宋世遠(yuǎn)，李華峰，彭安偉，王天懿

（1.后勤工程學(xué)院，重慶 401311;2.中國(guó)嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團(tuán)）重慶工廠，重慶 400030;3.重慶美康高級(jí)潤(rùn)滑油有限公司，重慶 400035）

高速高負(fù)荷大功率摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)磨合油的研制

宋世遠(yuǎn)1，李華峰1，彭安偉2，王天懿3

（1.后勤工程學(xué)院，重慶 401311;2.中國(guó)嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團(tuán)）重慶工廠，重慶 400030;3.重慶美康高級(jí)潤(rùn)滑油有限公司，重慶 400035）

高速高負(fù)荷大功率摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸與挺桿間載荷高，使用傳統(tǒng)磨合油，在磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，導(dǎo)致磨合合格率低。凸輪軸－挺桿處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，解決其嚴(yán)重磨損、擦傷與燒結(jié)的關(guān)鍵在于提高磨合油的極壓性能。在配方設(shè)計(jì)上，選用較高黏度的基礎(chǔ)油，并以極壓抗磨劑為主劑，通過正交試驗(yàn)，確定添加劑的最佳添加量，研制出滿足該型號(hào)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)磨合要求的專用磨合油，使磨合合格率達(dá)到95%以上。該油的配方組成與傳統(tǒng)磨合油有顯著差異，其最重要的性能特征為具有優(yōu)異的極壓性。

摩托車;發(fā)動(dòng)機(jī);磨合油;擦傷;極壓性

0 引言

磨合過程又稱跑合過程，通過磨合，內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)動(dòng)副之間，特別是活塞環(huán)與氣缸套、軸承與軸頸、凸輪軸與挺桿等部件兩配合面直接接觸面積增大，單位面積的比負(fù)荷降低，達(dá)到良好的接觸，以建立正常的匹配。因此，選用合理的磨合油及正確的磨合規(guī)范對(duì)磨合質(zhì)量有著決定性的影響，而磨合質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和性能具有舉足輕重的影響。

內(nèi)燃機(jī)磨合油的組成一般為:黏度稍低的基礎(chǔ)油（目的是縮短磨合時(shí)間），添加各種石油產(chǎn)品添加劑，如清凈分散劑、抗氧抗腐劑等。添加促摩劑是磨合油不同于內(nèi)燃機(jī)油的最顯著特征之一。在我國(guó)內(nèi)燃機(jī)磨合油的研制1990年后才開始起步，石油化工科學(xué)研究院、上海高橋石油化工公司等單位相繼研制開發(fā)內(nèi)燃機(jī)磨合油。此前的內(nèi)燃機(jī)磨合油是以內(nèi)燃機(jī)油加入20%的柴油作為替代品，或各廠家指定一種普通內(nèi)燃機(jī)油，其結(jié)果是磨合時(shí)間及磨合品質(zhì)均不盡人意［1－2］。

中國(guó)嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團(tuán)）重慶工廠在開發(fā)JH600型高速大功率摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的過程中，遇到的技術(shù)瓶頸之一就是磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，磨合合格率只有15%左右。針對(duì)此問題，工廠從改進(jìn)凸輪軸材料、修改磨合規(guī)范、更換磨合油等方面做了大量工作，但磨合合格率仍然只有30%左右，導(dǎo)致該型號(hào)摩托車無(wú)法正常生產(chǎn)。經(jīng)分析論證，由于該型號(hào)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高、功率大、氣缸內(nèi)壓力高，使打開排氣閥時(shí)凸輪軸－挺桿間產(chǎn)生的作用力顯著增大，傳統(tǒng)的磨合油無(wú)法滿足此時(shí)凸輪軸－挺桿的潤(rùn)滑要求，導(dǎo)致磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，因此必須開發(fā)一種不同于常規(guī)的專用磨合油。

1 專用磨合油的配方設(shè)計(jì)

JH600型高速大功率摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，磨合合格率低，原因可能是磨合油的極壓性不能滿足要求所致。凸輪軸－挺桿是典型的邊界潤(rùn)滑摩擦副，解決其嚴(yán)重磨損、擦傷與燒結(jié)的關(guān)鍵在于提高磨合油的極壓性能，從而提高其承載能力［3］。在提高磨合油極壓性能的同時(shí)，采用合理的磨合規(guī)范來(lái)提高磨合速度，達(dá)到快速磨合的目的。要解決磨合過程中嚴(yán)重擦傷的問題，就必須提高磨合油的極壓性能，這也是該專用磨合油的特殊性能要求，其配方設(shè)計(jì)必須區(qū)別于傳統(tǒng)概念上的磨合油。

1.1 基礎(chǔ)油

傳統(tǒng)概念中的磨合油通常使用較小黏度的基礎(chǔ)油。選用150BS和350SN混合油作為該專用磨合油的基礎(chǔ)油，以提高磨合油黏度和黏附性能，減小邊界潤(rùn)滑條件下凸輪軸－挺桿的嚴(yán)重擦傷。

1.2 添加劑

傳統(tǒng)概念中的磨合油不添加極壓劑，在研制專用磨合油中以極壓抗磨劑A為主劑，復(fù)配潤(rùn)英聯(lián)的D1966發(fā)動(dòng)機(jī)油復(fù)合劑B、清凈分散劑C、抗氧抗腐劑D。添加極壓抗磨劑A是為了提高其極壓性，復(fù)合劑B是為了保證其清凈分散性，清凈分散劑C和抗氧抗腐劑D是防止因添加極壓抗磨劑而產(chǎn)生的腐蝕，還可提高油品的極壓性。顯然，該配方設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)磨合油的配方完全不同，這正是所研制專用磨合油最顯著的特點(diǎn)。

2 配方研究

采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)為手段，將兩種基礎(chǔ)油按一定比例混合并固定其用量，添加劑A、B、C、D分別作為一、二、三、四共4個(gè)因素，每種添加劑取3個(gè)添加量，構(gòu)建成四因素三水平正交試驗(yàn)表，見表1。按正交表方案配制了9個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，用MQ－800四球機(jī)按GB/T 3142方法測(cè)定最大無(wú)卡咬負(fù)荷，其測(cè)定與分析結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)

表2 P B測(cè)定結(jié)果與分析

由R值可知，添加劑對(duì)PB的影響按由大到小順序排列為C﹥B﹥D=A。根據(jù)位級(jí)，可得配方中添加劑的較佳組合應(yīng)為A2B2C3D2，即添加劑A的用量4%，添加劑B的用量1.5%，添加劑C的用量0.5%，添加劑D的用量為0.35%。

理想的磨合油性能應(yīng)該是既保證發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生擦傷，即有良好的極壓性，又盡量縮短磨合時(shí)間，即抗磨性不能太好，故又進(jìn)行了四球機(jī)長(zhǎng)磨實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)條件為:負(fù)荷392 N、時(shí)間30 min、轉(zhuǎn)速1450 r/ min、油溫為室溫，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 磨斑直徑結(jié)果與分析

續(xù)表

根據(jù)R值，可知添加劑對(duì)長(zhǎng)磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的顯著性按大到小順序排列為C＞A＞D＞B，根據(jù)位級(jí)其較佳組合（即抗磨性差）為A3B2C3D2。

綜合分析PB和長(zhǎng)磨磨斑直徑，除添加劑A位級(jí)有差異外，其他3種添加劑的位級(jí)是相同的。根據(jù)本研究的主要目的，即確保磨合時(shí)不出現(xiàn)擦傷，故以最大無(wú)卡咬負(fù)荷為首要評(píng)判依據(jù)，確定油品的最終配方為A2B2C3D2，從而使油樣既有良好的極壓性又不至于磨合時(shí)間太長(zhǎng)。

各添加劑的水平，即添加量選擇是否合理呢?即能否再降低各添加劑的用量使配方更經(jīng)濟(jì)呢?從極壓性較佳組合A2B2C3D2分析，添加劑A、B、D均為水平2，添加劑C為水平3，從磨合性較佳組合A3B2C3D2分析，添加劑B、D為水平2，而添加劑A、C為水平3，從理論上講應(yīng)增大添加劑C和A的添加量進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。為保證研制油有好的極壓性，根據(jù)PB試驗(yàn)結(jié)果將添加劑A的用量選定為水平2。至于高堿值清凈分散劑C，考慮到磨合油使用周期非常短，沒有進(jìn)一步增大用量的必要。

3 試用實(shí)驗(yàn)

由于四球機(jī)試驗(yàn)在接觸方式、滑動(dòng)速度、試件材質(zhì)等方面與摩托車凸輪軸－挺桿的實(shí)際工作情況有明顯差異，故四球機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果必須通過臺(tái)架試驗(yàn)或應(yīng)用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

在該產(chǎn)品開發(fā)前，為了盡快滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，曾選用不同廠家生產(chǎn)的磨合油、高黏度內(nèi)燃機(jī)油，如SAE 50SF，在內(nèi)燃機(jī)油中添加油性抗磨劑，如油酸和美國(guó)威士抗磨劑等進(jìn)行實(shí)際磨合試驗(yàn)，雖然磨合質(zhì)量有所提高，但磨合合格率仍然只有40%左右。

對(duì)研制的配方進(jìn)行了實(shí)際試用試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。由此可見，試用的5臺(tái)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)磨合質(zhì)量均合格。在此基礎(chǔ)上又進(jìn)一步完善了研制油的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，制訂了相應(yīng)的磨合規(guī)范，經(jīng)重慶嘉陵集團(tuán)半年來(lái)的實(shí)際使用證明，該磨合油的磨合合格率大于95%［4］。

表4 試用實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）磨合油的研究必須以發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)為依據(jù)，高速大功率摩托車磨合油的配方設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)磨合油有顯著差異，首先要保證其極壓性，即防止磨合過程中發(fā)生擦傷，其次才是如何縮短磨合時(shí)間。

（2）在配方設(shè)計(jì)中，選用較高黏度的基礎(chǔ)油，并以極壓抗磨劑為主劑，通過正交試驗(yàn)，研制出適用于高速大功率摩托車的專用磨合油。

（3）實(shí)際使用表明，專用磨合油使磨合合格率大于95%。

［1］李興林，李建平，阮建國(guó)，等.國(guó)外摩擦副磨合過程的研究［J］.軸承，2000（3）:43－44.

［2］李剛，朱華，吳兆宏.磨合過程的影響因素初探［J］.煤礦機(jī)械，2005（9）:51－52.

［3］夏延秋，劉維民，薛群基.幾種內(nèi)燃機(jī)磨合油的摩擦學(xué)性能評(píng)價(jià)及在缸套和活塞環(huán)摩擦副上的應(yīng)用［J］.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（5）:358－359.

［4］化巖，梁俊，宋世遠(yuǎn)，等.大功率摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)油的磨合試驗(yàn)研究［J］.潤(rùn)滑與密封，2010，35（10）:107－111.

The Development of Running－in Oil for High Speed and Large Power Motorcyc le Engine

SONG Shi－yuan1，LIHua－feng1，PENG An－w ei2，W ANG Tian－yi3
（1.Logistical Engineering University，Chongqing 401311，China;2.Chongqing Factory，Jialing Industrial CO.，LTD （Group），Chongqing 400030，China;3.Chongqing M aycom e Super Lubrication Oil CO.，LTD，Chongqing 400035，China）

The severe scratch occurred on the surface of cam shaft and jib w hen the traditional running－in oilw as used to grind the parts of high speed and large pow erm otorcycle engine，because the duty betw een cam shaft and jib is heavy and the lubricating means betw een them is boundary lubrication.In order to prevent scratch，the extrem e－pressure performance of running－in oilm ust be greatly enhanced.The form ula of the running－in oil is com posed of higher viscosity base oil and severalkinds of additives，and the extrem e－pressure agent is dom inant am ong additives.The special purpose running－in oilw as developed by m eans of orthogonal experim ent，w hich can com pletely meet the running－in needs.The most im portant difference betw een the traditional running－in oil and the special purpose running－in oil is that the latter one is provided w ith outstanding extrem e－pressure perform ance.

m otorcycle;engine;running－in oil;scratch;extrem e pressure property

TE626.32

A

1002-3119（2011）06-0006-03

2011－06－15。

宋世遠(yuǎn)（1962－），男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，1984年畢業(yè)于重慶后勤工程學(xué)院油料應(yīng)用專業(yè)，主要從事石油產(chǎn)品應(yīng)用與測(cè)試評(píng)定的教學(xué)和科研工作，已公開發(fā)表論文70余篇。