活塞环-缸套摩擦磨损性能的实验研究

活塞环-缸套的摩擦学性能直接影响内燃机的工作性能,降低活塞环的磨损量对提高内燃机的可靠性和耐久性,保证内燃机经济、可靠地工作具有决定性的作用。文中通过实验得出活塞环-缸套在不同工况下的摩擦磨损性能,根据实验结果绘制曲线进行分析,从中找出活塞环-缸套摩擦磨损的有关规律。     

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。     

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…     

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。     

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。     

活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了改善缸套-活塞环的摩擦性能,通过激光刻蚀技术在活塞环工作面加工出不同形状的表面织构。在同一转速、不同载荷下通过微机控制的往复式摩擦磨损试验机研究不同表面织构活塞环对缸套-活塞环摩擦学性能的影响。试验结果表明:在载荷为400 N工况下,活塞环的椭圆、圆形、方形织构摩擦系数分别可以降低1.1%、18.3%、14.1%;载荷600 N工况下,3种织构分别可以降低35.3%、35.3%、19.1%;综合分析摩擦系数、表面形貌、接触电阻,圆形凹坑织构的活塞环在降低摩擦系数、提高油膜润滑状态等方面效果最优。     

润滑油缺失工况下不同活塞环涂层对缸套摩擦磨损对比研究

为研究润滑油缺失工况下不同活塞环涂层在不同温度下与缸套的摩擦学性能,选取5种商用活塞环涂层,利用扫描电子显微镜观察不同涂层的截面形貌,利用往复式摩擦磨损试验机,在润滑油缺失工况下,分别在常温、200 ℃和350 ℃条件下进行摩擦磨损试验,利用轮廓仪和光学显微镜分别观察摩擦试验后的磨损量和磨痕形貌。结果表明：CrN基涂层和CKS涂层主要为黏着磨损,对缸套磨损大,不同温度下摩擦学性能稳定;含DLC涂层主要为磨料磨损,常温摩擦因数小,高温下不同涂层有较大差异,其中CDC+DLC涂层综合性能最佳。     

滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响研究

为了研究滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响,在磨损试验机上进行了不同滑动速度下的缸套-活塞环摩擦副磨合磨损试验,通过摩擦因数和磨损表面分析了滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响。结果表明,随着滑动速度的增加,缸套-活塞环摩擦副达到磨合的时间越短,但磨合后的表面越粗糙。因此,为了缩短磨合时间,保证磨合质量,应选择合适的滑动速度。     

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。     

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-活塞环的磨损分析与寿命预测

基于Archard黏着磨损模型,建立缸套-活塞环磨损模型,并设计仿真程序,对标定工况下PA6-280柴油机缸套-活塞的黏着磨损进行仿真分析。通过样机台架试验获得缸套-活塞环磨损试验数据,对试验和仿真数据进行比较分析,验证了仿真结果的准确性。引入柴油机工况因子建立磨损寿命预测模型,对PA6-280柴油机所有活塞环和气缸套的磨损寿命进行预测,预测结果与柴油机设计要求一致。     

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。     

表面氮化对活塞环摩擦磨损参数的影响分析

用摩擦磨损试验机对铸铁活塞环在氮化前后与高硼铜铸铁缸套配合分别进行了半小时和一小时摩擦磨损试验,测量了氮化前后的活塞环表面摩擦系数和磨损量、磨损率,并对磨痕进行了分析。结果表明:未氮化活塞环摩擦系数大于氮化环,摩擦系数变化稳定性比氮化活塞环差,未氮化环磨损量较氮化环增大了约39.6%(半小时)及51.0%(一小时),未氮化环磨损率的一小时试验比半小时试验平均升高6.7%,氮化环磨损率降低了13.7%,与未氮化环配合的缸套磨损量较与氮化环配合的缸套的磨损量和磨损率与活塞环比较规律一致,表面磨痕显示未氮化环磨损剧烈,由此氮化处理提高活塞环-缸套摩擦副的稳定性,且耐磨性得到提高。     

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。     

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。     

缸套/活塞环摩擦学性能试验机的设计研究

根据缸套 /活塞环胶合失效试验研究的需求 ,设计了一台集试验、测量和控制于一体的往复式摩擦磨损试验机。该设备具有加热和温度控制功能 ,采用快速响应速度的微细热偶测量接触区温度 ,同时通过四臂电桥测电阻法测量缸套 -油膜 -活塞环之间的动态接触电阻 ,以反映接触区的润滑状态。试验表明该试验机性能稳定 ,可测物理量丰富 ,是胶合试验研究可靠的实验工具     

多缸柴油机缸套-活塞环磨损不均匀性计算分析

为研究多缸柴油机实车使用中各缸磨损分布状况,建立某12150型多缸柴油机缸套-活塞环磨损仿真计算模型,并进行验证。通过联合仿真计算得出:多缸柴油机各缸的缸套-活塞环磨损热力学参数(燃烧温度、燃烧压力、缸套壁温和冷却水温)和动力学参数(油膜厚度、微凸体载荷)差异显著,造成各缸套表面磨损不均匀,其中1缸磨损最为剧烈,最大磨损深度位于曲轴转角9°所对应位置,额定工况点工作400 h后磨损深度为51.22μm,其次为第5、4、3、2缸,6缸磨损最轻,其轴向最大磨损深度为39.37μm,相比1缸下降了23.14%。主要是由于1缸进气最晚且存在冷却死区,使得缸内燃烧状况最差,缸套壁面温度高、硬度低,润滑油膜薄,导致摩擦副微凸体载荷大,磨损深度最大;而6缸进气最早且冷却状况最好,综合作用使得该缸套磨损深度相对最小。因此,可确定1缸缸套上止点9°主、侧推力面磨损深度作为12150型柴油机缸内技术状况检测及磨损量计算的依据。     

弹性悬臂梁摩擦力测量机构的设计

摩擦力的测量始终是摩擦磨损试验机的重要组成部分之一。在自行开发的模拟缸套 /活塞环摩擦学性能的试验机中 ,采用弹性悬臂梁配合力传感器进行摩擦力的测量。推导了弹性悬臂梁测量摩擦力的公式 ,并用有限元软件分析了弹性悬臂梁的变形 ,确定了合适的截面形状。经试验验证 ,设计的摩擦试验机能够基本真实地反映缸套 /活塞环摩擦副的运动和摩擦学规律 ,具有较强的可信度。     

快速磨损试验机及其试验方法

本文运用摩擦这的系统分析方法,提出内燃机缸套－－活塞环快速磨损试验的磨损形式－条件模拟原则,研制成功了快速磨损试验机,并完成了试验方法的定型化研究。     

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)。