新聞主題	柴油發電機磨合期內的使用原則和影響

 

摘要：磨合也叫走合，所謂發動機磨合期是指新機或柴油發電機大修后的初運行階段，一般為50小時以內，這是保證機件充分接觸、摩擦、適應、定型的基本過程。在這期間可以調整提升柴油機各部件適應環境的能力，并磨掉零件上的凸起物。當拆開機器，會發現看上去各個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（包括大修后的）磨合，目的就是要消滅這些痕跡，使各個零、部件能夠緊密地配合。 發動機磨合的優劣，對柴油發電機組的壽命、安全性、經濟性將會產生重要的影響。

 

一、磨合的目的

 

      發動機裝配完畢，還需要進行必要的磨合及磨合后的維護、檢驗，合格后才能進行正常工作。發動機磨合的目的如下：

1、增大摩擦副工作表面實際接觸面積

      新修理的發動機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，實際接觸面積小，如果直接投入使用，工作負荷將使單位實際接觸面積上的壓力很大，局部溫度很高，易產生破壞性的黏著磨損。只有在摩擦副工作面經過相應磨合處理之后，摩擦副工作面的接觸面積增大，才能防止非正常磨損的發生，保證發動機在額定載荷下的正常工作，延長發動機使用壽命。

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，應通過有控制的磨合處理來修正。

3、全面檢查發動機修理質量

      全面檢查發動機修理后的質量，若發現故障應，及時排除，以提高發動機工作的可靠性。

 

磨合期示意圖

發動機磨合示意圖

 

二、磨合階段

 

      磨合期一般指機械零部件在初期運行中接觸、摩擦、咬合的過程。現代多用于形容兩件事物或組織內部運作的互相熟悉適應的時間段，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、無負荷及小負荷熱磨合，每工況磨合時間只需要1-20min，該階段總的磨合時間為幾分鐘，最多2小時。一般出場驗收磨合或發動機正常壽命磨合的第一循環均屬此類。

2、宏觀階段磨合

      3小時到最初的100小時的磨合階段，為了達到更有效的初始磨合效果，這個階段請不要使用合成或者半合成機油，請使用大廠出品的專用磨合油。從低中負荷至全負荷，每工況磨合時間較長，磨合結束發動機各項指標（性能、機械損失功率、機油消耗量、漏氣量）均趨于穩定。

3、第三階段磨合

      100小時以上，這個階段其實已經不需要刻意注意磨合期的限制了，逐步將發動機轉速限制提高，并逐步加大發動機負載率，在這個階段可以使用等級更高的機油。第三階段磨合包括穩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，使柴油發電機迅速進入負荷使用工況。磨合過程取決于磨合運轉的負荷、轉速工況，首要任務是選擇選擇初始負荷以及分級加載值，這些數值即要保證沒有擦傷，同時又要選得足夠大，以便加快磨合。

 

三、磨合期鐵譜監測技術

 

      鐵譜分析技術是20世紀70年代發明的一種新的機械磨損測試方法，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，從而分析和判斷機器運動副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術。

      鐵譜技術發展至今，已廣泛用于磨損機理的研究和各種機械設備的工況監測，并已獲得了很大的成功。試驗研究表明，機械零件的磨損過程一般要經歷跑合磨損、穩定磨損、急劇磨損三個階段，如圖3所示。鐵譜技術在機械磨損研究中，主要側重于穩定磨損階段中磨擦件狀態的監測，并在監測過程中獲得了大量機械運行狀態正常與否的判斷標準.如直讀數出現漸增或突增，分析譜片上出現大于15μm的大磨粒，且出現紅色氧化物等，均為磨擦副異常或機油受污染的特征。磨合作為機械零件磨損不可愈越的一個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用于機械的磨合期監測.由于大家對磨合結束點的看法不一致，還沒有統一的標準，因而，對磨合結束點所作的結論相差甚遠，目前所發表的磨合期鐵譜監測的文章體現了這一特點.以東風康明斯4缸柴油機的架修磨合為例，幾個單位所搞的磨合規范相差較大，有的磨合260min，有的磨合185min，還有的只磨合100min。所以，筆者認為對磨合結束點應有一個統一的認識和標準。

1、運動機械磨合規范的現狀

      運動機械現有的磨合規范很多是50年代參考國外同類機器的規范制定的，或者是在缺少應有的測試手段情況下根據經驗制定的，普遍比較保守，磨合時間較長，用鐵譜技術進行監測有潛力可挖.如東風康明斯4B型柴油機的廠修磨合時間為12h，鐵譜監測后制定了7h的新磨合規范。但是，并不是所有的現有磨合規范都是有潛力可挖，而是有的磨合時間不夠，使大量零件的接觸表面在沒有達到良好配合的情況下就投入了應用。圖4所示為深圳某康明斯用戶空磨后就投入應用的柴油機機破臨修的統計情況。從曲線看，機車架修后投入應用到第一次定修（約2000小時）期間的故障最多，可見磨合不好所帶來的后果。

 

圖3  柴油機機械磨合的浴盆曲線圖

圖4  柴油機機破、臨修件數與定修次數的關系圖

 

2、磨合結束點的探討

      由圖3所示機械磨損的“浴盆”曲線知道，AB段為磨合階段.理論上，曲線上的B點為磨合結束點，也就是說，過B點后機械處于穩定的正常磨損階段。但是，實際測出的運行機械磨損曲線要到達B點往往需經歷相當長的時間。農業機械化研究院的試驗也表明，即使是小型柴油機也必須經過30多個小時的磨合，曲線才能降到B點。

      那么，運動機械的磨合是否真的需要那么長的時間呢?回答是否定的，因為：

（1） 根據磨粒動態平衡理論，在恒磨損率情況下，機油經過一定時間的循壞后，其中的磨粒達到動態平衡，即單位時間內產生的磨粒數量等于被機油系統排除的磨粒數量，機油中的磨粒濃度是恒定值。由磨粒動態平衡公式R=lnβ/ln（1-a_i），可算出不同排除率情況下，磨粒濃度達到平衡值的99%時的機油循環次數及所需要的時間，表1為計算結果。

表1   不同排除率情況下廉粒濃度達到平衡的時間

 

      由表1可知，若該循環系統的磨粒排除率為0.3（即機油循環一次，30%的磨粒被機油各種濾清器過濾掉），要達到磨粒濃度平衡值的99%，大約需要21.3min.這樣的數值是在恒磨損率的情況下求得的，而磨合期間產生的磨粒數量與時間是增函數關系，其磨損率始終是變化的，所以，要達到同樣的動態平衡需要更長的時間。

（2）磨合期間單位時間產生的磨粒數量遠遠大于穩定磨損階段，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，濾清效果越來越差，甚至使安全閥開啟泄油，大量未經過濾的機油直接進入循環系統.此時，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，鐵譜實際測出的數值不反映取樣時的真實情況。

（3）根據圖5普通國產機型試驗曲線，其磨合事實也證明了這一點，要經過較長時間的運行才能降到正常值。而東風康明斯B型柴油機，在鐵譜監測下制定出2h空載磨合、3h水阻磨合的新規范，并在磨合后更換機油，沒有再上升的趨勢（如圖6所示），說明磨合已達到要求。

      圖3所顯示的B點不是真正的磨合結束點，而是磨粒濃度過高，磨粒排除率降低造成的磨粒濃度動態平衡滯后的假象點，它不反映磨合的實際效果.在實際應用中，要在試驗臺上磨合幾十個小時，甚至幾百小時，使曲線降到B點也是不現實的，會造成人力、物力的不必要浪費。筆者認為，鐵譜監測磨合期，只要磨損曲線通過最高點開始降到B?點，分析譜片上磨粒細化就可判斷為磨合結束。這是因為：

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

（2）由于存在磨粒濃度動態平衡滯后現象，實際上的B?點比鐵譜監測曲線上的B?點要低，即實際磨合效果比曲線上B?點表現的要好。

（3）磨粒細化本身就是磨合效果好的體現。

 

圖5  普通國產柴油機磨損量與時間的關系圖

圖6  東風康明斯柴油機磨損量與時間的關系圖

 

四、磨合期內的使用原則

 

      在磨合期的使用中，應遵循以下基本原則：

1、減載

      發電機組在磨合期內裝載量盡量不要超過額定載荷的50％。由于機件之間尚屬于磨合期，過大的負荷和過高的速度，都會加劇對零件的沖擊。那樣不僅無法降低粗糙度，還會對零件造成損傷。特別是突加負載，實際上是讓柴油發電機工作在瞬間大負荷下，如果零件表面嚙合不好，很容易由于沖擊造成磨損。

2、選擇優質潤滑油

      選擇低粘度和優質潤滑油，能使摩擦表面得到良好的潤滑，減緩機件磨損。 另外，環境溫度決定了機油等級的選擇。如果環境溫度暫時低于相應溫度的極限，只會對柴油發電機的冷起動性能造成影響，不會造成柴油發電機的損壞。為了減小磨損，不宜長期在超出極限溫度的條件下使用。 常年運轉的柴油發電機，應選擇復合粘度機油。工作狀態如圖7所示。

3、合理使用油料

（1）夏季使用 0＃柴油

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

（2）冬季使用－10＃柴油

      當環境溫度低時，柴油中將析出蠟。會堵塞柴油系統，造成故障。因此 0℃以下時，應使用冬季柴油。如果溫度低于-20℃，可往柴油中加入煤油，大多數情況，可以加流動改善劑降低流動阻力。

4、正確調整供油系統

      正確調整供油系統，提高磨合期的經濟性。

 5、冷卻液的質量要求

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

表2    柴油機冷卻液使用標準 

 

6、磨合期內的注意事項

      新機或大修后的柴油發電機，必須經過充分的磨合后，方可投入滿載運行。磨合期內的負荷應以滿負荷的50%為宜。若未經磨合就投入滿負荷運行，不但其功率明顯下降，而且還容易發生燒瓦、抱軸及拉缸等事故。

（1）預熱措施

      無論是新機還是舊機，發電機組啟動都需要預熱，而且非常有必要。因為剛啟動的柴油發電機溫度低，各部位的潤滑油還沒到位，立即開機會讓互相接觸的部件沒有得到充分的潤滑，致使零部件損耗。但如果長時間“預熱”不但會讓柴油發電機產生大量積碳，而且也不利于環保。另外，“熱機”也有季節之分，比如冬天的時候氣溫很低，機油的潤滑度不夠好，這時怠速時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間怠速所產生的負面效果了。

（2）避免負荷過重

      在磨合期間的發電機組，柴油發電機內的零件仍然處于“崩緊”的狀態，如果整天是滿載運行的話，那會對機件造成一定的損壞。一般建議處在磨合期的新機不能超過額定載荷的80%。

      根據相關文獻《內燃機缸套-活塞環磨合研究概述》的論點，在磨合初期，由于摩擦副（活塞環和汽缸壁）的真實接觸面積較小，承載能力較低，負荷過高容易引起摩擦副表面因局部塑性變形而產生粘著磨損，結果導致表面撕裂、拉缸等現象。缸套與活塞環磨合過程是一個自適應和自調整的過程，如圖8所示。磨合期間摩擦副所發生的變化基本有摩擦表面間流體潤滑模的建立、摩擦表面上保護膜的形成、表面解除特性和表面物理化學特性的改善等。

      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，隨著磨合過程的進行，彈性解除微凸體才開始逐漸增多。前蘇聯學者克拉蓋爾斯基認為，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動態過程。

      因此，隨著磨合時間的推移，缸套表面會發生一系列物理化學的變化，當真實接觸面積逐漸增加，表面載荷能力得到提高后，才應相應逐級提高內燃機載荷。也就是說真正需要特別注意控制負載率的時間，也就是初期磨合那不超過100小時的里程范圍。

（3）忌高負荷長期運行

      柴油發電機連續長時間工作，這對柴油發電機內部仍沒“溝通”好的零件來說是一個負荷，會直接影響到零件之間的配合，不利于柴油發電機長期的使用。處在磨合期的發電機組，最好避免高負荷長時間運行。

 

圖7  柴油機磨合期內潤滑油的工作狀態

圖8  柴油機缸套與活塞環磨合過程示意圖

 

7、磨合期內的檢查

○  檢查柴油發電機各連接部位緊固情況。

○ 檢查柴油機預熱裝置功能。

○ 清洗柴油機粗濾。

○ 檢查冷卻液位，測試冷卻液質量是否合格。

○ 每天檢查空氣濾清器及其連接情況。

○ 每天檢查中冷器，放出冷凝機油。

○ 檢查柴油發電機監控系統，報警系統。

○ 清洗柴油機，檢查柴油發電機漏水孔。

○ 檢查柴油發電機安裝支腿減震器情況，必要時更換。 

 

圖9  柴油機機油濾清器更換示意圖

圖10  柴油機氣門間隙檢查

 

總結：

      磨合是運動機械不可缺少的一個重要環節，應該象正常磨損階段一樣加以重視。鐵譜監測磨合期，首先應保證良好的磨合效果，而不是一味地縮短磨合時間。不保證磨合效果的縮短磨合時間，對機械是有害的，達不到延長正常磨損階段的目的。根據上述判斷標準制定的磨合規范，即可保證磨合效果，又可最大限度地縮短磨合時間，也就是相應地延長了穩定磨損階段。柴油機的架修磨合事實證明，上面提出的判斷磨合結束點的標準是可行的，能達到磨合要求。

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

 

 

 

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