電容法測(cè)量汽缸套磨損簡(jiǎn)介

摘 要：我國(guó)軍用動(dòng)力正朝著高功率，高可靠性，高經(jīng)濟(jì)性發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)—?dú)飧滋啄Σ粮钡墓ぷ鳡顩r直接影響其壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性。因此有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)——?dú)飧滋啄Σ粮钡哪Σ翣顟B(tài)進(jìn)行深入的研究。現(xiàn)已開(kāi)展的氣缸套活塞環(huán)間的磨損故障診斷研究，雖對(duì)磨損機(jī)理做了一定的研究，卻很難對(duì)磨損程度做出定量分析，無(wú)法對(duì)其壽命進(jìn)行有效的評(píng)估。本文介紹的電容法測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套磨損狀況，不僅能分析磨損機(jī)理，還能對(duì)磨損程度進(jìn)行定量的分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套 電容法 摩擦副

內(nèi)燃機(jī)氣缸套的磨損是一種非均勻的三維表面磨損。測(cè)量出其磨損圖，除了可對(duì)目前摩擦學(xué)界所研究的氣缸套材料、潤(rùn)滑油品質(zhì)及發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)外，還可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。

一、采用電容法測(cè)量的必要性

內(nèi)燃機(jī)氣缸套的磨損是相當(dāng)復(fù)雜、緩慢而且非常微小的磨損。其復(fù)雜性是由于內(nèi)燃機(jī)活塞副的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和動(dòng)力特性造成的。在整個(gè)工作過(guò)程中，不僅活塞的運(yùn)動(dòng)速度和受力的方向及大小是瞬時(shí)變化的，而且活塞的兩側(cè)（主推力邊和次推力邊）所受的力的大小也是不同的。也就是說(shuō)，不僅沿氣缸套母線方向的速度和力的大小是變化的，而且沿氣缸套的圓周方向其值也是變化的。這就使得氣缸套的內(nèi)表面形成了三維不均勻磨損，即沿氣缸套母線方向形成了錐度，而沿圓周方向則造成了失圓。以往所用的測(cè)量方法，如稱重法、刻痕法和放射性同位素法以及現(xiàn)在所用的鐵譜法和光譜法，都無(wú)法滿足氣缸套磨損狀態(tài)的測(cè)量要求。電容法是基于氣缸套為三維磨損的特點(diǎn)，有較好的重復(fù)性，并且測(cè)點(diǎn)多、位置確定。

磨損具有兩個(gè)明顯的特征：一是其量值是一個(gè)與原始狀態(tài)相比的相對(duì)量，二是其外在表現(xiàn)使零件的實(shí)體減少，使摩擦副配合間隙加大。因此，摩擦副配合間隙量的大小，基本上可以反映出磨損量的大小。而間隙的大小可以用電容量的多少反映出來(lái)。

三、測(cè)量原理及方法

測(cè)量、分析系統(tǒng)主要包括：電容測(cè)微儀、數(shù)據(jù)采集儀、傳感器、采集軟件及計(jì)算機(jī)。

應(yīng)用電容傳感器測(cè)量磨損量的工作原理是：把氣缸套的內(nèi)表面看作電容的一個(gè)極板，而電容傳感器的有效端面面積S被看作另一個(gè)極板。兩極板之間的距離（間隙）h發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)引起極板間電容量的變化，因而就把磨損量變成了電信號(hào)（如圖1所示）。以軍用發(fā)動(dòng)機(jī)12V150為例，因活塞行程為160mm，所選取的磨損測(cè)量行程為從氣缸套凸沿端面下10mm—210mm，之間除第1、2點(diǎn)間隔為20mm外，其余均選為10mm間隔，每條母線共取20個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在圓周方向以均勻間隔18€襖慈〔飭康悖懇緩嶠孛婀踩？0個(gè)測(cè)量點(diǎn)。這樣對(duì)氣缸套形成了三維測(cè)量。

采用電容測(cè)量法分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在使用0小時(shí)、50小時(shí)、100小時(shí)、150小時(shí)、200小時(shí)、250小時(shí)、300小時(shí)、350小時(shí)、400小時(shí)、450小時(shí)、500小時(shí)后的磨損量進(jìn)行測(cè)量。這樣得到了發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸討每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)在使用壽命內(nèi)的間隔磨損量，可繪制發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套在整個(gè)壽命周期內(nèi)的磨損圖。

四、測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

在應(yīng)用電容法測(cè)量氣缸套的磨損量時(shí)，由于傳感器的安裝位置很難精確保證。因此，往往會(huì)產(chǎn)生傾斜誤差和偏心誤差。⑴ 傾斜誤差的產(chǎn)生主要是由于傳感器導(dǎo)桿間隙和傳感器安裝架與導(dǎo)桿不垂直等原因造成的，為了盡量減小這部分誤差，可采用增大導(dǎo)路長(zhǎng)度和減小導(dǎo)桿和導(dǎo)路之間的配合間隙等措施。⑵ 測(cè)量?jī)x的偏心誤差是由于鏜缸機(jī)的加工誤差和安裝定位裝置用力不適當(dāng)造成的。為了減少該項(xiàng)誤差的產(chǎn)生，應(yīng)對(duì)測(cè)量時(shí)的條件進(jìn)行較嚴(yán)格的控制，如盡量使缸肩處的初始值保持一致。

因氣缸套磨損是一種微量磨損，且電容法所測(cè)數(shù)值為微米級(jí)，故可采取實(shí)際所測(cè)的數(shù)值加上一個(gè)固定數(shù)值進(jìn)行相對(duì)比較（例如取固定數(shù)值為氣缸套的理論半徑75mm）。

（作者單位：裝甲兵技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)部）