康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机磨合期内的使用原则和影响

 

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、定型的基本过程。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部件配合得很精密，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，对柴油发电机组的寿命、安全性、经济性将会产生重要的影响。

 

一、磨合的目的

 

      发动机装配完毕，还需要进行必要的磨合及磨合后的维护、检验，合格后才能进行正常工作。发动机磨合的目的如下：

1、增大摩擦副工作表面实际接触面积

      新修理的发动机各摩擦副的零件多为新加工或换用的新件，摩擦副工作表面比较粗糙，实际接触面积小，如果直接投入使用，工作负荷将使单位实际接触面积上的压力很大，局部温度很高，易产生破坏性的黏着磨损。只有在摩擦副工作面经过相应磨合处理之后，摩擦副工作面的接触面积增大，才能防止非正常磨损的发生，保证发动机在额定载荷下的正常工作，延长发动机使用寿命。

2、消除在加工、装配过程中的误差

       零件在加工、装配过程中都存在误差，使零件不能很好地配合工作，应通过有控制的磨合处理来修正。

3、全面检查发动机修理质量

      全面检查发动机修理后的质量，若发现故障应，及时排除，以提高发动机工作的可靠性。

 

磨合期示意图

发动机磨合示意图

 

二、磨合阶段

 

      磨合期一般指机械零部件在初期运行中接触、摩擦、咬合的过程。现代多用于形容两件事物或组织内部运作的互相熟悉适应的时间段，也用于形容感情及婚姻开始，互相间接触熟悉的阶段。

1、微观阶段磨合

      冷磨合、无负荷及小负荷热磨合，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，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。

2、宏观阶段磨合

      3小时到最初的100小时的磨合阶段，为了达到更有效的初始磨合效果，这个阶段请不要使用合成或者半合成机油，请使用大厂出品的专用磨合油。从低中负荷至全负荷，每工況磨合时间较长，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。

3、第三阶段磨合

      100小时以上，这个阶段其实已经不需要刻意注意磨合期的限制了，逐步将发动机转速限制提高，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。

       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，使柴油发电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。

 

三、磨合期铁谱监测技术

 

      铁谱分析技术是20世纪70年代发明的一种新的机械磨损测试方法，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，从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损程度和磨损部位的技术。

      铁谱技术发展至今，已广泛用于磨损机理的研究和各种机械设备的工况监测，并已获得了很大的成功。试验研究表明，机械零件的磨损过程一般要经历跑合磨损、稳定磨损、急剧磨损三个阶段，如图3所示。铁谱技术在机械磨损研究中，主要侧重于稳定磨损阶段中磨擦件状态的监测，并在监测过程中获得了大量机械运行状态正常与否的判断标准.如直读数出现渐增或突增，分析谱片上出现大于15μm的大磨粒，且出现红色氧化物等，均为磨擦副异常或机油受污染的特征。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。所以，笔者认为对磨合结束点应有一个统一的认识和标准。

1、运动机械磨合规范的现状

      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手段情况下根据经验制定的，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况下就投入了应用。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，机车架修后投入应用到第一次定修（约2000小时）期间的故障最多，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图

图4  柴油机机破、临修件数与定修次数的关系图

 

2、磨合结束点的探讨

      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损阶段。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。农业机械化研究院的试验也表明，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。

      那么，运动机械的磨合是否真的需要那么长的时间呢?回答是否定的，因为：

（1） 根据磨粒动态平衡理论，在恒磨损率情况下，机油经过一定时间的循坏后，其中的磨粒达到动态平衡，即单位时间内产生的磨粒数量等于被机油系统排除的磨粒数量，机油中的磨粒浓度是恒定值。由磨粒动态平衡公式R=lnβ/ln（1-a_i），可算出不同排除率情况下，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。

表1   不同排除率情况下廉粒浓度达到平衡的时间

 

      由表1可知，若该循环系统的磨粒排除率为0.3（即机油循环一次，30%的磨粒被机油各种滤清器过滤掉），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，而磨合期间产生的磨粒数量与时间是增函数关系，其磨损率始终是变化的，所以，要达到同样的动态平衡需要更长的时间。

（2）磨合期间单位时间产生的磨粒数量远远大于稳定磨损阶段，其磨粒尺寸也较大，加上检修过程中带入的大量污染物，很容易堵塞滤清器的滤网，滤清效果越来越差，甚至使安全阀开启泄油，大量未经过滤的机油直接进入循环系统.此时，磨粒的排除主要是破碎、沉降和粘附，其排除率a_i降低，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真实情况。

（3）根据图5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行才能降到正常值。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，并在磨合后更换机油，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，而是磨粒浓度过高，磨粒排除率降低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，只要磨损曲线通过最高点开始降到B₁点，分析谱片上磨粒细化就可判断为磨合结束。这是因为：

（1）B₁点是磨损曲线下降过程中的一点，一般都处在负载磨合阶段，此时，载荷在不断增大，而磨粒浓度却在下降，即磨损率在降低，说明此时的接触面积增大了，摩擦面的承载能力得到了提高.这时磨合基本达到要求，摩擦表面的凸峰已形成“馒头”形凸峰，建立起稳定的剪切混合层的表现。

（2）由于存在磨粒浓度动态平衡滞后现象，实际上的B₁点比铁谱监测曲线上的B₁点要低，即实际磨合效果比曲线上B₁点表现的要好。

（3）磨粒细化本身就是磨合效果好的体现。

 

图5  普通国产柴油机磨损量与时间的关系图

图6  东风康明斯柴油机磨损量与时间的关系图

 

四、磨合期内的使用原则

 

      在磨合期的使用中，应遵循以下基本原则：

1、减载

      发电机组在磨合期内装载量尽量不要超过额定载荷的50％。由于机件之间尚属于磨合期，过大的负荷和过高的速度，都会加剧对零件的冲击。那样不仅无法降低粗糙度，还会对零件造成损伤。特别是突加负载，实际上是让柴油发电机工作在瞬间大负荷下，如果零件表面啮合不好，很容易由于冲击造成磨损。

2、选择优质润滑油

      选择低粘度和优质润滑油，能使摩擦表面得到良好的润滑，减缓机件磨损。 另外，环境温度决定了机油等级的选择。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起动性能造成影响，不会造成柴油发电机的损坏。为了减小磨损，不宜长期在超出极限温度的条件下使用。 常年运转的柴油发电机，应选择复合粘度机油。工作状态如图7所示。

3、合理使用油料

（1）夏季使用 0＃柴油

      一般来讲，要尽量添加质量比较好的燃油。使用标明含硫量低于 0.5％的柴油，如果含硫量高，要缩短更换机油的周期。建议采用的标准为：GB/T18147－2003（含硫量低于 0.5％的柴油)

（2）冬季使用－10＃柴油

      当环境温度低时，柴油中将析出蜡。会堵塞柴油系统，造成故障。因此 0℃以下时，应使用冬季柴油。如果温度低于-20℃，可往柴油中加入煤油，大多数情况，可以加流动改善剂降低流动阻力。

4、正确调整供油系统

      正确调整供油系统，提高磨合期的经济性。

 5、冷却液的质量要求

      冷却液必须符合表2的规定值。检查冷却液的质量可以用专用检测工具。

表2    柴油机冷却液使用标准 

 

6、磨合期内的注意事项

      新机或大修后的柴油发电机，必须经过充分的磨合后，方可投入满载运行。磨合期内的负荷应以满负荷的50%为宜。若未经磨合就投入满负荷运行，不但其功率明显下降，而且还容易发生烧瓦、抱轴及拉缸等事故。

（1）预热措施

      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，致使零部件损耗。但如果长时间“预热”不但会让柴油发电机产生大量积碳，而且也不利于环保。另外，“热机”也有季节之分，比如冬天的时候气温很低，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产生的负面效果了。

（2）避免负荷过重

      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，如果整天是满载运行的话，那会对机件造成一定的损坏。一般建议处在磨合期的新机不能超过额定载荷的80%。

      根据相关文献《内燃机缸套-活塞环磨合研究概述》的论点，在磨合初期，由于摩擦副（活塞环和汽缸壁）的真实接触面积较小，承载能力较低，负荷过高容易引起摩擦副表面因局部塑性变形而产生粘着磨损，结果导致表面撕裂、拉缸等现象。缸套与活塞环磨合过程是一个自适应和自调整的过程，如图8所示。磨合期间摩擦副所发生的变化基本有摩擦表面间流体润滑模的建立、摩擦表面上保护膜的形成、表面解除特性和表面物理化学特性的改善等。

      磨合初期表面接触微凸体由于压力较大，总承载的70%~80%处于塑性变形状态，随着磨合过程的进行，弹性解除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解除面积塑性部分逐渐减小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高后，才应相应逐级提高内燃机载荷。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。

（3）忌高负荷长期运行

      柴油发电机连续长时间工作，这对柴油发电机内部仍没“沟通”好的零件来说是一个负荷，会直接影响到零件之间的配合，不利于柴油发电机长期的使用。处在磨合期的发电机组，最好避免高负荷长时间运行。

 

图7  柴油机磨合期内润滑油的工作状态

图8  柴油机缸套与活塞环磨合过程示意图

 

7、磨合期内的检查

○  检查柴油发电机各连接部位紧固情况。

○ 检查柴油机预热装置功能。

○ 清洗柴油机粗滤。

○ 检查冷却液位，测试冷却液质量是否合格。

○ 每天检查空气滤清器及其连接情况。

○ 每天检查中冷器，放出冷凝机油。

○ 检查柴油发电机监控系统，报警系统。

○ 清洗柴油机，检查柴油发电机漏水孔。

○ 检查柴油发电机安装支腿减震器情况，必要时更换。 

 

图9  柴油机机油滤清器更换示意图

图10  柴油机气门间隙检查

 

总结：

      磨合是运动机械不可缺少的一个重要环节，应该象正常磨损阶段一样加以重视。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，达不到延长正常磨损阶段的目的。根据上述判断标准制定的磨合规范，即可保证磨合效果，又可最大限度地缩短磨合时间，也就是相应地延长了稳定磨损阶段。柴油机的架修磨合事实证明，上面提出的判断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程序、负荷、转速与时间的分配。在低负荷下长期运转，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发生帘气，缸套与活塞环局部金属接触而产生过度磨损，从而引起“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损，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主要的。此外，连续的高负荷运转将带来热负荷方面的不良影响，引起润滑油膜的破坏。所以，在磨合中进行长时间的高负荷运转时，为了冷却局部的金属接触点，可以考虑在中途采用几段低负荷运转。磨合所持续的时间和负荷分配，依不同的情况，其差别是很大的。

 

 

 

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