[發明專利]模擬服役狀態下高強化活塞環缸套摩擦學特性的試驗方法

有效

• 申請號: 201910925056.0
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110763443B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 焦博文;盧熙群;馬旋;李彤陽;孟祥旭;何山;劉志剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M15/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供模擬服役狀態下高強化活塞環缸套摩擦學特性的試驗方法，包括如下步驟：確定平均有效壓力與平均燃燒室壓力兩者之間的關系；若兩者之間差值在1％以內，則模擬的是高強化系數等與柴油機的真實工況；否則，按照線性比例的關系將模擬的高強化系數增加或減少；確定活塞環試樣和缸套式樣的尺寸，并對活塞環的輪廓型線進行測量得到其真實型線數據；通過曲線擬合得到活塞環厚度方向的曲率半徑；通過赫茲接觸公式計算出活塞環試樣與缸套式樣的接觸半寬，從而計算出兩者的接觸面積；通過計算得到活塞環與缸套在不同載荷下的速度曲線。本發明綜合考慮了柴油機實際實際工況與試驗機實際工況的不同，提出了較為全面、科學的研究方法。

技術領域

本發明涉及的是一種試驗模擬方法，具體地說是內燃機缸內摩擦副的試驗模擬方法。

背景技術

當前，人們對柴油機的性能提出了更高的要求，使得柴油機應用高強化技術提高其工作性能。柴油機具有工作效率高、可靠性強、經濟性好等優點，其廣泛應用于交通、國防、農漁業等領域。在將來的幾十年里，柴油機仍將成為船舶等大型機械設備的主要動力能源設備。目前船用大功率高功率密度柴油機的強化指標(平均有效壓力Pe與活塞平均速度U的乘積)最高己經達到35MPa·m/s，新研制的柴油機接近38-40MPa·m/s。隨著新設計柴油機的強化指標不斷提高，尤其是柴油機的轉速、爆發壓力及結構件承受的能量密度大幅度提髙，高強化柴油機出現了摩擦功耗顯著升高、磨損加劇、拉缸傾向嚴重等摩擦學問題，這已經成為制約我國新一代先進動力發展的瓶頸問題。

缸套-活塞環摩擦副是柴油機的關鍵摩擦副之一，是影響高強化柴油機經濟性、動力性和可靠性的重要部件，其工作性能的好壞直接影響柴油機的性能。近年來，隨著柴油機朝著高轉速和高負載的方向發展，活塞環在缸內的工作環境越來越惡劣，對活塞環的性能要求也越來越嚴苛。研究表明：高強化柴油機缸套-活塞環摩擦副是柴油機摩擦功耗損失的主要部分，并且當缸套-活塞環磨損嚴重時，會導致缸內高溫高壓氣體下竄，嚴重者甚至會造成曲軸箱爆炸等事故。在壓縮、燃燒、膨脹過程中，缸套和活塞環在高機械負荷和高熱負荷下經歷流體動壓潤滑、混合潤滑、邊界潤滑、干摩擦等各種摩擦狀態，是柴油機各摩擦配副中摩擦磨損問題的典型代表，柴油機強化系數提高以后這些問題表現更加突出。因此深入研究高強化柴油機缸套-活塞環摩擦磨損問題，增強活塞環的耐磨性及潤滑性能，延長缸套-活塞環工作的壽命和可靠性，對于提高柴油機整體的工作性能和可靠性以及經濟性有著十分重大的意義。金梅在碩士論文《鍍鉻缸套摩擦磨損性能研究》中，采用自行研制的對置往復摩擦磨損試驗機，針對缸套-活塞環摩擦副進行實驗，探究不同工況下的摩擦磨損規律和機制，獲得了載荷對摩擦副磨損量的影響比溫度更明顯，且隨著載荷增加、溫度升高，兩對摩擦副的抗黏著性能均下降等。張一兵等在文章《發動機缸套-活塞環磨損模擬試驗機及其實驗分析》中，介紹了自制的FGM-1型缸套-活塞環快速磨損試驗機的原理和主要結構，在一定范圍內對載荷、溫度、速度和潤滑量參數的組合進行試驗，驗證了試驗機的模擬性、性能穩定性測試系統的重復性與靈敏性。

然而，由于內燃機缸套-活塞環的摩擦磨損機制比較復雜，模擬實驗的局限性較大，目前已有的試驗方案中，整機模擬試驗可重復性差且成本高；試樣試驗的，臺架試驗不易控制，干擾因素較多；零部件實驗容易造成浪費，成本較高；試樣實驗的工況近似但不甚相符。但是試樣試驗容易控制，成本低可重復性好，參數易控制，結果重現性好，只是缺少一種試驗設計方法，來保證試驗工況的相符性。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠真實可靠的模擬出活塞環-缸套摩擦副在柴油機缸內工況的模擬服役狀態下高強化活塞環缸套摩擦學特性的試驗方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明模擬服役狀態下高強化活塞環缸套摩擦學特性的試驗方法，其特征是：

(1)確定柴油機實際工況下的平均有效壓力與平均燃燒室壓力兩者之間的關系：收集柴油機實際運行工況下的高強化系數、平均有效壓力、燃燒室壓力曲線，并對燃燒室壓力取平均值，比較兩壓力之間的關系；