左 謙，田洪祥，孫云嶺

（海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院，湖北武漢 430033）

0 引言

以潤滑油為主要構(gòu)成的潤滑系統(tǒng)是現(xiàn)代設(shè)備正常使用和發(fā)揮效能的重要保障[1]。而水分會通過水蒸氣凝結(jié)、冷卻泄漏等途徑不可避免地進入潤滑油中，在潤滑油中積累的水分會對設(shè)備的正常運行造成嚴(yán)重的影響[2]。

潤滑油水分對設(shè)備的具體影響的實驗研究起源于國外。Lancaster J K[3]、Parsaeian P[4]和Cen H[5]等的研究結(jié)果表明水分會對設(shè)備摩擦副磨損有促進作用。另一方面，Echin A I[6]的研究表明水分的影響是復(fù)雜的，輕載時，1%以下含水量不會改變酯基合成油潤滑特性，也不會造成設(shè)備磨損的增加；但是0.5%含水量且在重載下進行磨損試驗會輕微增加磨損?？傊?，潤滑油含水量對設(shè)備摩擦副磨損的影響會因摩擦副材料、摩擦副種類和實驗工況等因素的改變而改變。為了研究潤滑油含水量對摩擦副磨損的影響，基于具有往復(fù)運動組件和旋轉(zhuǎn)運動組件的磨損實驗平臺，配制了含水量為0%，0.5%、1%的潤滑油，用45#鋼制造圓盤和圓環(huán)試件，用灰鑄鐵制造銷和長方體塊試件，進行銷盤摩擦副和環(huán)塊摩擦副的磨損實驗。

1 實驗設(shè)備和工況

1.1 實驗設(shè)備

實驗主要設(shè)備為CFT-Ⅰ型磨損試驗機，其組件如圖1 所示。往復(fù)摩擦組件裝配的零件為銷盤摩擦副（圖2a），銷材料為灰鑄鐵，圓盤材料為45#鋼；旋轉(zhuǎn)摩擦組件裝配的為環(huán)塊摩擦副（圖2b），長方體塊材料為灰鑄鐵，圓環(huán)材料為45#鋼，如圖2 所示。

1.2 實驗工況

實驗在室溫下進行，環(huán)境溫度為15±3 ℃。潤滑油牌號為CD15W-40 柴油機潤滑油。實驗工況參數(shù)見表1。

2 實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

磨損實驗主要分為磨損實驗1 和磨損實驗2 兩個部分，磨損實驗1 按表1 設(shè)定好實驗工況，在0%，0.5%、1%含水量的潤滑油潤滑條件下，對45#鋼—灰鑄鐵材料的銷環(huán)摩擦副進行15 min的磨損實驗，實驗結(jié)束后用鐵量儀測量實驗油樣鐵磁性磨粒含量。磨損實驗2 在0%、0.5%、1%含水量的潤滑油潤滑條件下，按表1 設(shè)定好實驗工況，對45#鋼—灰鑄鐵材料的環(huán)塊摩擦副進行120 min 的磨損實驗，在預(yù)定時間取2 ml 實驗油樣，用鐵量儀測其鐵磁性磨粒含量，測完后倒回。

圖1 CFT-Ⅰ型磨損試驗機組件

圖2 摩擦副

表1 磨損實驗工況參數(shù)

2.1 潤滑油含水量對銷盤摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%、1%的潤滑油潤滑下，按表1 設(shè)定好實驗工況，通過磨損試驗機的往復(fù)摩擦組件進行銷盤摩擦副的磨損實驗，實驗結(jié)束后通過鐵量儀測量出摩擦副產(chǎn)生的鐵磁性磨粒含量，用以表征摩擦副磨損量，鐵磁性磨粒含量測量方法為：測量試驗前測量油樣鐵磁性磨粒含量20 次，算出平均值作為初始的零點值，試驗后取油樣3 次，每個油樣測量15 次，并算出實測平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，實測平均值和初始平均值之差為鐵磁性磨粒含量，標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值得到相對標(biāo)準(zhǔn)差，用以表征測量值誤差。磨損實驗1 實驗結(jié)果如表2 所示。

表2 磨損實驗1結(jié)果

2.2 潤滑油含水量對環(huán)塊摩擦副磨損量的影響研究

在含水量為0%，0.5%和1%的潤滑油潤滑下，如表1 設(shè)定實驗工況，通過安裝環(huán)塊摩擦組件的磨損試驗機進行磨損實驗，根據(jù)預(yù)定的時間通過鐵量儀的鐵磁性磨粒含量測量出摩擦副的磨損量，測量方法和2.1 一樣，得到摩擦副磨損量隨時間變化情況，磨損實驗2 實驗結(jié)果如表3 所示。

表3 磨損實驗2 結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)表2 和表3 可以畫出磨損實驗中銷環(huán)摩擦副和環(huán)塊摩擦副的磨損量隨潤滑油含水量變化圖，如圖3 所示。

表2 和圖3 結(jié)果表明：對于作往復(fù)運動的銷盤摩擦副，相比于0%含水量潤滑油潤滑，0.5%含水量時的摩擦副磨損總量增加了147.9%，1%含水量時的摩擦副磨損總量增加了610.9%。對于作旋轉(zhuǎn)運動的環(huán)塊摩擦副，相比于0%含水量潤滑油潤滑時，0.5%含水量時的摩擦副磨損總量增加了136.9%，1%含水量時的摩擦副磨損總量增加了214.1%。

在0%含水量潤滑油潤滑時，作往復(fù)運動的銷盤摩擦副的磨損總量是作旋轉(zhuǎn)運動的環(huán)塊摩擦副的磨損總量的192.1%；在0.5%含水量潤滑油潤滑時，銷盤摩擦副的磨損總量是環(huán)塊摩擦副的磨損總量的201.0%；在1%含水量潤滑油潤滑時，銷盤摩擦副的磨損總量是環(huán)塊摩擦副的磨損總量的434.7%。根據(jù)表3 可以畫出環(huán)塊摩擦副在不同含水量潤滑油潤滑下磨損量隨時間變化圖，如圖4 所示。

圖3 鐵磁性磨粒含量隨潤滑油含水量變化

圖4 鐵磁性磨粒含量隨時間變化

表3 和圖4 表明：0%含水量潤滑油潤滑時，30 min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是15 min 的153.2%，（15～30）min 的磨損量僅為前15 min 的53.2%；（30～60）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min的29.4%，（60～120）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的37.6%。0.5%含水量潤滑油潤滑時，（15～30）min 的磨損量為前15 min 的73.5%；（30～60）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min 的31.3%，（60～120）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的67.5%。1%含水量潤滑油潤滑時，（15～30）min 的磨損量為前15 min的53.5%；（30～60）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前30 min 的13.1%，（60～120）min 時環(huán)塊摩擦副磨損量是前60 min 的48.1%。

另外，可以看出：在磨損試驗2 中，同樣的磨損時間下，1%含水量潤滑油潤滑時環(huán)塊摩擦副的磨損量大于0.5%含水量時的磨損量；0.5%含水量潤滑油潤滑時環(huán)塊摩擦副的磨損量大于0%含水量時的磨損量。

3 結(jié)論

磨損實驗1 中，對于作往復(fù)運動的銷盤摩擦副，潤滑油0%，0.5%和1%的含水量對應(yīng)產(chǎn)生的摩擦副的磨損總量比例為1∶2.48∶7.11。磨損實驗2 中，對于作旋轉(zhuǎn)運動的環(huán)塊摩擦副，0%，0.5%和1%的含水量對應(yīng)的摩擦副磨損總量比例為1∶2.37∶3.14；在潤滑油含水量為0%，0.5%和1%時，相同的磨損時間下，潤滑油含水量越大，環(huán)塊摩擦副磨損量越大。