磨合柴油机的目的、阶段曲线及铁谱监测技术

摘要：磨合也叫走合，所谓发动机磨合期是指新机或柴油发电机大修后的初运行阶段，一般为50小时以内，这是保证机件充分接触、摩擦、适应、定型的基础程序。在这期间可以调整提升柴油机各部件适应环境的能力，并磨掉零件上的凸起物。当拆开机器，会发现看上去各个零配件配合得很精密，但在放大镜下一看，都有高低不平的痕迹。新机（包括大修后的）磨合，目的就是要消灭这些痕迹，使各个零、部件能够紧密地配合。 发动机磨合的优劣，对柴发机组的寿命、安全性、经济性将会出现重要的危害。

      发动机装配完毕，还需要进行必要的磨合及磨合后的保养、检验，合格后才能进行正常工作。发动机磨合的意义如下：

      新维修的发动机各摩擦副的零件多为新加工或换用的新件，摩擦副作业表面比较粗糙，实际接触面积小，如果直接投入操作，作业负载将使单位实际接触面积上的压力很大，局部温度很高，易出现破坏性的黏着磨损。只有在摩擦副作业面经过相应磨合处理之后，摩擦副工作面的接触面积增大，才能预防非正常磨损的发生，保证发动机在额定载荷下的正常作业，延长发动机使用寿命。

       零件在加工、安装步骤中都存在误差，使零件不能很好地配合作业，应通过有控制的磨合解决来修正。

      全面检查发动机检修后的质量，若发现损坏应，及时排除，以提高发动机工作的可靠性。

      磨合期一般指机械零部件在初期运转中接触、摩擦、咬合的程序。现代多用于形容两件事物或组织内部运作的互相领悟适应的时间段，也用于形容感情及婚姻开始，互相间接触通晓的阶段。

      冷磨合、无负载及小负荷热磨合，每工况磨合时间只需要1-20min，该阶段总的磨合时间为几分钟，较多2小时。一般出场验收磨合或发动机正常寿命磨合的第一循环均属此类。

      3小时到较初的100小时的磨合阶段，为了达到更有效的初始磨合效果，这个阶段请不要操作合成或者半合成机油，请操作大厂出品的专用磨合油。从低中负载至全负荷，每工况磨合时间较长，磨合结束发动机各项指标（性能、机械损失容量、机油消耗量、漏气量）均趋于稳定。

      100小时以上康明斯，这个阶段其实已经不需要刻意注意磨合期的限制了，逐步将发动机速度限制提升，并逐步加大发动机负载率，在这个阶段可以使用等级更高的机油。第三阶段磨合包括稳定磨合期和急剧磨合期。

       准确的磨合在于保证摩擦表面较少损失的前提下尽快的磨合，使柴油发电机迅速进入负荷操作工况。磨合程序取决于磨合运转的负荷、速度工况，首要任务是选择选定初始负载以及分级加载值，这些数值即要保证没有擦伤，同时又要选得足够大，以便加快磨合。

      铁谱陈说技术是20世纪70年代发明的一种新的机械损伤测试手段，就是利用铁谱仪（Ferrograph）从润滑油（脂）试样中，分离和检测出磨屑和碎屑，从而分述和判断机器运动副表面的磨耗类别、磨耗程度和损伤部位的技术。

      铁谱技术发展至今，已广泛用于损伤原理的讨论和各种机械装置的工况监测，并已获得了很大的成功。试验探求表明，机械零件的损伤步骤通常要经历跑合磨损、稳定磨耗、急剧损伤三个阶段，如图3所示。铁谱技术在机械磨耗讨论中，主要侧重于稳定磨耗阶段中磨擦件状态的监测，并在监测流程中获得了大量机械运转状态正常与否的预判标准.如直读数发生渐增或突增，浅聊谱片上产生大于15μm的大磨粒，且发生红色氧化物等，均为磨擦副异样或机油受污染的特点。磨合作为机械零件磨损不可愈越的一个阶段已受到人们的重视.近几年来，已有许多单位把铁谱技术用于机械的磨合期监测.由于大家对磨合结束点的看法不一致，还没有统一的标准，因而，对磨合结束点所作的结论相差甚远，目前所发表的磨合期铁谱监测的文章体现了这一特点.以东风康明斯4缸柴油机的架修磨合为例，几个单位所搞的磨合规范相差较大，有的磨合260min，有的磨合185min，还有的只磨合100min。于是，笔者认为对磨合结束点应有一个统一的认识和标准。

      运动机械现有的磨合规范很多是50年代参考国外同类机器的规范制定的，或者是在缺少应有的测试方案情形下根据经验制定的，普遍比较保守，磨合时间较长，用铁谱技术进行监测有潜力可挖.如东风康明斯4B型柴油机的厂修磨合时间为12h，铁谱监测后制定了7h的新磨合规范。但是，并不是所有的现有磨合规范都是有潜力可挖，而是有的磨合时间不够，使大量零件的接触表面在没有达到良好配合的情形下就投入了应用。图4所示为深圳某康明斯用户空磨后就投入应用的柴油机机破临修的统计情况。从曲线看，机车架修后投入运用到第一次定修（约2000小时）期间的故障较多，可见磨合不好所带来的后果。

图3  柴油机机械磨合的浴盆曲线  柴油机机破、临修件数与定修次数的关系图

      由图3所示机械磨损的“浴盆”曲线知道，AB段为磨合阶段.理论上，曲线上的B点为磨合结束点，也就是说，过B点后机械处于稳定的正常磨耗阶段。但是，实际测出的运行机械磨损曲线要到达B点往往需经历相当长的时间。农业机械化讨论院的试验也表明，即使是小型柴油机也必须经过30多个小时的磨合，曲线才能降到B点。

i），可算出不一样排除率状况下，磨粒浓度达到平衡值的99%时的机油循环次数及所需要的时间，表1为计算结果东风康明斯柴油发电机组。

      由表1可知，若该循环系统的磨粒处理率为0.3（即机油循环一次发电机厂家排行榜前十名，30%的磨粒被机油各种过滤器过滤掉），要达到磨粒浓度平衡值的99%，大约需要21.3min.这样的数值是在恒磨损率的情况下求得的，而磨合期间出现的磨粒数量与时间是增函数关系，其磨耗率始终是变化的，于是，要达到同样的动态平衡需要更长的时间。

i减轻，从而使磨粒浓度不断增大.因此，铁谱实际测出的数值不反映取样时的线普通国产机型试验曲线，其磨合事实也证明了这一点，要经过较长时间的运转才能降到正常值。而东风康明斯B型柴油机，在铁谱监测下制定出2h空载磨合、3h水阻磨合的新规范，并在磨合后替换机油，没有再上升的趋势（如图6所示），说明磨合已达到要求。

      图3所显示的B点不是真正的磨合结束点，而是磨粒浓度太高，磨粒解决率减小造成的磨粒浓度动态平衡滞后的假象点，它不反映磨合的实际效果.在实际应用中，要在试验台上磨合几十个小时，甚至几百小时，使曲线降到B点也是不现实的，会造成人力、物力的不必要浪费。笔者认为，铁谱监测磨合期，只要磨耗曲线通过较高点开始降到B?点，综述谱片上磨粒细化就可预判为磨合结束。这是由于：

      在磨合期的使用中，应遵循以下基础原则：

      发电机组在磨合期内装载量尽量不要超过额定载荷的50％。

      选用低粘度和优质润滑油，能使摩擦表面得到良好的润滑，减缓机件磨耗。 另外，

如果环境温度暂时低于相应温度的极限，只会对柴油发电机的冷启动性能造成影响，不会造成柴油发电机的损坏。为了减轻磨损，不宜长期在超出极限温度的因素下操作。 常年运转的柴油发电机，应选型复合粘度机油。作业状态如图7所示。

      通常来讲，要尽量添加质量比较好的燃油。操作标明含硫量低于 0.5％的柴油，如果含硫量高，要缩短替换机油的周期。建议选择的标准为：GB/T18147－2003（含硫量低于 0.5％的柴油)

4、准确调整供油系统      正确调整供油系统，提升磨合期的经济性。

      冷却液必须符合表2的规定值。验查水箱宝的质量可以用专用检测工具。

      无论是新机还是旧机，发电机组启动都需要预热，而且非常有必要。因为刚启动的柴油发电机温度低，各部位的润滑油还没到位，立即开机会让互相接触的部件没有得到充分的润滑，致使零配件损耗。但如果长时间“预热”不但会让柴油发电机出现大量积碳，而且也不利于环保。另外，“热机”也有季节之分，比如冬季的时候气温很低，机油的润滑度不够好，这时怠速时间就可以稍微长一些，一般在30秒左右就可以了，这样就可以避免长时间怠速所发生的负面效果了。

      在磨合期间的发电机组，柴油发电机内的零件仍然处于“崩紧”的状态，如果整天是满载运转的话，那会对机件造成一定的故障。一般建议处在磨合期的新机不能超过额定载荷的80%。

缸套与活塞环磨合步骤是一个自适应和自调节的步骤，如图8所示。磨合期间摩擦副所发生的变化基本有

      磨合初期表面接触微凸体因为压力较大，总承载的70%~80%处于塑性变形状态，随着磨合过程的进行，弹性处置微凸体才开始逐渐增多。前苏联学者克拉盖尔斯基认为，磨合过程可以看成摩擦副排查面积塑性部分逐渐降低而弹性部分逐渐增加的一个动态过程。      因此，随着磨合时间的推移，缸套表面会发生一系列物理化学的变化，当真实接触面积逐渐增加，表面载荷能力得到提升后，才应相应逐级提升内燃机载荷。也就是说真正需要特别注意控制负载率的时间，也就是初期磨合那不超过100小时的里程范围。

      新柴油发电机或大修后的柴油发电机前 50 小时，每天两次进行如下检查：

      磨合是运动机械不可缺少的一个重要环节，应当象正常磨耗阶段一样加以重视。铁谱监测磨合期，首先应保证良好的磨合效果，而不是一味地缩短磨合时间。不保证磨合效果的缩短磨合时间，对机械是有害的，达不到延迟正常磨损阶段的意义。根据上述判断标准制定的磨合规范，即可保证磨合效果，又可较大限度地缩短磨合时间，也就是相应地增长了稳定损伤阶段。柴油机的架修磨合事实证明，上面提出的判定磨合结束点的标准是可行的，能达到磨合要求。

      为了在尽可能短的时间内获得缸套活塞环之间的磨合，必须很好地考虑磨合过程、负载、转速与时间的分配。在低负荷下持久运转，活塞环几乎不磨损，自然会拖延磨合的时间，但如果过急地进行高负荷运转，则从活塞环与缸套间隙间将出现帘气，缸套与活塞环局部金属接触而发生过度磨耗，从而导致“拉缸”。因此，关于磨合持续时间和负荷的分配，既要能使活塞环有充分的磨耗，又要能定出安全范围，在时间上限制其允许范围，并按规范运转是极其具体的。此外，持续的高负载运转将带来热负载方面的不佳危害，导致润滑油膜的破坏。故而，在磨合中进行长时间的高负荷运行时，为了冷却局部的金属接触点，可以考虑在中途采取几段低负载运转。磨合所持续的时间和负载分配，依不同的状况，其差异是很大的。