合，使柴油發(fā)電機(jī)迅速進(jìn)入負(fù)荷使用工況。磨合過程取決于磨合運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速工況，首要任務(wù)是選擇選擇初始負(fù)荷以及分級(jí)加載值，這些數(shù)值即要保證沒有擦傷，同時(shí)又要選得足夠大，以便加快磨合。

 

三、磨合期鐵譜監(jiān)測技術(shù)

 

      鐵譜分析技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)明的一種新的機(jī)械磨損測試方法，就是利用鐵譜儀（Ferrograph）從潤滑油（脂）試樣中，分離和檢測出磨屑和碎屑，從而分析和判斷機(jī)器運(yùn)動(dòng)副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術(shù)。

      鐵譜技術(shù)發(fā)展至今，已廣泛用于磨損機(jī)理的研究和各種機(jī)械設(shè)備的工況監(jiān)測，并已獲得了很大的成功。試驗(yàn)研究表明，機(jī)械零件的磨損過程一般要經(jīng)歷跑合磨損、穩(wěn)定磨損、急劇磨損三個(gè)階段，如圖3所示。鐵譜技術(shù)在機(jī)械磨損研究中，主要側(cè)重于穩(wěn)定磨損階段中磨擦件狀態(tài)的監(jiān)測，并在監(jiān)測過程中獲得了大量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)正常與否的判斷標(biāo)準(zhǔn).如直讀數(shù)出現(xiàn)漸增或突增，分析譜片上出現(xiàn)大于15μm的大磨粒，且出現(xiàn)紅色氧化物等，均為磨擦副異常或機(jī)油受污染的特征。磨合作為機(jī)械零件磨損不可愈越的一個(gè)階段已受到人們的重視.近幾年來，已有許多單位把鐵譜技術(shù)用于機(jī)械的磨合期監(jiān)測.由于大家對(duì)磨合結(jié)束點(diǎn)的看法不一致，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而，對(duì)磨合結(jié)束點(diǎn)所作的結(jié)論相差甚遠(yuǎn)，目前所發(fā)表的磨合期鐵譜監(jiān)測的文章體現(xiàn)了這一特點(diǎn).以東風(fēng)康明斯4缸柴油機(jī)的架修磨合為例，幾個(gè)單位所搞的磨合規(guī)范相差較大，有的磨合260min，有的磨合185min，還有的只磨合100min。所以，筆者認(rèn)為對(duì)磨合結(jié)束點(diǎn)應(yīng)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)。

1、運(yùn)動(dòng)機(jī)械磨合規(guī)范的現(xiàn)狀

      運(yùn)動(dòng)機(jī)械現(xiàn)有的磨合規(guī)范很多是50年代參考國外同類機(jī)器的規(guī)范制定的，或者是在缺少應(yīng)有的測試手段情況下根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定的，普遍比較保守，磨合時(shí)間較長，用鐵譜技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測有潛力可挖.如東風(fēng)康明斯4B型柴油機(jī)的廠修磨合時(shí)間為12h，鐵譜監(jiān)測后制定了7h的新磨合規(guī)范。但是，并不是所有的現(xiàn)有磨合規(guī)范都是有潛力可挖，而是有的磨合時(shí)間不夠，使大量零件的接觸表面在沒有達(dá)到良好配合的情況下就投入了應(yīng)用。圖4所示為深圳某康明斯用戶空磨后就投入應(yīng)用的柴油機(jī)機(jī)破臨修的統(tǒng)計(jì)情況。從曲線看，機(jī)車架修后投入應(yīng)用到第一次定修（約2000小時(shí)）期間的故障最多，可見磨合不好所帶來的后果。

 

圖3  柴油機(jī)機(jī)械磨合的浴盆曲線圖

圖4  柴油機(jī)機(jī)破、臨修件數(shù)與定修次數(shù)的關(guān)系圖

 

2、磨合結(jié)束點(diǎn)的探討

      由圖3所示機(jī)械磨損的“浴盆”曲線知道，AB段為磨合階段.理論上，曲線上的B點(diǎn)為磨合結(jié)束點(diǎn)，也就是說，過B點(diǎn)后機(jī)械處于穩(wěn)定的正常磨損階段。但是，實(shí)際測出的運(yùn)行機(jī)械磨損曲線要到達(dá)B點(diǎn)往往需經(jīng)歷相當(dāng)長的時(shí)間。農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院的試驗(yàn)也表明，即使是小型柴油機(jī)也必須經(jīng)過30多個(gè)小時(shí)的磨合，曲線才能降到B點(diǎn)。

      那么，運(yùn)動(dòng)機(jī)械的磨合是否真的需要那么長的時(shí)間呢?回答是否定的，因?yàn)椋?/span>

（1） 根據(jù)磨粒動(dòng)態(tài)平衡理論，在恒磨損率情況下，機(jī)油經(jīng)過一定時(shí)間的循壞后，其中的磨粒達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的磨粒數(shù)量等于被機(jī)油系統(tǒng)排除的磨粒數(shù)量，機(jī)油中的磨粒濃度是恒定值。由磨粒動(dòng)態(tài)平衡公式R=lnβ/ln（1-a_i），可算出不同排除率情況下，磨粒濃度達(dá)到平衡值的99%時(shí)的機(jī)油循環(huán)次數(shù)及所需要的時(shí)間，表1為計(jì)算結(jié)果。

表1   不同排除率情況下廉粒濃度達(dá)到平衡的時(shí)間

 

      由表1可知，若該循環(huán)系統(tǒng)的磨粒排除率為0.3（即機(jī)油循環(huán)一次，30%的磨粒被機(jī)油各種濾清器過濾掉），要達(dá)到磨粒濃度平衡值的99%，大約需要21.3min.這樣的數(shù)值是在恒磨損率的情況下求得的，而磨合期間產(chǎn)生的磨粒數(shù)量與時(shí)間是增函數(shù)關(guān)系，其磨損率始終是變化的，所以，要達(dá)到同樣的動(dòng)態(tài)平衡需要更長的時(shí)間。

（2）磨合期間單位時(shí)間產(chǎn)生的磨粒數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)定磨損階段，其磨粒尺寸也較大，加上檢修過程中帶入的大量污染物，很容易堵塞濾清器的濾網(wǎng)，濾清效果越來越差，甚至使安全閥開啟泄油，大量未經(jīng)過濾的機(jī)油直接進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng).此時(shí)，磨粒的排除主要是破碎、沉降和粘附，其排除率a_i降低，從而使磨粒濃度不斷增大.因此，鐵譜實(shí)際測出的數(shù)值不反映取樣時(shí)的真實(shí)情況。

（3）根據(jù)圖5普通國產(chǎn)機(jī)型試驗(yàn)曲線，其磨合事實(shí)也證明了這一點(diǎn)，要經(jīng)過較長時(shí)間的運(yùn)行才能降到正常值。而東風(fēng)康明斯B型柴油機(jī)，在鐵譜監(jiān)測下制定出2h空載磨合、3h水阻磨合的新規(guī)范，并在磨合后更換機(jī)油，沒有再上升的趨勢（如圖6所示），說明磨合已達(dá)到要求。

      圖3所顯示的B點(diǎn)不是真正的磨合結(jié)束點(diǎn)，而是磨粒濃度過高，磨粒排除率降低造成的磨粒濃度動(dòng)態(tài)平衡滯后的假象點(diǎn)，它不反映磨合的實(shí)際效果.在實(shí)際應(yīng)用中，要在試驗(yàn)臺(tái)上磨合幾十個(gè)小時(shí)，甚至幾百小時(shí)，使曲線降到B點(diǎn)也是不現(xiàn)實(shí)的，會(huì)造成人力、物力的不必要浪費(fèi)。筆者認(rèn)為，鐵譜監(jiān)測磨合期，只要磨損曲線通過最高點(diǎn)開始降到B?點(diǎn)，分析譜片上磨粒細(xì)化就可判斷為磨合結(jié)束。這是因?yàn)椋?/span>

（1）B?點(diǎn)是磨損曲線下降過程中的一點(diǎn)，一般都處在負(fù)載磨合階段，此時(shí)，載荷在不斷增大，而磨粒濃度卻在下降，即磨損率在降低，說明此時(shí)的接觸面積增大了，摩擦面的承載能力得到了提高.這時(shí)磨合基本達(dá)到要求，摩擦表面的凸峰已形成“饅頭”形凸峰，建立起穩(wěn)定的剪切混合層的表現(xiàn)。

（2）由于存在磨粒濃度動(dòng)態(tài)平衡滯后現(xiàn)象，實(shí)際上的B?點(diǎn)比鐵譜監(jiān)測曲線上的B?點(diǎn)要低，即實(shí)際磨合效果比曲線上B?點(diǎn)表現(xiàn)的要好。

（3）磨粒細(xì)化本身就是磨合效果好的體現(xiàn)。

 

圖5  普通國產(chǎn)柴油機(jī)磨損量與時(shí)間的關(guān)系圖

圖6  東風(fēng)康明斯柴油機(jī)磨損量與時(shí)間的關(guān)系圖

 

四、磨合期內(nèi)的使用原則

 

      在磨合期的使用中，應(yīng)遵循以下基本原則：

1、減載

      發(fā)電機(jī)組在磨合期內(nèi)裝載量盡量不要超過額定載荷的50％。由于機(jī)件之間尚屬于磨合期，過大的負(fù)荷和過高的速度，都會(huì)加劇對(duì)零件的沖擊。那樣不僅無法降低粗糙度，還會(huì)對(duì)零件造成損傷。特別是突加負(fù)載，實(shí)際上是讓柴油發(fā)電機(jī)工作在瞬間大負(fù)荷下，如果零件表面嚙合不好，很容易由于沖擊造成磨損。

2、選擇優(yōu)質(zhì)潤滑油

      選擇低粘度和優(yōu)質(zhì)潤滑油，能使摩擦表面得到良好的潤滑，減緩機(jī)件磨損。 另外，環(huán)境溫度決定了機(jī)油等級(jí)的選擇。如果環(huán)境溫度暫時(shí)低于相應(yīng)溫度的極限，只會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的冷起動(dòng)性能造成影響，不會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)的損壞。為了減小磨損，不宜長期在超出極限溫度的條件下使用。 常年運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油發(fā)電機(jī)，應(yīng)選擇復(fù)合粘度機(jī)油。工作狀態(tài)如圖7所示。

3、合理使用油料

（1）夏季使用 0＃柴油

      一般來講，要盡量添加質(zhì)量比較好的燃油。使用標(biāo)明含硫量低于 0.5％的柴油，如果含硫量高，要縮短更換機(jī)油的周期。建議采用的標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T18147－2003（含硫量低于 0.5％的柴油)

（2）冬季使用－10＃柴油

      當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)，柴油中將析出蠟。會(huì)堵塞柴油系統(tǒng)，造成故障。因此 0℃以下時(shí)，應(yīng)使用冬季柴油。如果溫度低于-20℃，可往柴油中加入煤油，大多數(shù)情況，可以加流動(dòng)改善劑降低流動(dòng)阻力。

4、正確調(diào)整供油系統(tǒng)

      正確調(diào)整供油系統(tǒng)，提高磨合期的經(jīng)濟(jì)性。

 5、冷卻液的質(zhì)量要求

      冷卻液必須符合表2的規(guī)定值。檢查冷卻液的質(zhì)量可以用專用檢測工具。

表2    柴油機(jī)冷卻液使用標(biāo)準(zhǔn) 

 

6、磨合期內(nèi)的注意事項(xiàng)

      新機(jī)或大修后的柴油發(fā)電機(jī)，必須經(jīng)過充分的磨合后，方可投入滿載運(yùn)行。磨合期內(nèi)的負(fù)荷應(yīng)以滿負(fù)荷的50%為宜。若未經(jīng)磨合就投入滿負(fù)荷運(yùn)行，不但其功率明顯下降，而且還容易發(fā)生燒瓦、抱軸及拉缸等事故。

（1）預(yù)熱措施

      無論是新機(jī)還是舊機(jī)，發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)都需要預(yù)熱，而且非常有必要。因?yàn)閯倖?dòng)的柴油發(fā)電機(jī)溫度低，各部位的潤滑油還沒到位，立即開機(jī)會(huì)讓互相接觸的部件沒有得到充分的潤滑，致使零部件損耗。但如果長時(shí)間“預(yù)熱”不但會(huì)讓柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大量積碳，而且也不利于環(huán)保。另外，“熱機(jī)”也有季節(jié)之分，比如冬天的時(shí)候氣溫很低，機(jī)油的潤滑度不夠好，這時(shí)怠速時(shí)間就可以稍微長一些，一般在30秒左右就可以了，這樣就可以避免長時(shí)間怠速所產(chǎn)生的負(fù)面效果了。

（2）避免負(fù)荷過重

      在磨合期間的發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)的零件仍然處于“崩緊”的狀態(tài)，如果整天是滿載運(yùn)行的話，那會(huì)對(duì)機(jī)件造成一定的損壞。一般建議處在磨合期的新機(jī)不能超過額定載荷的80%。

      根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)《內(nèi)燃機(jī)缸套-活塞環(huán)磨合研究概述》的論點(diǎn)，在磨合初期，由于摩擦副（活塞環(huán)和汽缸壁）的真實(shí)接觸面積較小，承載能力較低，負(fù)荷過高容易引起摩擦副表面因局部塑性變形而產(chǎn)生粘著磨損，結(jié)果導(dǎo)致表面撕裂、拉缸等現(xiàn)象。缸套與活塞環(huán)磨合過程是一個(gè)自適應(yīng)和自調(diào)整的過程，如圖8所示。磨合期間摩擦副所發(fā)生的變化基本有摩擦表面間流體潤滑模的建立、摩擦表面上保護(hù)膜的形成、表面解除特性和表面物理化學(xué)特性的改善等。

      磨合初期表面接觸微凸體由于壓力較大，總承載的70%~80%處于塑性變形狀態(tài)，隨著磨合過程的進(jìn)行，彈性解除微凸體才開始逐漸增多。前蘇聯(lián)學(xué)者克拉蓋爾斯基認(rèn)為，磨合過程可以看成摩擦副解除面積塑性部分逐漸減小而彈性部分逐漸增加的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。

      因此，隨著磨合時(shí)間的推移，缸套表面會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)的變化，當(dāng)真實(shí)接觸面積逐漸增加，表面載荷能力得到提高后，才應(yīng)相應(yīng)逐級(jí)提高內(nèi)燃機(jī)載荷。也就是說真正需要特別注意控制負(fù)載率的時(shí)間，也就是初期磨合那不超過100小時(shí)的里程范圍。

（3）忌高負(fù)荷長期運(yùn)行

      柴油發(fā)電機(jī)連續(xù)長時(shí)間工作，這對(duì)柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)部仍沒“溝通”好的零件來說是一個(gè)負(fù)荷，會(huì)直接影響到零件之間的配合，不利于柴油發(fā)電機(jī)長期的使用。處在磨合期的發(fā)電機(jī)組，最好避免高負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行。

 

圖7  柴油機(jī)磨合期內(nèi)潤滑油的工作狀態(tài)

圖8  柴油機(jī)缸套與活塞環(huán)磨合過程示意圖

 

7、磨合期內(nèi)的檢查

○  檢查柴油發(fā)電機(jī)各連接部位緊固情況。

○ 檢查柴油機(jī)預(yù)熱裝置功能。

○ 清洗柴油機(jī)粗濾。

○ 檢查冷卻液位，測試?yán)鋮s液質(zhì)量是否合格。

○ 每天檢查空氣濾清器及其連接情況。

○ 每天檢查中冷器，放出冷凝機(jī)油。

○ 檢查柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)。

○ 清洗柴油機(jī)，檢查柴油發(fā)電機(jī)漏水孔。

○ 檢查柴油發(fā)電機(jī)安裝支腿減震器情況，必要時(shí)更換。 

 

圖9  柴油機(jī)機(jī)油濾清器更換示意圖

圖10  柴油機(jī)氣門間隙檢查

 

總結(jié)：

      磨合是運(yùn)動(dòng)機(jī)械不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該象正常磨損階段一樣加以重視。鐵譜監(jiān)測磨合期，首先應(yīng)保證良好的磨合效果，而不是一味地縮短磨合時(shí)間。不保證磨合效果的縮短磨合時(shí)間，對(duì)機(jī)械是有害的，達(dá)不到延長正常磨損階段的目的。根據(jù)上述判斷標(biāo)準(zhǔn)制定的磨合規(guī)范，即可保證磨合效果，又可最大限度地縮短磨合時(shí)間，也就是相應(yīng)地延長了穩(wěn)定磨損階段。柴油機(jī)的架修磨合事實(shí)證明，上面提出的判斷磨合結(jié)束點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是可行的，能達(dá)到磨合要求。

      為了在盡可能短的時(shí)間內(nèi)獲得缸套活塞環(huán)之間的磨合，必須很好地考慮磨合程序、負(fù)荷、轉(zhuǎn)速與時(shí)間的分配。在低負(fù)荷下長期運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞環(huán)幾乎不磨損，自然會(huì)拖延磨合的時(shí)間，但如果過急地進(jìn)行高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，則從活塞環(huán)與缸套間隙間將發(fā)生簾氣，缸套與活塞環(huán)局部金屬接觸而產(chǎn)生過度磨損，從而引起“拉缸”。因此，關(guān)于磨合持續(xù)時(shí)間和負(fù)荷的分配，既要能使活塞環(huán)有充分的磨損，又要能定出安全范圍，在時(shí)間上限制其允許范圍，并按規(guī)范運(yùn)轉(zhuǎn)是極其主要的。此外，連續(xù)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)將帶來熱負(fù)荷方面的不良影響，引起潤滑油膜的破壞。所以，在磨合中進(jìn)行長時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了冷卻局部的金屬接觸點(diǎn)，可以考慮在中途采用幾段低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。磨合所持續(xù)的時(shí)間和負(fù)荷分配，依不同的情況，其差別是很大的。

 

 

 

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