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柴油发电机磨合试验的目的、区别及正确方法 |
导读：柴油机的装配就是把新零件、修理合格的零件、组合件及辅助总成，按工艺和技术条件装配成完整的柴油发电机组，并对其调试和磨合。磨合质量对发动机的修理质量和性能有着重大影响，对大修柴油发电机的使用寿命的影响也非常大。磨合问题目前在国内来说仍然是一个空白点，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，如何确定柴油机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规定。因此，康明斯发电机厂家将在本文中讲述了柴油发电机的磨合试验目的、好处及质量评价标准。
一、磨合试验的分类
柴油发电机组可以通过磨合，以消除零件机械加工时所形成的粗糙表面，降低磨损零件表面单位压力，使相配合的零件表面能更好地接触；同时，由于零件表面的局部磨损，也消除了零件在机械加工时所产生的几何偏差。柴油发电机的磨合分为冷磨合和热磨合两种。
1、冷磨合
所谓冷磨合，是指柴油发电机在试验台上由电动机或其他动力来带动曲轴进行运转，达到对曲轴连杆机构、配气机构和其他动配合零件进行磨合的目的。进行冷磨合注意事项如下：
（1）水温最好控制在95°摄氏度左右，若水温达到105℃时应及时使用风扇冷却。
（2）注意检查机油压力是否正常，发现异常现象，应立即停机检查并加以排除。
（3）观查各机件工作情况是否正常，若有漏水、漏油或磨擦副表面附近过热，各部有异常响声等异常现象时，应及时查找原因，并加以排除。
（4）冷磨合结束后，应将机油放出，分解柴油机各部件。检查活塞活塞环与汽缸内壁、曲轴主轴承、连杆轴承与曲轴轴颈等运动件的磨合情况然，后排除发现的故障，并将拆检的机件清洗干净，按规定标准装合拆检的柴油机，再加入柴油机冬季用油，准备进行热磨合。
2、热磨合
所谓热磨合，是指将柴油发电机安装完毕，并且经过详细检查后，将柴油机启动起来，通过无负荷与有负荷试验，进一步检查与调整柴油发电机，使其具有良好的动力性和经济性。
（1）无负荷热磨合
无负荷热磨合目的除进一步磨合外，还对柴油机的油、电路、润滑系和冷却系进行必要的检查和调整，并及时排除故障。
无负荷热磨合规范：按规定程序启动柴油机，在空载情况下，以额定转速运转1h。柴油机正常工作的水温、机油压力和机油温度。
（2）有负荷热磨合
无负荷热磨合之后，还须进行有负荷磨合，即用试验台的加载装置对柴油机逐渐加载增速进行磨合。有负荷热磨合可分为一般磨合和完全磨合两种。一般磨合时间较短（>3h）,只能进行个别的测试（如最大功率点，最大转矩点和最低燃油消耗率点）；完全磨合即进行整个外特性曲线的测试。对大修的柴油机，进行一般磨合即可。
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图1 柴油发动机冷磨合试验台 |
图2 康明斯发动机性能测试中心 |
二、磨合的好处
柴油发电机装配完毕，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。柴油发电机磨合的目的如下∶
1、形成适应工作条件的配合性质
（1）扩大配合表面的实际接触面积。
由于新零件表面微观粗糙和各种误差，装配后配合副的实际接触面仅为设计面积的1/100～1/1000,微观接触面积在高应力高磨擦热作用下就容易产生塑性变形和粘着磨损，引起咬粘等破坏性故障。因此，在特定的磨合规范下运动，粗糙表面的微观凸点镶嵌其上并产生微观机械切削现象，使实际接触面积不断扩大，在短期内形成适应正常工作条件的配合表面。
（2）形成适应工作条件的表面粗糙度
零件加工的表面粗糙度与工作条件的要求差距甚大。在磨合中才能形成适应工作条件的表面粗糙度。
（3）改善配合性质
形成了适应工作条件的实际接触面积和表面粗糙度以及配合间隙，减少了其摩擦阻力与摩擦热，故障率降低，提高了大修柴油机的可靠性与耐久性。
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、全面检查柴油发电机修理质量
全面检查柴油发电机修理后的质量，若发现故障应，及时排除，以提高柴油发电机工作的可靠性。
4、改善配合副的润滑效能
磨合使配合间隙增大到适应正常工作条件的配合间隙，改善了润滑油的泵送性能，增大了配合副间润滑油流量，改善了配合副的润滑效能，利于保持正常的工作温度和配合表面的清洁。
5、提高柴油机的可靠性与耐久性
金属在低于或近于疲劳极限下，磨合一定的时间，“实现次负荷锻炼”,可以明显提高金属零件的抗磨损能力和抗疲劳破坏能力，从而提高机械的可靠性和耐久性。
磨合试验规范包括柴油机的转速，工作负荷及各阶段的磨合时间。磨合时要根据不同的柴油机选择与之相适应的磨合规范，以实现磨合时间短、磨合质量高的效果。
三、磨合试验的目的和设备
冷磨合一般由生产厂家或条件较好的柴油发电机大修单位进行，对于一般用户而言，主要掌握柴油发电机的热磨合试验即可。热磨合分为无负荷试验和有负荷试验两种。
1、空载（无负荷）试验
无负荷试验目的在于检查柴油发电机工作时是否有故障。具体地讲，有以下几点：
① 检查机器零件的装配情况及配合件之间的间隙是否适当。
② 检查有无三漏（漏油、漏水和漏气）现象。
③ 柴油发电机运转是否均匀。
④ 活塞、活塞销、曲轴主轴承和连杆轴承等有无特殊响声。
⑤ 排气声音与颜色是否正常。⑥机油压力与冷却水温是否正常。
⑦ 气门间隙是否适当。
⑧ 柴油机的输油泵、喷油泵（高压油泵）和喷油器等工作是否正常。
热磨合前，应装复柴油发电机的全部总成、附件及仪表，加足燃油、机油和冷却水；调试一切必须调整的内容，如气门间隙、风扇皮带松紧度、机油压力，柴油机的喷油压力、供油时间、供油量、各缸供油不均度等，使柴油发电机处于良好的工作状态。
2、带载试验
有负荷试验的目的在于测定新装柴油发电机或柴油发电机大修后的质量，检查是否达到规定的技术标准。
注意：热磨合试验后必须重新调整气门间隙，重新紧固主轴承、连杆和气缸盖等处的螺栓螺母，及时更换机油。
当柴油发电机进行磨合试验时，如果为了排除故障而更换了活塞、活塞销、活塞环、气缸套和连杆轴承等，均应重新进行磨合试验。对于新装的柴油发电机，或柴油发电机大修后受设备条件的限制，可不进行冷磨合而直接进行热磨合。柴油发电机磨合后，还应进行柴油发电机功率、燃油消耗率和机油消耗率等项目的测试，以便准确鉴定柴油发电机的（修理）质量。
3、负荷测试设备和原理
（1）水力测功器布置原理
水力测功机圆盘牢固在转轴上，与转轴一起在外壳内旋转，构成了测功器的转子，原理如图3所示。转子内轴承文撑在外壳内，而外壳又由外轴承支持在测功器底座上，它可以绕轴线自由摆动。水颠末进水阀流入外壳的内腔，当柴油发电机飞轮发动转子在外壳中旋转时，由于转盘与水之间的摩擦作用，水也跟着一起旋转。在离心力的作用下，水被甩向外壳内壁，形成一个环形水田，井使其动量矩增长。同时外壳受水的打击后，绕轴系摆动水打击外壳内壁，受到内壁的摩擦阻力的作用低沉了速度，付出了动能，在水压的作用下，折向外壳中间流动，形成环形涡流水困，末了使水的温度升高。由于水圈与外壳内壁的摩擦，外壳的旋转（摆动）速度比转子的转动要慢，因而水圈就要克制转子的转动而孕育产生一个阻力矩，此阻力矩取决于联轴器直接作用在柴油发电机的飞轮。这便是加在柴油发电机上的负荷，大概说水汲取了柴油发电机的功率。水力测功器这个负荷可以议决调治进、出水量来控制。水圈愈厚，阻力矩愈大，汲取的功率愈多。
（2）水力测功机的分类
圆盘式水力测功机与涡流室式水力测功机是两种常见的水力测功机。
① 圆盘式水力测功机原理
通过改变水层厚度来调节制动转矩，如4图所示为其结构简图。转盘固定在转轴上，构成测功机的转子。转子由轴承支承在外壳内，外壳又由摆动轴承支撑在支架上，可绕转子轴线自由摆动。工作时转子通过联轴器与被测动力机械一起旋转，经进水阀注入外壳中的水由转盘带动旋转并受离心力的作用被抛向外壳的内腔形成旋转的水环，水环的旋转运动受到外壳内壁摩擦阻力的作用。这样，水和壁面间的摩擦作用使被测动力机械输出的有效转矩由转子传递到外壳上，再通过固定在外壳上的力臂传递给测力装置，从而指示出力的大小。
② 涡流室式水力测功机原理
涡流室式水力测功机是通过改变水压或改变作用面积来调节制动转矩的，前者通过控制排水阀的开度改变内腔水压及水量来调节制动转矩的大小；后者靠闸套的位置移动调节转矩，而内腔始终充满着水。
（3）水力测功器试验方法
水力测功器的主体是水力制动器，其基本原理是利用水分子间相互摩擦，吸收柴油发电机输出的扭矩。其外形有测功器主体、摆锤式测力机构、测速装置及底座等部分。测功器主体（吸收扭矩）的外壳由上壳、下壳及左、右侧壳构成空腔，左、右侧壳外端各装有端盖，端盖装有滚动轴承，使定子可绕轴线摆动。转子装在测功器轴上，架在滚动轴承上。
进行试验时，将柴油发电机的输出轴与测功器轴连接，打开进水阀，水流进入到测功器的空腔。柴油发电机运转后，带动测功器的转子转动，转子上搅水棒，搅动水流形成环形涡流圈，水流与外壳内壁和阻水柱摩擦，形成阻力矩，与柴油发电机输出扭矩对应。作用在外壳的力矩，使外壳偏转，通过测力机构，可测出其作用力矩，即为柴油发电机的有效扭矩。由于水流吸收的功率转换为热能，使水温上升，要使水流循环散出热量，使水流出口处温度保持在50-60℃之间。调节水流量，可改变测功器内的水面高度，以适应柴油发电机功率变化。
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图4 水力测功器结构示意图 |
图3 水力测功器原理图 
四、磨合质量的评价依据
1、磨合质量特征
磨合质量的标志综合表现在内燃机全功率运行工沉下，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。
2、可操作的评价方法
（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。
总结：
柴油发电机磨合是修理工艺过程的一个重要工序，是从修理装配状态转入工作状态的过渡，磨合质量对总成修理质量和大修间隔里程有着重大的影响。修理的柴油机使用的零件有新有旧，零件的技术状况相差大。修理工艺装备和企业生产技术水平又存在着很大的差异。有些修理的柴油机在磨合中就出现拉缸、烧瓦等严重故障。因此，修理好和新装的柴油发电机进行科学的磨合就更为必要。
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