磨合柴油发电机的目的、阶段曲线及铁谱监测技术

摘要：磨合也叫走合，所谓发电机磨合期是指新机或柴油发电机大修后的初运转阶段，一般为50小时以内，这是保证机件充分接触、摩擦、适应、定型的基本步骤。在这期间可以调整增强柴油发电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配件配合得很精密，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。 发电机磨合的优劣，对柴发机组的寿命、安全性、经济性将会发生重要的危害。

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

      新修理的发电机各摩擦副的零件多为新加工或换用的新件，摩擦副作业表面比较粗糙，实际接触面积小，如果直接投入操作，作业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，摩擦副作业面的接触面积增大，才能预防非正常磨耗的产生，保证发电机在额定载荷下的正常作业，延迟发电机使用寿命。

       零件在加工、装配程序中都存在误差，使零件不能很好地配合作业，应通过有控制的磨合排除来修正。

      全面检修发电机维修后的质量，若发现故障应，及时解决，以增强发电机工作的可靠性。

      磨合期通常指机械零配件在初期运行中接触、摩擦、咬合的程序。现代多用于形容两件事物或组织内部运作的互相领会适应的时间段，也用于形容感情及婚姻开始，互相间接触领会的阶段。

      冷磨合、无负载及小负荷热磨合，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，较多2小时。通常出场验收磨合或发电机正常寿命磨合的第一循环均属此类。

      3小时到较初的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。从低中负载至全负荷，每工況磨合时间较长，磨合结束发电机各项指标（性能、机械损失容量、机油消耗量、漏气量）均趋于稳定。

      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，逐步将发电机速度限制增强，并逐步加大发电机负载率，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。

       准确的磨合在于保证摩擦表面较少损失的前提下尽快的磨合，使柴油发电机迅速进入负载使用工况。磨合过程取决于磨合运行的负荷、速度工况，首要任务是选取选定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。

      铁谱讲述技术是20世纪70年代发明的一种新的机械损伤测试方式，就是利用铁谱仪（Ferrograph）从润滑油（脂）试样中，分离和测定出磨屑和碎屑，从而陈述和预判机器运动副表面的磨耗类型、损伤程度和磨损部位的技术。

      铁谱技术发展至今，已广泛用于磨耗原理的讨论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，机械零件的损伤程序一般要经历跑合损伤、稳定磨损、急剧磨耗三个阶段，如图3所示。铁谱技术在机械磨损探讨中，具体侧重于稳定磨耗阶段中磨擦件状态的监测，并在监测程序中获得了大量机械运转状态正常与否的判定标准.如直读数发生渐增或突增，陈说谱片上出现大于15μm的大磨粒，且产生红色氧化物等，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征.以东风康明斯4缸柴油发电机的架修磨合为例，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。于是，笔者认为对磨合结束点应有一个统一的认识和标准。

      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方案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型柴油发电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形下就投入了应用。图4所示为深圳某康明斯用户空磨后就投入应用的柴油发电机机破临修的统计情形。从曲线看，机车架修后投入运用到第一次定修（约2000小时）期间的损坏较多，可见磨合不好所带来的后果。

图3  柴油发电机机械磨合的浴盆曲线  柴油发电机机破、临修件数与定修次数的关系图

      由图3所示机械损伤的“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，实际测出的运转机械磨损曲线要到达B点往往需经历相当长的时间。农业机械化探求院的试验也表明，即使是小型柴油发电机也必须经过30多个小时的磨合，曲线才能降到B点。

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。

      由表1可知，若该循环系统的磨粒解决率为0.3（即机油循环一次，30%的磨粒被机油各种过滤器过滤掉），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形下求得的，而磨合期间发生的磨粒数量与时间是增函数关系，其损伤率始终是变化的，于是，要达到同样的动态平衡需要更长的时间。

i减轻，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线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转才能降到正常值。而东风康明斯B型柴油发电机，在铁谱监测下制定出2h空载磨合、3h水阻磨合的新规范，并在磨合后更替机油，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，磨粒解除率减少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.在实际运用中，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，只要磨耗曲线通过较高点开始降到B?点，讲解谱片上磨粒细化就可预判为磨合结束。这是由于：

      在磨合期的操作中，应遵循以下基础原则：

      发电机组在磨合期内装载量尽量不要超过额定载荷的50％。

      选用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，

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危害，不会造成柴油发电机的故障。为了减少损伤，不宜持久在超出极限温度的条件下使用。 常年运行的柴油发电机，应购买复合粘度机油。工作状态如图7所示。

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

4、正确调节供油装置      准确调整供油系统，提升磨合期的经济性。

      防冻液必须符合表2的规定值。检查冷却水的品质可以用专用测定工具。

      无论是新机还是旧机，发电机组起动都需要预热，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，导致零部件损耗。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，通常在30秒左右就可以了，这样就可以预防长时间怠速所产生的负面效果了。

      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，如果整天是满载运转的话，那会对机件造成一定的故障。一般建议处在磨合期的新机无法超过额定载荷的80%。

缸套与活塞环磨合步骤是一个自适应和自调整的步骤，如图8所示。磨合期间摩擦副所发生的变化基础有

      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，弹性清除微凸体才开始逐渐增多。前苏联学者克拉盖尔斯基认为，磨合程序可以看成摩擦副清除面积塑性部分逐渐减少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，表面载荷能力得到增强后，才应相应逐级提升内燃机载荷。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小时的时间范围。

      新柴油发电机或大修后的柴油发电机前 50 小时，每天两次进行如下检验：

      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，达不到增长正常磨耗阶段的目的。根据上述判定标准制定的磨合规范，即可保证磨合效果，又可较大限度地缩短磨合时间，也就是相应地延长了稳定损伤阶段。柴油发电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方式、负荷、转速与时间的分配。在低负荷下长期运行，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载运转，则从活塞环与缸套间隙间将产生帘气，缸套与活塞环局部金属接触而发生过大磨损，从而引起“拉缸”。因此，关于磨合连续时间和负荷的分配，既要能使活塞环有充分的损伤，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具体的。此外，持续的高负荷运转将带来热负载方面的不良危害，引起润滑油膜的破坏。故而，在磨合中进行长时间的高负荷运行时，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载分配，依不同的状况，其区别是很大的。