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1、 60内燃机2007年2月气缸套-活塞环磨合过程摩擦磨损特性分析（重庆职业技术学院重庆400712）:分别从气缸真活塞环的磨损失重、基于分形方法的摩擦力矩盒维数分析等方面通过实脸研究了不同润滑 状态下气缸真-活塞环虞合过程中磨损失重和犀擦力矩的变化规律。结果表明：随看磨合磨损时间的延长磨损 重逐渐增加磨损率呈下降趋势糜擦力矩的盒维数呈上升趋势：在不同的润滑方式下摩擦力矩分析比磨损失重 分析更能定量地描述气缸奔活塞环在曆合期内的摩擦磨损特性。:磨台:磨损失重毎擦力矩:盒维数:润滑:TH117.2: B: 1000 - 6494（ 2007）01 0058 03Analysis on W ear
2、Characteristic of the Cylhder pistonRhg h the Runn hg h ProcessLUO Yong-q ian© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 60内燃机2007年2月© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 60内燃机2007年2月气缸套活塞环是内燃机的重要摩擦副由于
3、该摩撩副的工作条件苛刻表面接触不均等原因严 重影响到磨合期内整机的磨合质量。人们针对磨合 过程的研究提出了很多的方法但由于实验条件的 限制很难得到满意的结果。从磨损失重和基于分 形理论“7的摩擦力矩分析入手研究不同润滑状 态下内燃机缸套活塞环磨合期内的摩擦磨损特 征并对两种分析方法进行比较。1试验在MMW1立式万能摩擦磨损试验机上 进行试验机自带数据采集卡可将采集的摩擦力矩 数据直接输入计算机。试验的上下试样均采用线切 割的方式从S50MC型船用柴油机的活塞环、缸套 上取下活塞环、缸套材料均为灰铸铁。上试样尺寸 为5 nun XI0 mm XI7 mm.表面粗糙度为Ra =3.7 Um:下试样
4、尺寸为030 mm X10 mm.表面粗糙度为 Ra =0. 7p m0试验条件为：试验机转速为10 r/niin. 名义接触载荷900 N.润滑剂采用普通CD40油，润 滑方式采用滴注润滑和浸浴润滑滴注润滑即在试 样的摩擦表面涂抹一层润滑油浸浴润滑即将试样 浸在润滑油中。试验过程中采用电子天平每隔:罗永前（1970 -）.男，四川纳溪人.讲师.工学 硕士 主要从事内燃机故障诊断与帀測等方面研究。:2006 09 （）81 h测量一次磨损失重，每隔0.5 h采集一次摩擦力 矩数值输入计算机。22. 12.1.1摩擦系数与润滑状态的关系目前判定润滑状态有两种方法一种是用油膜 厚度6）相对于综合表
5、面粗糙度（尺“）的比值来判定 润滑状态:一种是利用Streibeck曲线来区分不同的 润滑状态。在实际生产中，测量油膜厚度并不是 一件容易的事因此并不被大多数人采纳。利用所 测量的摩擦力矩按照公式P =Tr/T XR计算得到摩 擦系数参照Screibeck曲线来确定润滑状态。各 种润滑状态下的摩擦系数见表io1抿滑状态中国徳国日本美国干摩擦0.15-0.400.70-1.00.70-1.0迪界润滑0.08-0.10.1 -0.30.1030.104混台润滑0.02-0.080.03-0.10.005-0.0100204济体润滑0.001-0.005 0.002 -0.01 0.00)-0.00
6、5 0.001-0.02本实验研究所测得的摩擦系数在0.09010 之间根据表1所给出的各种润滑状态下的摩擦系 数可以确定本试验是处于边界润滑状态。在边界润 滑状态下摩擦系数包含液体摩擦系数和固体摩擦 系数两部分即流体摩擦系数固体摩擦系数Zo在浸油润滑方式下.流体摩撩系数占优势摩擦表面 的粗糙峰接触较少在磨合磨损过程中.磨损量较 小摩擦系数收敛较慢：在滴注润滑方式下，固体摩 擦系数占优势摩擦表面的粗糙峰接触较多在磨合 磨损过程中磨损量较大摩擦系数收敛较快。2. 1.2磨损失重与润滑状态的关系图1为摩擦磨损过程中活塞环磨损失重随时间 的变化规律其中（a）为滴油润滑方式下磨损量的变 化规律（b）为
7、浸油润滑方式下磨损量的变化规律。 可以看出：随着磨损时间的延长磨损量逐渐増加 但是磨损率（单位时间的磨损量即直线斜率）逐渐 减小大约在3 h后.磨损率逐渐趋于稳定:浸油润滑 方式下比滴油润滑方式下活塞环的磨损量和磨损率 耍小得多说明不同的润滑方式对摩撩磨损产生较 大的影响。40100200300400l/min3 20图1活褰环磨损失重随磨合时间变化曲线图2为摩擦磨损过程中气缸套磨损失重随时间 的变化规律。可以看出：气缸套表现出和活塞环一 致的变化规律;相同的润滑方式下气缸套的磨损量 和磨损率比活塞环的要小很多这同柴油机在实际 工作中表现出的磨损规律相符合。2.2在缸套和活塞环磨合磨损过程中摩
8、擦力矩是 一个随时间变化的动态参数，摩擦力矩变化能够反 映磨合磨损过程中磨损状态的变化。由于磨合磨损 过程中磨损状态的改变造成摩擦力矩产生随机性很 强的波动因此摩撩力矩信号具有较为典型的分形 特点。从分形的角度对不同磨损状态下摩擦力矩 的变化特点从整体上用分形维数给出一个定量的描 述对研究磨合过程与磨损状态的内在联系具有重 要意义为合理地确定缸套和活塞环磨合过程提供 可靠的理论依据5,0l/min图3摩擦力盒维数随磨合时间变化曲线-(a) -t(b)O 如E、瀏*卒鑒0.60.4(100200300400"minS 2气缸箕磨损失重随磨合时间变化曲线3缸套活塞环磨合过程中的主要磨损形
9、式是粘 着磨殒，同时也存在其它磨损形式。试验一在滴油 润滑方式下连续磨合试样表面互相接触的峰顶在 运转过程中不断被削去产生的磨削与润滑油混合. 磨料磨损不断増强:试验二在浸油润滑方式下连续 磨合粘着磨损还是主要磨损形式。通过上面的磨 损失重变化曲线和摩擦力矩盒维数随磨损时间变化 曲线可以看出，磨损失重量随磨合的进行而増加试 验一増加较快试验二增加较慢。这与摩撩力矩盒 维数的的变化规律是一致的试验一在粘着磨损和通过计算,分别得到两种不同润滑状态下摩擦 力矩盒维数值图3为摩擦力矩盒维数随磨损时间 的变化规律。可以看出：摩撩力矩盒维数随磨损时 间的増加呈震荡増加趋势大约在6 h后盒维数趋于 稳定直;
10、在不同的润滑方式下盒维数呈现出不同的 数值范围浸油润滑方式下摩擦力矩盒维数增加较 小其稳定值为1.28左右.滴油润滑方式下摩擦力 矩盒堆数増加较大其稳定值为1.35左右。磨料磨损同时存在的情况下，摩撩力矩振幅值下降 较快摩擦力矩盒维数出现上升趋势.且量值较大: 试验二在粘着磨损为主要磨损形式的情况下，摩擦 力矩振幅值也在下降，但下降速度较慢摩擦力矩盒 维数也出现上升趋势且量值较小。因此摩擦力矩 盒维数能够反映缸套和活塞环磨合过程中磨损失重 量的变化规律同时与磨合过程中磨损形式存在一 定的内在联系利用摩擦力矩盒维数的变化规律可 以评价磨合磨损过程。从上述分析中可以看出：a-磨损量和摩擦力矩随时间
11、变化表现出一致的 规律说明两种方法都可用来描述气缸套活塞环 摩擦磨损的变化规律。b有磨损量描述时.大约在3 h后磨损率将趋 于平稳，而此时的摩擦力矩盒维数仍呈现出震荡増 加的趋势其原因可能是由于用磨损量描述时随着 磨损率的相对减小，測量误差可能影响到测量的结 果0C磨损量测量法可用于摩擦磨损规律的定性描 述.摩擦力矩测量法可用于摩擦磨损规律的半定量 描述。4a.摩擦力矩信号具有分形特征可对摩擦力矩 用分形维数进行分形表征。b分析方法中摩擦磨损表现出一致的规律说 明两种方法均可用来表征气缸套活塞环的摩撩磨 损特性。c通过两种方法的比较可以看出随着时间的 延长磨损量分析法的测量误差将影响到分析的结
12、 果:而摩擦力矩盒维数分析更能定量的描述代缸套 活塞环的磨合磨损规律。d.不同的润滑方式对气缸套活塞环的摩擦磨损 影响较大.在磨合过程中应给于摩擦副充分的润滑。0J孙義吴自勤分形原理及其应用IM北京：中国科 学技术大学出版社，2003: 538&2张济忠分形M北京：清华大学出版社，1997:门6 187B逼诗祷黄平摩擦学原BIM).北京:清华大学出版 社.2002: 180 185.郑建明李言肖继明分形在钻头磨损切削力特征提 取中的应用|J.应用科学学报，2004, 23(3): 12 16.0皆艳阳何正嘉胥永刚振动离徵信号分形盒为数的 改进算法和应用川撮动工程学报，2000. 13:
13、23 - 26.© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 60内燃机2007年2月© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 60内燃机2007年2月(上援第52贝)图5氧浓度与指示功率增长率的关系曲线之间的关系，由此可以得出结论发动机功率随着富 氧进气中氧气浓度的増加而增大。a.以汽油发动机为例对燃油的燃烧过程进行分 析建
14、立燃油燃烧模型和排放生成物模型。b.对燃烧的放热效率及主成物进行埋论计算 分析富氧燃烧对发动机功率及排放的影响。C.通过定性实验验证发动机富氧燃烧的可行 性。0解茂昭内燃机计算燃烧学|M大连:大连理工大学 出版社.2005.2 Kkh H. Huang S Conparison of Preniixed Turbulenl Burning Velocity Model Taking Account of Turbulence and Fkmc Spatial Scale. &XE Technical Paper 930218. 1993.D毕小平蒋德明汽油机燃烧过程热力模型计算的改 进J内燃机学报.1987,(2).R李绍安内燃机准维燃烧模型的研究动态|J内燃 机工程，1999,(2).© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved,