发动机磨合原理及磨合规范制定原则

发动机磨合原理及磨合规范制定原则庞付忠PangFuzhong第2页2020/1/30一、磨合原理1、什么是磨合：它是一个机械物理与化学作用的复杂过程，使摩擦表面性质从初始状态过度到使用状态的过程。它有狭义和广义之分：狭义指内燃机磨合的前阶段由外力拖动的冷磨合和自身启动热磨合；广义是指包括整个负荷工况在内的正式运转前的磨合过程，甚至包括正式初期运转阶段。2、为什么要磨合零部件表面加工无论如何光洁精确，微观上也是粗糙不平的，宏观上也有锥度、椭圆和形位配合公差。磨合前实际接触面积比名义上小得多，一般不会大于40%-50%，有的只能达到30%左右，形成接触点负荷集中、过载、产生高热，使润滑油膜破坏，引起烧蚀粘结；通过磨合，真实接触面积逐渐扩大，磨损减慢，逐渐过渡到正常稳定的磨损阶段。磨合前，运动面上的凸凹互相接触和嵌入，若速度和负荷不合适，会出现剧烈摩擦、冲撞、金属撕裂等，造成表面损伤。第3页2020/1/30因装配质量引起的其它不良因素（划痕、磕碰等）。发现装配中的缺陷，并及时予以排除。装配清洁度及运转初期的磨屑需要清洗排除。3、发动机磨损阶段摩擦副整个磨损过程大致分为三个阶段：第4页2020/1/30磨合阶段Ⅰ区（O-A）：T0属微观几何形状（粗糙度）磨损阶段，磨损曲线的曲率半径较小，摩擦表面粗糙度磨损比较剧烈，但零件尺寸基本不发生变化；T1属宏观几何形状磨损阶段，磨损曲线的曲率半径较大，表面剧烈磨损已经停止。正常磨损阶段Ⅱ区：已具有良好的工作表面，磨损已稳定，磨损曲线几乎为略有倾斜的直线，磨损量与运转时间成正比。本阶段的长短标志着发动机的正常使用寿命。严重磨损阶段Ⅲ区：工作表面剧烈磨损破坏，磨损曲线急转上升。第5页2020/1/30二、磨合原则微观阶段磨合：冷磨合、无负荷及小负荷热磨合，主要在中低转速运转，每工況的磨合时间只需要1－20min，该阶段总的磨合时间为几分钟，最多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。宏观阶段磨合：转速范围从低转速到额定转速，运转负荷较大，从低中负荷至全负荷，每工況磨合时间较长，该阶段总的时间为几个小时到几十个小时，磨合结束发动机各项指标（性能、机械损失功率、机油消耗量、漏气量）均趋于稳定。正确的磨合在于保证摩擦表面最少损失的前提下尽快的磨合，使内燃机迅速进入负荷使用工况。磨合过程取决于磨合运转的负荷、转速工况，首要任务是选择选择初始负荷以及分级加载值，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。第6页2020/1/30磨合程序、负荷、转速与时间的分配第7页2020/1/30汽油机的磨合第8页2020/1/30第9页2020/1/30分类磨合1、出厂检验磨合规范该规范的特点属于微观几何形状的磨合阶段，要求发动机在低、中转速运转，负荷应为冷拖磨合、无负荷或小负荷的热磨合。摩擦副表面粗糙度的磨损比较剧烈。该阶段磨合质量对发动机使用寿命有重要影响。2、正常寿命磨合规范该类规范的特点是在完成低、中转速冷拖磨合、无负荷或小负荷热磨合后，又进行中高转速及中大负荷的热磨合。它是在完成微观几何形状的磨合后，对宏观几何形状进行一定程度的磨合。此规范磨合后，按正常工況运转使用已不影响发动机寿命，但发动机机械损失功率仍未达到稳定状态，性能指标仍未达到最佳值。该规范适用于只进行一般的生产监督性的性能抽检，对指标要求不严格的规范性试验，或可靠性试验前的磨合。第10页2020/1/303、性能试验磨合规范该磨合规范应完成了微观几何形状的磨合，并已基本完成了宏观几何形状的磨合。磨合后期应进行中高转速乃至额定转速和全负荷磨合。磨合规范总时间为十几小时至几十小时，一般为20－40小时。磨合结束发动机的机械损失功率基本稳定，性能指标已达最佳值。该规范适用于复杂的性能试验、性能对比试验以及开发性试验前的磨合。4、零部件磨合规范与转速有关与负荷无关零部件：包括配气机构和轮系的齿轮等，摩擦副多为点接触或线接触，接触应力较大，且多为飞溅润滑，所以磨合规范的重点是微观几何形状的磨合，重点考虑磨合规范的转速分布，各转速的相应负荷均不大于50％，磨合总的时间几分钟至几小时，最多为6小时左右。与转速和负荷均有关零部件：主要是曲柄连杆机构，不但要完成微观几何形状的磨合，对宏观几何形状也要进行一定程度的磨合。规范中应包括中高转速乃至额定转速，以及中大负荷及至全负荷的磨合，其中最难磨合的是轴颈与轴瓦的磨合，磨合时间需几小时、十几小时乃至几十小时。第11页2020/1/30三、制定磨合规范的指导意见1、确定磨合规范的初始转速及转速间隔1）拖动磨合初始转速500r/min转速范围500－1000r/min转速间隔100－200r/min工況时间15－20min2）热车磨合初始转速1000－1500r/min转速范围初始转速到额定转速转速间隔200－400r/min第12页2020/1/302、确定负荷的性质及大小微观几何形状的磨合应为拖动磨合、热车空负荷及中小负荷的磨合；宏观几何形状的磨合应为中大负荷及至全负荷的磨合。3、确定工況磨合时间微观几何形状的磨合，在某一工況下只需几分钟最多20分钟左右即可磨合稳定；宏观几何形状的磨合，在某一工況下运转时间不应小于半小时，一般在1小时以上。4、性能试验磨合规范的制定1）拖动磨合初始转速500r/min转速范围500－1000r/min转速间隔100－200r/min工況时间15－20min循环总时1－2h第13页2020/1/302）热车磨合（循环法）初始转速1000－1500r/min转速范围1000r/min到额定转速转速间隔100－200r/min工況时间30－60min循环总时20－40h每一循环的内容为：第一循环——25％负荷，从1000r/min至额定转速，每工況30min；第二循环——50％负荷，从1000r/min至额定转速，每工況30min；第三循环——75％负荷，从1000r/min至额定转速，50％额定转速以下每工況30min，50％额定转速以下每工況60min，4000r/min以上可适当减为30min；第四循环——100％负荷，从1000r/min至额定转速，每工況1h，4000r/min以上可适当减为30min。注意在高负荷长时间运转后，应在低转速小负荷运转一定时间，这里指每循环结束后均应有低转速小负荷工況，特别是第三循环、第四循环。第14页2020/1/30四、磨合质量的评价依据磨合质量的标志综合表现在内燃机全功率运行工況下，理论上出现的各种情况有：1、摩擦件表面粗糙度已下降，真实接触面大大提高，其表面无加工痕迹，无划痕、擦伤、热变色等，表面相互作用产生的法向应力和切向应力均减小；2、工作表面的磨损速率、摩擦系数和温度均稳定在较低水平上；3、抗磨表层强度随层深增加，并呈正压应力状态；4、初始粗糙度消除，形成新的平衡显微凸凹面；5、形成耐久的润滑油膜。第15页2020/1/30可操作的评价手段有：1、机械损失功率变化曲线2、机油消耗量变化曲线3、活塞漏气量变化曲线4、机油含铁量变化曲线5、摩擦副表面观测分析（接触面、接触带、光洁度、擦伤、拉伤）6、活塞、活塞环和缸筒的磨合情况第16页2020/1/30五、总结语应当指出，虽然我们对磨合规范的制定做了一些指导原则，但到目前为止，磨合问题仍然是一个“空白点”。不仅没有磨合过程的通用理论，甚至对表面初始粗糙度应当是什么样的，如何确定磨合运转的持续时间，磨合运转应从多大负荷开始以及在磨合运转期间应以何种方式调节负荷等等，都没有统一的意见。但是，对于磨合运转在发动机制造和使用的全部过程中占有非常重要的地位，这一点，大家的意见是统一的。第17页2020/1/30第18页2020/1/30第19页2020/1/30第20页2020/1/30第21页2020/1/30第22页2020/1/30附录四：SQR372、SQR472F——23小时磨合试验规范序号发动机转速扭矩运行时间r/minNmmin11000101202150015120320002012042500251205300030120635003518074000401808450045120950004512010520045601154004560125600W.O.T30135800W.O.T15146000W.O.T15注：磨合结束，停机检查，测量缸压。第23页2020/1/30附录七：SQR473——11.5小时磨合试验规范第1部分发动机初磨合（4.2小时）序号发动机转速扭矩运行时间r/minNmmin120002552150025103150050104250025105250050106350025107350050108450025109450050101055002510115500501012575025101357505010142000255第24页2020/1/3015150010010161500节气门全开1017250010010182500节气门全开1019350010010203500节气门全开1021450010010224500节气门全开1023550010010245500节气门全开1025575010010265750节气门全开102720001005第2部分发动机调整工况磨合（7.3小时）14000节气门全开1024500节气门全开1035000节气门全开1045500节气门全开1055750节气门全开106200030Nm5以上1-6循环8次第25页2020/1/30