柴油機潤滑油液體污染程度對抗磨性能的影響

張召民，李 婧

（海軍工程大學動力工程學院，湖北武漢 430033）

柴油機潤滑油液體污染程度對抗磨性能的影響

張召民，李 婧

（海軍工程大學動力工程學院，湖北武漢 430033）

針對潤滑油中混入柴油、混入水分以及同時混入柴油和水分3種污染方式，在實驗室條件下，對不同油樣進行檢測分析。結果表明，試驗條件下摩擦因數和鐵量儀讀數隨柴油質量分數變化分別滿足擬合曲線μ=0.0058C柴油+0.1375和m=1.389C柴油-3.3。

潤滑油；污染程度；摩擦系數；鐵量儀

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.73

0 引言

潤滑油污染是潤滑油性能下降的主要原因。潤滑油污染是指在潤滑油中含有破壞潤滑油效能的物質，污染物的存在形式可以為氣體、液體或固體。潤滑油被污染后的潤滑性能變化理論分析已經很成熟，但是在實際工程中的實例分析還有待完善[1]。以工程中柴油機活塞環(huán)與氣缸套的摩擦為例，常見的潤滑油污染方式主要是液體污染和固體污染，潤滑油固體顆粒物對活塞環(huán)—缸套潤滑性能影響的研究已經在研究，本文對潤滑油液體污染進行研究[2]。研究表明，柴油機活塞環(huán)與氣缸套間液體污染產生的原因：①冷卻系統(tǒng)泄漏，如汽缸蓋水道損壞，導致冷卻液與潤滑油穿通，潤滑油里混入水分，油質變??；②燃燒室密封不好導致燃油滲出混進潤滑油中[3]。

1 實驗儀器和材料

1.1 實驗儀器

實驗所用儀器為CFT-Ⅰ型多功能材料表面綜合性能測試儀，可以對不同種類的材料涂層、聚合物、金屬及陶瓷復合材料的摩擦學性能進行測試（圖1）。測試結果，如摩擦因數、摩擦力、磨痕深度，都可以在所配備軟件的界面上實時顯示。

1.2 實驗摩擦副

柴油機的磨損與載荷、溫度、運動及磨損形式等多個因素有關，被認為是摩擦學中最復雜的摩擦磨損問題之一。其中，活塞環(huán)與氣缸套是柴油機的四大摩擦副之一[4]。為了模擬實際工作中柴油機活塞環(huán)與氣缸套間的摩擦現(xiàn)象，制備一組摩擦副（圖2）。其中，A為上試件（往復試件），材料為鑄鐵；B為下試件（固定試件），材料為鋁。

1.3 試驗儀設定參數

外加載荷200 N，摩擦機件往復長度10 mm，摩擦時間30 min，電機轉速 500 r/min。

1.4 實驗油樣

圖1 CFT-I摩擦試驗儀

圖2 摩擦副

摩擦磨損試驗設計負載200 N，轉速500 r/min。油樣配置如下：5%柴油+0.9%水分；2.5%柴油+0.9%水分；5%柴油+0.45%水分；10%柴油；5%柴油；2.5%柴油；100%潤滑油；0.9%水分；0.45%水分；0.225%水分。

2 實驗數據及處理

通過CFT-Ⅰ摩擦試驗儀可以得到摩擦副在各種潤滑油潤滑條件下的摩擦系數；用鐵量儀對摩擦后提取的油液進行磨粒的測量，對實驗數據進行求平均處理得到檢測結果（表1）。

3 實驗分析

3.1 分析方法

（1）摩擦因數分析法。這是一種定性分析摩擦機件之間摩擦程度的一種方法。由摩擦力公式f=μgN可以看出，摩擦機件之間的摩擦阻力在正壓力相同的情況下與摩擦因數成正比關系。所以，在試驗中改變某一特定的磨損條件，通過實驗前后摩擦因數可定性分析出潤滑性能的變化。

（2）失重分析法。這是摩擦學中定量分析摩擦磨損程度的一種方法[5]。磨損失重是摩擦機件相互摩擦磨損后質量減輕的一種現(xiàn)象，失重量值反映了磨損的劇烈程度，其主要通過稱重法確定，即稱量摩擦機件實驗前后質量的減少量來確定磨損量。試驗中改變某一特定條件通過測量摩擦機件實驗前后質量的減少或者測量提取油液中鐵量的增加分析出潤滑性能的變化。受量程限制，這種分析方法只適于小試件。本試驗采用HGDM-1型油液鐵磁性磨粒含量檢測儀對磨損鐵量進行測量。

3.2 數據分析

3.2.1 摩擦因數分析

由圖3可以看出，當潤滑油中混入柴油之后若再混入水分則摩擦因數隨著水分的增加而變大，抗磨性能變差，說明水分和柴油對潤滑油抗磨性能的破壞作用是疊加的。由圖4可以看出，摩擦機件間的摩擦因數隨著柴油的增加而增加，滿足擬合曲線方程μ=0.0058gC柴油+0.1375。由圖5可以看出，在含水量低于0.45%是摩擦因數的變化規(guī)律并不明顯。摩擦因數隨柴油含量變化的擬合曲線如圖6所示。

圖3 混入柴油和水分后摩擦因數的變化曲線

圖4 混入柴油后摩擦因數的變化曲線

圖5 混入水分后摩擦因數的變化曲線

3.2.2 磨損量分析

磨損量分析隨柴油、水分質量分數的變化如圖7、圖8所示。

通過磨損量的測定，可以得出磨損量與柴油的質量分數呈現(xiàn)正比關系，相關性較好但增加較為緩慢，滿足擬合曲線方程：m=1.389gC柴油-3.3。

磨損量隨含水量的變化存在拐點：當水的質量分數低于0.45%時磨損量增加緩慢，增加率為15.56/1%，當水的質量分數高于0.45%時磨損量增加加快，增加率為15.56/1%，從而驗證了由摩擦因數分析法得到的結論（圖9）。

表1 摩擦因數均值及含鐵量檢測結果

圖6 摩擦因數隨柴油含量變化的擬合曲線

圖7 磨損量隨柴油質量分數的變化

圖8 磨損量隨水分質量分數的變化

圖9 磨損量隨柴油含量變化的擬合曲線

4 結論

采用2種方法對配置的含不同質量分數柴油、水分以及柴油和水分的油樣進行了分析，得出3個結論。

（1）潤滑油中柴油質量分數由0增加到10%時，摩擦因數由0.150增加到0.195，鐵量儀讀數由-6.2增加到10.7，分別滿足擬合曲線μ=0.0058gC柴油+0.1375和m=1.389gC柴油-3.3。潤滑油的抗磨性能變差。

（2）潤滑油中柴油質量分數由0增加到0.9%，摩擦因數由0.150增加到0.167，鐵量儀讀數由-6.2增加到35.2。其中當水的質量分數低于0.45%時磨損量增加緩慢，增加率為15.56/1%，當水的質量分數高于0.45%時磨損量增加加快，增加率為15.56/1%。

（3）在潤滑油含柴油5%的基礎上增加水分0.45%、0.9%，鐵量儀讀數由3.3增加為23.6，25.2，說明柴油和水分對潤滑油抗磨性能的破壞作用是疊加的。

［1］喬鳶飛，孫滿紅.淺析潤滑油污染對潤滑系統(tǒng)的影響［J］.機電信息，2011（36）：139-140.

［2］張成.潤滑油固體顆粒污染物對活塞環(huán)-缸套潤滑性能影響的研究［D］.昆明：昆明理工大學，2008.

［3］Larry A.Toms,Allison M.Toms.Machinery Oil Analysis［M］.Society of Tribologists&Lubrication Engineers,2008.

［4］賀云南,姜榮俊,束立紅.柴油機缸套-活塞副磨損故障診斷研究［C］.全國振動工程及應用學術會議，2006.

［5］李華沖.潤滑油固體顆粒污染物對活塞環(huán)-缸套潤滑性能影響的研究［D］.武漢：海軍工程大學，2016.

TE621

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〔編輯 吳建卿〕