发动机缸套-活塞环摩擦磨损特性试验研究

利用缸套-活塞环摩擦磨损试验台研究了速度，温度，载荷，供油等因素对缸套-活塞环系统摩擦磨损特性的影响。试验结果表明，缸套-活塞环摩擦副在发动机工作循环中润滑状态不断发生变化。在试验条件下，温度对摩擦磨损有显著影响，载荷和速度对摩擦力的影响较小。     

活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

为探究活塞环表面织构密度对船舶柴油机缸套-活塞环这一主要摩擦副的摩擦性能的影响,利用具有不同织构密度圆形凹坑的活塞环在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验。通过调整试验载荷、转速获取了不同模拟工况下的测试数据,结合对应参数分析了活塞环织构密度对缸套-活塞环摩擦副的摩擦作用影响。结果表明:带有不同表面织构密度圆形凹坑的活塞环可以在不同程度上降低摩擦副的摩擦系数,提高其摩擦学性能。综合摩擦系数、表面形貌的相关分析可知:在载荷一定时,存在合适的织构密度(S_p=20.9%)能够显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦系数,同时可以减少摩擦副的磨损量,提高摩擦副的综合摩擦性能。     

温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

LNG燃料柴油机与传统燃料柴油机相比缸内燃烧温度更高。为探究不同温度下缸套-活塞环摩擦性能与温度的映射关系,设计室温和60、90、120℃4种不同温度,在相同载荷和转速下在往复式摩擦磨损试验机上对缸套-活塞环进行不同温度下的摩擦性能试验,通过测试摩擦过程中摩擦力的变化以及分析试验后缸套磨损表面形貌,探讨温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响规律。试验缸套试样材质为耐磨合金铸铁,活塞环切片与缸套切片大小对应,材质为球墨铸铁。试验结果表明：随着温度的升高摩擦力呈现先减小后增大的趋势,与室温相比,60℃温度下摩擦力降幅为13.45%,且表现出较好的稳定性,但在120℃下摩擦力增幅为10.66%;试验工况下,60℃时缸套表面形貌参数均处于较优水平。研究表明,适当的温度环境对于摩擦配副之间的润滑性能有一定的促进作用,但温度过高会导致摩擦副的摩擦性能不稳定,破坏摩擦副间氧化膜,这不仅可能破坏润滑油膜的形成,也会影响摩擦副的磨损表面形貌。因此存在合适的温度使得缸套-活塞环的摩擦性能达到最优状态。     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

内燃机气缸套-活塞环磨合过程的模拟试验研究

通过自行设计实验装置,对柴油机磨合过程中气缸套、活塞环的摩擦磨损过程变化规律进行了模拟试验研究,得出了不同材料、润滑方式、速度、时间等因素对磨合过程影响的结论,为内燃机活塞环-缸套的设计提供参考依据.     

缸套表面微凹坑对Ｃｕ－Ｓｎ/Ｃｒ多镀层活塞环摩擦性能的影响

选用表面没有微凹坑的铸铁缸套和表面加工有微凹坑的铸铁缸套,分别与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,通过测量配对副的摩擦因数和磨损量和分析试样磨损前后表面形貌和成分,探讨高强化工况下铸铁缸套表面微凹坑对Cu-Sn/Cr多镀层活塞环摩擦性能影响。结果表明:表面有微凹坑的缸套与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对时的摩擦因数、缸套磨损量、活塞环磨损量比表面没有微凹坑缸套的配对副分别低4.05%、52.25%、8.50%;缸套表面的微凹坑能够为从活塞环表面脱落的Cu-Sn镀层提供镶嵌点,使Cu-Sn镀层起到二次润滑的作用,延长了其作用寿命,减小了配对副的摩擦因数和磨损量。     

缸套—活塞环材料在往复滑动中摩擦系数的试验研究

为了研究机车柴油机缸套活塞环材料的摩擦学性能,我们设计并制造了一台往复式摩擦磨损试验机。该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、润滑量的单因素控制,并可同时定性和定量的显示运动中的摩擦力大小。我们利用该试验机对美国GE公司采用的软氮化铸铁缸套—表面镀铬铸铁活塞环材料进行了摩擦学性能的试验研究,得出了该配对副在往复滑动中摩擦系数随载荷和速度变化的关系曲线。     

缺套—活塞环材料在往复滑动中摩擦系数的试验研究

为了研究机车柴油机缸套活塞环材料的摩擦学性能，我们设计并制造了一台往复式摩擦磨损试验机。该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、润滑量的单因素控制，并可同时定性和定量的显示运动中的摩擦力大小。我们利用该试验机对美国ＧＥ公司采用的软氮化铸铁缸套－表面镀铬铸铁活塞环材料进行了摩擦学性能的试验研究，得出了该配对副在往复滑动中摩擦系数随载荷和速度变化的关系曲线。     

润滑条件与缸套材料对活塞环-缸套摩擦磨损特性的影响

在润滑油中未添加和添加质量分数0.1％MoS2润滑条件下,对YH31合金铸铁活塞环和不同材料(高硼铜铸铁和铬钼铝铸铁)缸套进行摩擦磨损试验,研究了润滑条件和缸套材料对摩擦因数、体积磨损量和磨损表面形貌的影响,分析了磨损机制.结果表明:Mo S 2的添加可以缩短活塞环与高硼铜铸铁缸套的磨合时间,延长稳定磨损时间,降低摩擦因数,减小体积磨损量;摩擦副表面磨痕较未添加MoS2润滑条件下细而浅,且未出现裂纹.在未添加MoS2润滑条件下,活塞环与铬钼铝铸铁缸套对磨比与高硼铜铸铁缸套对磨更早进入稳定磨损阶段,但稳定磨损持续时间较短,平均摩擦因数有所增大,体积磨损量大幅增加;活塞环的磨损机制均为抛光磨损,高硼铜铸铁缸套和铬钼铝铸铁缸套的磨损机制分别为磨粒磨损+疲劳磨损和磨粒磨损.     

双辉光离子渗铜对缸套-活塞环摩擦学性能的影响*

为研究铜元素对缸套-活塞环摩擦学性能的影响,通过双辉光离子渗透技术在缸套材料表面加工出不同厚度的渗铜改性层,使用RTEC多功能摩擦磨损试验机开展不同负载、不同润滑条件下的模拟试验,采集并分析试验过程中的摩擦因数以及试验后体积磨损量和磨损表面形貌,研究渗铜改性层对缸套材料摩擦学性能的影响规律及作用机制。结果表明：渗铜处理可有效降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量;高载荷和干摩擦条件下渗铜改性层的减摩抗磨作用效果尤为显著,最高可使摩擦因数分别降低13.15%和30.86%,磨损量分别降低30.70%和38.57%;渗铜后缸套-活塞环磨损表面形貌平整,摩擦表面形成了铜含量较高的润滑膜层,该表面膜起到了减摩、耐磨的作用。     

缸套-活塞环磨合过程摩擦力矩多重分形研究

针对缸套-活塞环磨合模拟试验过程中摩擦力矩的变化特点,提出一种用多重分形谱描述摩擦力矩信号复杂性的新方法。给出了摩擦力矩信号多重分形谱的计算方法,并对活塞环磨合过程中摩擦力矩信号多重分形谱的变化规律进行了试验研究。结果表明:随着磨合过程的进行,多重分形谱的宽度Δα值呈上升趋势,与活塞环磨损失重的变化规律是一致的;多重分形谱描述了摩擦副表面的动态变化过程,运用多重分形谱可有效地评价磨合磨损过程。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

内燃机活塞环-缸套磨损研究的现状与展望

论述了内燃机活塞环-缸套摩擦副磨损的理论和试验研究现状,讨论展望了内燃机活塞环-缸套摩擦副磨损研究中进一步需要解决的问题。     

润滑油中加入纳米氧化铝对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损特性的影响

在普通CD40润滑油中加入纳米氧化铝,研究了在不同载荷条件下对缸套活塞环摩擦副摩擦磨损特性的影响;用铁谱仪对试验油样进行了磨粒分析;用原子力显微镜对缸套试样表面的微观形貌进行了测试;用LAS-3000型表面分析系统对磨损表面进行了成分分析。结果表明：缸套活塞环摩擦副在含纳米氧化铝的润滑油作用下,表现出优越的抗摩减磨性能,其效果随栽荷的增大而增强;在高载荷作用下缸套试样表面形貌有了明显的改观,减小了摩擦阻力,降低了摩擦因数。     

SKL 8NVD-36A柴油机应用金属磨损自修复剂的试验研究

通过SKL8NVD-36A船用柴油机的台架试验,研究了金属磨损自修复剂对柴油机动力性、经济性以及缸套-活塞环摩擦副的影响。研究结果表明,金属磨损自修复剂对缸套-活塞环摩擦副具有良好的减磨效果,可自动修复缸套表面。柴油机润滑油中添加金属磨损自修复剂运行60h后,缸套表面形成了无色透明、光滑的覆盖层,缸套表面粗糙度降低,缸套推力面磨损尺寸平均修复了0.06mm,柴油机各气缸的压缩压力提高了50~150kPa,各负荷工况点的燃油消耗率降低了1.8~7.2g/(kW.h)。     

柴油机缸套-活塞环摩擦磨损试验机设计及功能验证

设计并搭建TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机,进行两组工况相同的试验,实时采集试验过程中缸压、缸套温度、缸套-活塞环间油膜接触电阻、平均摩擦力、曲轴转速等信息,分析缸套-活塞环摩擦副的运动情况。结果表明:缸套-活塞环在本试验机的运行工况与实际相吻合,可通过本试验机对缸套-活塞环进行摩擦磨损试验研究。     

缸套活塞环摩擦磨损试验机问世

由江苏仪征双环活塞环有限公司与国内某知名大学联合研制的缸套活塞环摩擦、磨损试验机前不久在仪征双环发动机试验室调试成功。该摩擦、磨损试验机是国内缸套、活塞环行业第一台用于缸套、活塞环摩擦副研究的试验机 ,此举标志着国内缸套、活塞环行业在摩擦、磨损研究方面迈出了重要一步。缸套活塞环是发动机心脏部位的重要摩擦副 ,对发动机性能起着决定性作用。该摩擦、磨损试验机的应用可为我国缸套活塞环行业的材料开发、材料性能检测等提供丰富、详实、可靠的第一手数据 ,进而提高对缸套、活塞环摩擦副的研究水平 ,带动活塞环行业提高自…     

仿生织构形态对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了提高缸套-活塞环的摩擦学性能,设计了一种仿生排布的菱形凹坑织构,并通过激光刻蚀技术在缸套表面进行加工;在同一转速和不同载荷下,在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验,以探究仿生排布的菱形织构对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,并与使用阵列排布的纹理的缸套以及未经处理的原始缸套进行比较。结果表明:织构的排布形式对油膜厚度的影响较大,尤其在重载荷工况下,合理地优化排布形式能够实现较好的动压润滑效果;仿生排布的菱形织构实现了往复运动方向上纹理特征的全覆盖,能够极大程度上限制磨屑的移动并对磨屑进行收集,有效降低磨损后的表面粗糙度,从而减少磨粒磨损;仿生排布的菱形织构在各试验工况下能够有效提高油膜厚度,提升表面承载能力,实现最佳的润滑效果。     

基于多重分形的摩擦振动信号研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的表征,在摩擦磨损试验机上进行船用柴油机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用总体经验模式分解对缸套-活塞环摩擦副的非线性、非平稳的摩擦振动信号进行降噪,并应用多重分形对摩擦振动信号进行分析,得到多重分形谱图及其参数。研究结果表明,随着摩擦磨损试验的进行,缸套-活塞环摩擦副摩擦振动信号振幅分布多重分形谱和频率分布多重分形谱呈现一定的变化规律;多重分形谱图及其参数能够实现摩擦振动信号特征的表征,可以用于摩擦副摩擦振动状态的识别。     

表面纹理结构加工方式对柴油机缸套-活塞环摩擦副的摩擦特性影响研究

为实现柴油机缸套-活塞环系统的润滑、减磨以及降耗,为柴油机缸套表面纹理加工方式的选取提供依据,以船舶柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象,从摩擦因数、接触电阻及表面粗糙度等方面,研究不同加工方式制备的缸套表面纹理微结构的摩擦性能。结果表明：机械加工表面磨损随载荷的增加呈现逐渐上升的趋势,而化学刻蚀加工表面磨损则呈现先增后减的趋势;在低载荷时,机械加工的缸套表面摩擦学性能优于化学刻蚀加工,高载荷时化学刻蚀加工的缸套表面摩擦学性能优于机械加工的缸套表面。