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(shù)和鐵量儀讀數(shù)隨柴油質(zhì)量分數(shù)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(shù)；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(zhì)，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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(zhì)變稀；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(shù)、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(shù)

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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)；用鐵量儀對摩擦后提取的油液進行磨粒的測量，對實驗數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)分析

3.2.1 摩擦因數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)的變化規(guī)律并不明顯。摩擦因數(shù)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(shù)的變化曲線

圖4 混入柴油后摩擦因數(shù)的變化曲線

圖5 混入水分后摩擦因數(shù)的變化曲線

3.2.2 磨損量分析

磨損量分析隨柴油、水分質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)低于0.45%時磨損量增加緩慢，增加率為15.56/1%，當水的質(zhì)量分數(shù)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(shù)分析法得到的結論（圖9）。

表1 摩擦因數(shù)均值及含鐵量檢測結果

圖6 摩擦因數(shù)隨柴油含量變化的擬合曲線

圖7 磨損量隨柴油質(zhì)量分數(shù)的變化

圖8 磨損量隨水分質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)由0增加到10%時，摩擦因數(shù)由0.150增加到0.195，鐵量儀讀數(shù)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(zhì)量分數(shù)由0增加到0.9%，摩擦因數(shù)由0.150增加到0.167，鐵量儀讀數(shù)由-6.2增加到35.2。其中當水的質(zhì)量分數(shù)低于0.45%時磨損量增加緩慢，增加率為15.56/1%，當水的質(zhì)量分數(shù)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(shù)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〕