船舶柴油机气缸套的磨损及管理对策.docx
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船舶柴油机气缸套的磨损及管理对策
毕业设计（专题论文）
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班级学号
指导教师
2014年月日
船舶柴油机气缸套的磨损及管理对策
（标题：
三号黑体，可以分为1或2行居中打印，题目下空一行打印摘要）
[摘要]气缸套是船舶柴油机的重要零件之一，因其内壁工作条件十分恶劣，很容易发生磨损，其磨损情况将直接影响气缸套与活塞环之间的密封性能，对柴油机的启动、功率损耗、燃油和润滑油的消耗、使用寿命以及排气的颜色等都有着重大的影响。
因此，正确地认识气缸套磨损的类型及其产生的机理，并采取积极的预防措施和修复工艺，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。
本文探讨了船舶柴油机气缸套磨损的特征及形成规律，全面而系统地分析了船舶柴油机气缸套磨损的类型及其产生的机理，并在此基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机气缸套磨损的预防措施及修复工艺。
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}{摘要与关键词之间空一行}
[关键词]船舶柴油机；气缸套；磨损；管理对策
{关键词后空一格打印内容（用小四号宋体）。
}
目录
0引言-------------------------------------------------------------------1
1气缸套磨损的机理及种类-------------------------------------------------1
1.1粘着磨损---------------------------------------------------------1
1.2磨粒磨损---------------------------------------------------------2
1.3腐蚀磨损---------------------------------------------------------4
1.4撞击磨损---------------------------------------------------------4
1.5复合磨损---------------------------------------------------------6
2气缸套正常磨损规律-----------------------------------------------------7
3气缸套异常磨损的特征及原因---------------------------------------------8
3.1气缸套异常磨损的特征---------------------------------------------8
3.2气缸套异常磨损的原因--------------------------------------------10
4防止气缸套异常磨损的预防措施------------------------------------------11
4.1气缸油的选择与注油率的确定--------------------------------------11
4.2燃油的预处理----------------------------------------------------13
4.3主机运行时的管理------------------------------------------------13
4.4主机的日常维护保养----------------------------------------------14
5气缸套磨损的修复工艺--------------------------------------------------14
5.1气缸套正常磨损的修复--------------------------------------------14
5.2气缸套异常磨损的修复--------------------------------------------15
结论---------------------------------------------------------------------15
致谢语-------------------------------------------------------------------16
参考文献-----------------------------------------------------------------17
（章、节、小节序号后空两格，节序号前缩进四格，小节序号前缩进六格）
0引言
据资料介绍：
世界能源的1/3～1/2是以不同形式消耗在克服机械零件对偶表面相互作用的摩擦上。
船舶机器运转时，机器上具有相对运动的运动副零件会发生配合表面的摩擦，引起磨损。
对于船用柴油机来说，目前无论是二冲程的低速机还是四冲程的中速机，燃油消耗率已降至163g/（kW·h）左右，热效率达到50﹪以上，但能量消耗在运动副的摩擦约占10﹪左右。
而气缸套是船舶柴油机燃烧室部件中的主体，由于其工作条件恶劣，极易磨损，其主要失效模式为磨损，尤其是气缸套表面的异常磨损更应加以重视。
如果气缸套磨损超过正常标准（0.4﹪～0.8﹪缸径）时，燃烧室就会失去密封性，使气缸套的工作性能变坏，柴油机性能急剧下降，出现启动困难，功率下降，燃油和润滑油的消耗量增大，使用寿命缩短以及排气冒黑（蓝）烟等现象。
而船舶在航行期间，柴油机气缸套发生异常磨损主要是轮机管理不良的结果。
因此，轮机人员必须在提高管理水平，加强管理的同时，充分了解船舶柴油机气缸套异常磨损的类型及其产生机理、磨损规律，并采取积极的预防措施和修复工艺，以提高气缸套的耐磨性，从而使柴油机保持良好的性能。
正文内1.5倍行距，章与章之间空两行，章标题下空一行，章中节、小节之间不空行。
1气缸套磨损的机理及种类
气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其原因既有物理方面的因素，也有化学方面的因素。
根据磨损机理的不同，可将气缸套的磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、撞击磨损及复合磨损等。
当柴油机在不同工况下工作时，某种磨损类型会起主导作用。
1.1粘着磨损
1）粘着磨损的成因
精加工的表面用肉眼看起来是很光滑的，但是用显微镜检查，就可以观察到它的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。
在边界润滑（模型如图1所示）的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，摩擦表面的部分尖锋会刺破油膜发生接触，如由于润滑条件差，局部高温等，使滑动表面缺乏充足的润滑油膜，就使摩擦表面间发生金属的直接接触加剧。
当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触时，便形成局部高温，使两者熔粘着、脱落、逐步扩大形成粘着磨损[1]。
图1边界润滑模型
另外，在大修柴油机时，由于所选配的气缸套和活塞的膨胀系数不同，也易造成粘着磨损。
一般来说，粘着磨损的速度很快，严重时还会发生“咬死”、“拉缸”和“抱缸”等事故。
所以，粘着磨损是缸套内壁最危险的破坏形式。
2）粘着磨损的特征
粘着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环上止点位置处较为严重，有局部金属粘着现象，可以观察到带有不规则边缘的沟痕、皱折以及擦痕和锥形凹坑等。
当发生“拉缸”或“抱缸”时，在缸壁上可看到活塞咬死的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满“咬死”的粘着痕迹。
3）粘着磨损的影响因素
粘着磨损的影响因素如下：
（1）气缸套材质不良或壁厚不均匀以及气缸盖螺栓预紧力不均匀。
（2）燃料品质太差，使燃烧室积炭严重。
（3）磨合期内大负荷、高速运转以及温度过高。
（4）润滑油选用不当或油量不足。
（5）柴油机经常超负荷运转。
1.2磨粒磨损
1）磨粒磨损的成因
硬质颗粒进入气缸套的摩擦面和活塞的摩擦面之间形成磨粒，磨粒与两摩擦面挤压、滚撞，使金属脱落，便造成磨粒磨损。
磨粒主要来源于：
燃油在催化过程中留下的催化剂粉末；燃油在贮存和运输过程中进入的锈、砂和其他硬质颗粒；磨屑；燃烧生成的灰分和炭粒；随空气进入气缸的粉末以及被污染的润滑油等。
在活塞的高速运转下，这些坚硬的凸起或微粒造成气缸套表面材料的移动或脱落。
大量的研究表明，引起气缸套磨粒磨损的主要原因是由于气缸内混入微小坚硬的固体颗粒物所致。
2）磨粒磨损的特征
气缸套内壁沿活塞运动方向有微细的、长短不一的直线形擦痕，严重时会出现较深的刮伤、沟槽。
当空气滤清器效果较差或不用滤清器时，因进气中灰尘较多，则活塞上止点第一道气环所对应的气缸壁处磨损量最大；当润滑油中杂质较多时，则活塞下止点第一道油环所对应的气缸壁处磨损较严重。
一般情况下，气缸内吸入的空气过脏以及严重积炭造成的磨损，其磨损最大部位在气缸套的中上部；因润滑油中含有大量硬质微粒而造成的磨损，其最大磨损部位在气缸套的中下部。
3）磨粒磨损的影响因素
（1）磨粒尺寸对磨损的影响
磨粒尺寸大小对磨损量的影响已有了许多研究，如美国著名的M.A.Moore博士给出定量化关系式[2]：
V∝σLNd2/H
（1）
式中，V为磨损体积，σ为外加应力，L为磨损行程，N为磨粒数目，d为磨粒直径，H为被磨材料的硬度。
由上式中可以得出：
线磨损值WL∝d2/3，这表明磨粒磨损的线磨损量是随着磨粒直径的增加呈2/3次指数增加。
在理论上，对于铸铁材质材料的磨粒磨损，当磨粒颗粒和材料表面接触时发生两个主要过程：
形成塑性粹压性沟槽，不包括材料的直接磨损；以一次显微切削的形式产生磨损颗粒而导致磨损，磨损时产生微切屑与犁沟。
由此可知材料磨粒磨损的两个主要过程直接与σ，N，d（其它条件一定）有关，而σ，N一定时，d就起着决定性作用。
当磨粒粒度小于油膜厚度时，磨粒浮游于润滑油膜之中，这时外加载荷由油膜承担，磨粒不直接承载，不能导致磨粒磨损。
当磨粒粒度等于或大于油膜厚度时，则破坏油膜，直接承载而参与磨粒磨损。
另外，当磨粒粒度在1～10μm范围时，由于其大小与正常磨损颗粒大小相当，因而其磨粒引起异常磨损的作用不太大。
当磨粒在润滑油中的质量分数一定时，磨粒粒度越大则其数量越少，则活塞环、缸套的磨损表面都随磨粒质量分数增大其磨损沟槽变深变宽，而其沟槽的数量相应减少。
（2）磨粒质量分数对磨损性能的影响
1.5复合磨损
气缸套内壁同时存在两种或两种以上的磨损形式时称为复合磨损。
复合磨损时，由于几种磨损形式相互作用的结果，其磨损速度远远大于单一形式的磨损，故应坚决避免。
一般在灰尘较多的场地作业时，在“三滤”效果较差的工况下，会以磨粒磨损为主。
在柴油机磨合质量差，润滑油质量低劣或变质，柴油机严重窜气、过热等工况下，易发生粘着磨损。
使用低质或含硫量大的燃料，以及长期在低温下工作的柴油机中，腐蚀磨损可能起主导作用。
在冲程缸径比较大的柴油机中，又往往会以撞击磨损破坏较为突出。
应当指出，由于一些不正常原因还会引起缸套内壁异常偏磨损。
例如，由于曲轴连杆弯曲、气缸套中心线与曲轴中心线不垂直以及活塞销孔与裙部不垂直等，均会造成缸壁沿曲轴轴心线方向磨损较大；气缸套安装不当时，会引起缸壁在相应方向上偏磨。
由于引起粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的因素可能同时存在，它们之间存在着必然的、不可分割的相互联系和相互作用，因此它们是很难分开的。
图2示出了粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损三种磨损机理的相互作用图。
磨粒磨损和粘着磨损可促使腐蚀产物脱落，产生新生表面使之再遭腐蚀，从而加重腐蚀磨损；粘着磨损和腐蚀磨损产生的磨屑可成为磨粒引起“次生磨粒磨损”；磨粒磨损使表面粗糙，金属表面凸峰易于直接接触，从而加重粘着磨损；腐蚀磨损通过产生的表面膜而减轻粘着磨损[3]。
图2三种磨损机理的相互作用图
尽管实际中的磨损总是由二种或多种基本磨损机理共同作用引起的，但其中必有一种是磨损的主因。
在分析和解决实际中的异常磨损问题时，必须首先分清其主因和次因，然后根据轻重缓急分别采取措施解决。
2气缸套正常磨损规律
气缸套的正常磨损规律如图3所示。
a）纵截面磨损规律；b）横截面磨损规律
图3气缸套正常磨损规律
气缸套的正常磨损规律为：
在气缸套的纵截面呈锥形，上部磨损比下部大，且最大磨损位置在活塞处于上止点时，第一道气环附近，而沿气缸套向下磨损逐渐变小。
这是因为上部接近燃烧室，温度较高，活塞运动速度又低，油膜不易形成和保存，以及存在着腐蚀磨损等造成。
二冲程柴油机气口部位的磨损也是比较大的，其原因是该处的几何形状复杂，壁厚不均，热变形大，气口处又受进、排气（指弯流扫气）的冲刷作用，油膜容易破坏，而且在此处堆积杂质，所以容易造成磨损。
在气缸套横截面上的磨损呈椭圆形，而且椭圆的长轴在垂直于曲轴中心线的方向（左右方向）上，即横截面的磨损量左右方向大于首尾方向。
这是由于侧推力的作用（指筒状活塞），同时活塞往复运动的转向点也在左右方向，这都是造成磨损量大的原因。
故一般十字头柴油机横截面的磨损的长轴也是在左右方向。
若磨损量的椭圆长轴不在左右方向，就要进行具体分析，最大的可能是领三眼（即气缸、导板和曲柄三者的中心线）
表2No.2缸各测量点的磨损率单位：
mm/kh
位置
1
2
3
4
5
6
7
前后方向
左右方向
0.13
0.12
0.11
0.078
0.075
0.083
0.088
0.057
0.052
0.042
0.021
0.031
0.021
0.016
3.2气缸套异常磨损的原因
气缸套异常磨损的具体原因有：
1）活塞在气缸中对中的偏差太大，使活塞和气缸套产生偏磨损。
当十字头滑块和导板磨损过大，连杆大小端轴承和主轴承偏磨损时，活塞在气缸中偏置或倾斜，产生敲击或拉缸等。
2）气缸套上润滑油油膜破坏。
这一般是由于下列原因造成的：
润滑装置发生故障，使滑油供应不足；刮油环太锋利；活塞边缘与气缸套局部接触；珩磨过细，使气缸表面太光滑；滑油被燃油稀释；喷油器雾化不良，燃油喷到气缸套上把滑油冲走；空冷器凝水或漏泄，使气缸套内表面的水排斥了油膜；活塞环断裂、粘着或压入，漏气吹走或烧毁了油膜；冷却液流量不足或冷却腔积垢，使气缸壁温度太高，油膜蒸发或破裂；气缸套上的布油槽结炭，滑油沿圆周方向分布不均。
在最后的一种情况下，注入气缸内的油滴还倾向于集中在活塞上部，并形成一个突起的积炭。
这个突起的积炭可以把注入缸内的大部分滑油吸走，并在气缸套上磨出一道道垂直的槽。
与燃油中相应的含硫量比较起来润滑油的碱值太高时，活塞头上形成积炭，这积炭会吸收油膜和刮伤油膜。
恢复气缸套原有缸径和气缸套与活塞之间的配合间隙。
当用上述办法气缸套扔然无法达到说明书或标准时，应予以换新。
气缸套修复后装机正常运转前必须进行磨合运转，按说明书或视修理状况进行。
结论
由于气缸套的工作条件十分恶劣，在正常条件下气缸套磨损是不可避免的。
而气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其原因既有物理方面的因素，也有化学方面的因素。
当气缸套磨损超过正常标准（0.4﹪～0.8﹪缸径）时，气缸套将发生异常磨损，使燃烧室就会失去密封性，气缸套的工作性能变坏，柴油机性能急剧下降，出现启动困难，功率下降，燃油和润滑油的消耗量增大，使用寿命缩短以及排气冒黑（蓝）烟等现象。
因此，气缸套的材料绝大多数采用耐磨合金铸铁和球墨铸铁，并对气缸套内表面进行多孔性镀铬、氮化、喷镀耐磨合金等工艺措施，以提高气缸套的耐磨性和抗腐蚀性，保证气缸套的磨损率在正常磨损的范围内。
本文在分析探讨气缸套磨损的特征、形成规律、类型及其产生的机理的基础上，提出了在使用和保修中减少船舶柴油机气缸套磨损的预防措施及修复工艺，有利于减少气缸套的磨损，保持柴油机良好的性能，对于提高船舶柴油机的整机寿命和机械设备的使用效益有十分重要的意义。
而船舶在航行期间，柴油机气缸套发生异常磨损主要是轮机管理不良的结果。
因此，在减少气缸套异常磨损的工作中，提高轮机人员管理水平，加强轮机管理是关键，是保证柴油机良好性能的重点所在。
致谢语
本文得到了船上的轮机长和三管轮的耐心指导，他们在资料搜集和构建论文写作的基本思路上给了我很大的帮助。
他们所教于我的做事的信念，做人的道理，当是今后人生中的一大财富。
王老师对本文修改提了很多建设性意见，对论文的完成起了决定性的作用，在此向您说一声“老师，您辛苦了！
”
最后，对所有曾关心、支持我的老师和同学们献上我最诚挚的谢意。
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