新聞主題	柴油發(fā)動(dòng)機氣門(mén)彈簧斷裂癥狀與原因

 

摘要：氣門(mén)彈簧在柴油機工作時(shí)承受扭力，所以在氣門(mén)彈簧圓截面上的應力分布是不均勻的，從近中心的原點(diǎn)到邊緣各點(diǎn)，應力逐漸遞增，表面所受的應力最大，就表面各點(diǎn)而言，正內側表面承受的應力最大，且受平面應力的作用，因此一旦氣門(mén)彈簧表面存在缺陷，缺陷處極有可能產(chǎn)生最大的應力集中，從而導致彈簧的早期斷裂。

 

一、斷裂癥狀表征和引發(fā)后果

 

      氣門(mén)彈簧折斷時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一種連續而雜亂的金屬敲擊聲，例如，在中間氣門(mén)室內發(fā)出“嚓、嚓"的聲音；有時(shí)空氣濾清器回火或排氣管“放炮”聲音。這種情況的發(fā)生往往是由于氣門(mén)彈簧折斷所致。

1、氣門(mén)敲擊響

      在發(fā)動(dòng)機怠速運轉時(shí)發(fā)生氣門(mén)桿尾端與其驅動(dòng)件之間發(fā)生連續不斷的敲擊聲，隨轉速增大而增強，發(fā)動(dòng)機溫度改變或斷火時(shí)聲響無(wú)變化。

2、氣門(mén)漏氣響

      氣門(mén)漏氣響在氣門(mén)室外，在高負荷、低轉速時(shí)較為明顯，響聲隨負荷增加而增強，主要原因是氣門(mén)座歪斜或氣門(mén)間隙小，致使氣門(mén)燒蝕引起氣門(mén)關(guān)閉不嚴而漏氣響。

3、易落入氣缸

      因氣門(mén)彈簧折斷，頂置式氣門(mén)桿尾端凹槽內的兩塊剖分錐形鎖片失去氣門(mén)彈簧的張緊力而掉落，氣門(mén)因無(wú)支承而落入缸孔內。

4、發(fā)生異響

      因氣門(mén)彈簧折斷，側置式發(fā)動(dòng)機雖然氣門(mén)不會(huì )掉入缸內，但氣門(mén)不能打開(kāi)，不能進(jìn)、排氣，并且發(fā)動(dòng)機將產(chǎn)生紊亂的金屬敲擊聲。

 

二、氣門(mén)彈簧折斷的原因

 

       氣門(mén)彈簧斷裂的原因，除制造上存在缺陷外，使用方法不當也可能使其遭受早期損壞，常見(jiàn)的原因如下：

1、疲勞磨損

      一般氣門(mén)彈簧折斷的原因是使用日久，已到達了其使用壽命的限度。有時(shí)因材料不好，也會(huì )過(guò)早折斷。

      氣門(mén)彈簧的壽命與發(fā)動(dòng)機的轉速有很大關(guān)系，因為發(fā)動(dòng)機的轉速過(guò)高或超出了氣門(mén)彈簧的臨界速度，就可使彈簧內部發(fā)生極高的危險應力而造成折斷。為了防止這種情況的發(fā)生，有些農用車(chē)氣門(mén)彈簧各圈間的距離略有不同，稱(chēng)為非等節距彈簧，一端圈間距較密，在安裝時(shí)應注意較密的一端在上面。如果使用高頻率（頻率為每分鐘振動(dòng)的次數）彈簧、雙重氣門(mén)彈簧也可避免劇烈振動(dòng)現象（稱(chēng)為共振現象）的發(fā)生。

2、彈簧表面缺陷

     因保管不當， 如庫存的經(jīng)磷化處理的氣門(mén)彈簧，沒(méi)有涂防銹油或防銹油質(zhì)量差時(shí)，造成彈簧表面形成麻點(diǎn)和腐蝕坑。而當彈簧承受較大扭力時(shí)，在腐蝕坑處易引起應力集中，使氣門(mén)剛度增大，最終導致彈簧疲勞斷裂。

3、彈簧中心線(xiàn)歪斜

      氣門(mén)彈簧的2個(gè)端面若與彈簧中心線(xiàn)不垂直，則彈簧長(cháng)期在高速下工作，其金屬材料易因疲勞而斷裂。

4、氣門(mén)導管竄動(dòng)或凸輪軸軸承松動(dòng)

      使用中，若發(fā)生氣門(mén)導管竄動(dòng)現象，極有可能導致氣門(mén)彈簧在被壓縮時(shí)因受彎曲應力的作用而折斷，凸輪軸軸承松動(dòng)會(huì )引起氣門(mén)彈簧產(chǎn)生共振，也會(huì )促使其折斷。

5、操作不當

      柴油發(fā)動(dòng)機在運轉過(guò)程中若轉速經(jīng)常性突然變化，會(huì )使氣門(mén)彈簧被壓縮和伸張的頻率突然猛增，導致其疲勞斷裂。

6、錯誤安裝

      裝配氣門(mén)彈簧時(shí)有的機型有特殊要求，例如五十鈴6BBI柴油發(fā)動(dòng)機要求將彈簧涂有藍色的一面朝向氣缸蓋上平面，否則彈簧易折斷。

7、氣門(mén)彈簧質(zhì)量次

      如彈簧的鋼絲材料、鋼絲直徑、中徑、有效圈數與原廠(chǎng)家設計的不同時(shí)，發(fā)動(dòng)機轉速的角頻率很容易達到氣門(mén)彈簧的固有頻率，產(chǎn)生共振，造成彈簧折斷。

      彈簧的材料為0.5%～1.0%的碳鋼，良好者則用合金鋼制造。若所用材料不合規格，熱處理不當，加工不良，都可造成氣門(mén)彈簧壽命的縮短。

8、間隙過(guò)大或過(guò)小

（1）配合間隙過(guò)大

      氣門(mén)桿與氣門(mén)導管配合間隙過(guò)大，氣門(mén)往復運動(dòng)時(shí)歪歪斜斜，引起彈簧上下彈跳，使氣門(mén)彈簧內應力發(fā)生變化，造成折斷。

（2）氣門(mén)的間隙過(guò)小

      高溫時(shí)由于氣門(mén)和導管的膨脹系數不一樣，從而引發(fā)氣門(mén)在導管內活動(dòng)時(shí)受到的阻力過(guò)大，造成氣門(mén)彈簧折斷故障。

（3）氣門(mén)下陷量不足

      氣門(mén)在氣門(mén)座中的下陷量太少，氣門(mén)下陷不足夠導致的。所以當在運轉的時(shí)候，活塞就會(huì )頂撞到氣門(mén)，經(jīng)過(guò)活塞的多次沖擊，這就會(huì )使氣門(mén)桿斷裂，氣門(mén)彈簧被折斷。

 

三、檢查和測量方法

1、缺口檢查

      不得再次使用第一圈中有缺口磨損的氣門(mén)彈簧。

（1）彈簧的兩端會(huì )磨損第一圈，形成磨損缺口。

（2）如果能夠看到或感覺(jué)到磨損缺口，不得再使用氣門(mén)彈簧。

（3）通常具有這些缺口的彈簧會(huì )產(chǎn)生“咔嗒”的噪音。

（4）壓縮彈簧，直到第一圈的端部完全壓縮，以檢查有無(wú)“咔嗒”聲。

      由于大的缺口將造成“咔嗒”聲。因此，要檢查彈簧的兩端有無(wú)“咔嗒”聲。

2、氣門(mén)彈簧垂直度的檢查

      先將彈簧垂直放在平板上，用一直角尺靠在彈簧最下邊一圈上，然后將彈簧旋轉一周，測量最上邊一圈彈簧與直角尺距離的最大值，通常情況下，氣門(mén)彈簧對垂直線(xiàn)的傾斜距離為1~1.5mm，若超過(guò)此值最好換用新件。

3、自由長(cháng)度和彈力測量

      使用氣門(mén)彈簧壓縮測試儀（零件號 3375182）檢查所示測試高度處的彈簧力和張力。

      氣門(mén)彈簧壓縮測試儀是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測試彈簧彈力大小的裝置，可以由此得知彈簧的自由長(cháng)度和彈性。

 

4、對比觀(guān)察法

      當現場(chǎng)無(wú)專(zhuān)業(yè)工具時(shí)，可以從市面上找一根相同的彈簧來(lái)進(jìn)行比較，如果彈簧受壓后的圈距相同，則代表我們的彈簧還可以用，否則我們就應該更換新的彈簧。

 （1）新氣門(mén)彈簧的檢查方法：

      將彈簧夾在臺虎鉗上壓縮到最小長(cháng)度，使圈與圈之間盡可能沒(méi)有空隙，并保持48h，如果彈簧表面有瑕疵存在，在經(jīng)過(guò)這種壓縮處理后就會(huì )斷裂，這是因為彈簧內部應力在瑕疵附近高度集中致使彈簧斷裂。

（2）舊新氣門(mén)彈簧的檢查方法：

      氣門(mén)彈簧彈力的強弱可用對比法加以識別，具體做法是先將被檢查的一只舊氣門(mén)彈簧與一只新氣門(mén)彈簧串聯(lián)在一起，并且中間用一鋼片墊圈隔開(kāi)。然后在一只氣門(mén)彈簧上加一定的壓力，觀(guān)察新舊彈簧壓縮的程度，若舊彈簧的彈力不足，則此時(shí)必定先被壓下去。

 

圖1  氣門(mén)彈簧垂直度測量

圖2  氣門(mén)彈簧測試儀檢查彈力

 

 

四、氣門(mén)彈簧拆裝步驟

 

1、拆卸

（1）拆下氣缸蓋。

（2）如圖3所示，使用合適尺寸的套筒和塑料錘，輕輕地敲擊彈簧擋圈，以松開(kāi)氣門(mén)鎖片。

（4）安裝氣門(mén)彈簧壓縮器。壓縮彈簧，拆下氣門(mén)鎖片。

（5） 拆下氣門(mén)桿油封，如圖4所示。

（6）拆下氣門(mén)彈簧座平墊圈，如圖5所示

      使用壓縮空氣和磁棒，拆下彈簧座平墊圈。按正確的順序擺放氣門(mén)彈簧座平墊圈。

（7）拆下半圓鍵，如圖6所示。

      拆下凸輪軸半圓鍵，將每個(gè)軸承蓋的固定螺栓松幾圈，用軟錘(橡皮錘)敲振凸輪軸后部，使軸承蓋振松。

 

圖3  柴油機氣門(mén)彈簧拆卸圖	圖4  柴油機氣門(mén)桿油封拆卸工具
圖5  柴油機氣門(mén)彈簧座平墊圈拆卸.	圖6  柴油機凸輪軸半圓鍵拆卸

 

2、安裝

（1）在氣門(mén)桿上涂抹一層新的發(fā)動(dòng)機機油。將氣門(mén)安裝到氣門(mén)導管中。

（2）檢查并確認氣門(mén)能平穩地上、下移動(dòng)。

（3）將彈簧座安裝在氣缸蓋上。

（4）如圖7所示，用氣門(mén)桿密封件安裝工具安裝新的氣門(mén)密封件。

注意：排氣門(mén)密封件上有黑色彈簧標記；進(jìn)氣門(mén)油封上有白色彈簧標記；它們不可互換。

（5）安裝氣門(mén)彈簧和彈簧擋圈。將帶有緊密纏繞彈簧圈的氣門(mén)彈簧端部朝向氣缸蓋放置。

（6）安裝氣門(mén)彈簧壓縮器，如圖8所示。壓縮氣門(mén)彈簧并安裝氣門(mén)鎖片。

（7）拆下氣門(mén)彈簧壓縮器。

（8）用塑料錘輕輕敲擊每個(gè)氣門(mén)桿端部2次或3次，以確保氣門(mén)和氣門(mén)鎖片正確就位。僅允許沿著(zhù)氣門(mén)桿的軸線(xiàn)敲擊氣門(mén)桿，這樣不會(huì )弄彎氣門(mén)桿。

 

 

圖6  柴油機氣門(mén)密封件安裝圖

圖7  柴油機氣門(mén)彈簧安裝圖

 

總結：

 

      在拆裝柴油機氣門(mén)機構后，要進(jìn)行調試和檢查，確保氣門(mén)的密封性和開(kāi)啟順序等符合技術(shù)要求；同時(shí)要注意氣門(mén)彈簧的平衡性，避免出現不平衡的情況，以免影響發(fā)動(dòng)機的性能和壽命。總之，氣門(mén)的拆裝需要注意安全，比如拆裝氣門(mén)時(shí)，要根據氣門(mén)彈簧的壓縮情況，將氣門(mén)彈簧的頂部或底部先取下，避免彈簧彈出傷人。其次，必須使用專(zhuān)門(mén)的工具和設備，保持作業(yè)區域的干凈和整潔，以保證柴油發(fā)電機組的性能和壽命。

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