故障檢修與技術(shù)維護

汽缸磨損規律、測量步驟、原因分析和預防措施

 

摘要：氣缸的磨損程度是判斷發(fā)動(dòng)機技術(shù)狀況是否良好、是否需要大修的重要依據。氣缸磨損至一定程度，柴油發(fā)電機動(dòng)力性能顯著(zhù)下降，油耗急劇增加，工作性能變壞，甚至不能正常工作。因此，了解氣缸磨損原因和規律，不僅能正確地對其進(jìn)行修理，而且對于正確使用和管理柴油發(fā)電機組，減少氣缸的磨損，延長(cháng)柴油發(fā)電機的使用壽命，有著(zhù)重要的指導意義。康明斯公司撰寫(xiě)的本文從汽缸結構特點(diǎn)出發(fā)，提高用戶(hù)和經(jīng)銷(xiāo)商對汽缸的認識，對汽缸磨損故障進(jìn)行了分析，提出預防柴油機氣缸磨損的關(guān)鍵措施。

 

一、氣缸的磨損規律

 

      柴油發(fā)電機汽缸呈圓筒形，內裝有作往復運動(dòng)的帶環(huán)活塞，并用汽缸墊和汽缸蓋加以密封，形成一個(gè)容積可變的密封空間。汽缸內表面給活塞運動(dòng)導向作用，也稱(chēng)之為汽缸壁。汽缸壁承受高溫、活塞的側壓力和潤滑條件較差，空氣中的塵粒和油中的機械雜質(zhì)都會(huì )使缸壁產(chǎn)生較嚴重的機械磨損，同時(shí)廢氣中含有酸對缸壁還會(huì )產(chǎn)生較重的腐蝕性磨損，通常所說(shuō)的汽缸磨損就是指汽缸壁的磨損。由于氣缸是在潤滑不良、高溫、高壓、交變載荷和腐蝕性物質(zhì)作用下工作的。因此，氣缸磨損是不均勻的，但正常情況下有一定的規律。

1、氣缸軸向磨損規律

      從氣缸的縱斷面看，活塞環(huán)行程內的磨損一般是上大下小，即稱(chēng)為“錐形”或“錐體”，如圖1所示。

（1）磨損的最大部位在活塞位于上止點(diǎn)時(shí)第一道活塞環(huán)所對應的缸壁。在氣缸內活塞環(huán)接觸不到的上口，沒(méi)有磨損而形成了明顯的臺階，稱(chēng)為“缸階”或“缸肩”〔圖1a）〕。

（2）氣缸下部活塞運動(dòng)區域外的氣缸壁，由于潤滑條件比較好，溫度適中，沒(méi)有活塞環(huán)摩擦作用，氣缸也幾乎沒(méi)有磨損。在特殊情況下，氣缸的磨損不在上部，而是在中部，形成中間大的“腰鼓形”磨損〔圖1（b）〕。

      在同一臺柴油發(fā)電機上，不同氣缸磨損情況不盡相同，一般水冷柴油發(fā)電機的第一缸前壁和最后一缸的后壁處磨損較為嚴重。

2、氣缸徑向磨損規律

      從氣缸橫斷面來(lái)看，氣缸的磨損也是不均勻的，磨損成不規則的橢圓形，如圖2所示。各氣缸沿圓周方向的最大磨損部位隨氣缸結構、機型、使用條件的不同而不同。

 

圖1  氣缸軸向磨損量示意圖

圖2  氣缸徑向磨損示意圖

 

二、氣缸磨損的原因

 

      氣缸磨損主要是由機械磨損、腐蝕磨損和磨料磨損及純腐蝕異常磨損等造成的，如圖3、4所示。

1、機械磨損

      柴油發(fā)電機工作時(shí)，活塞環(huán)的自身彈力和高壓氣體竄入活塞環(huán)背面致使活塞環(huán)對氣缸壁的正壓力大，摩擦力也大，潤滑油膜被破壞，形成半干摩擦或干摩擦，造成活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，第一道活塞環(huán)對應的氣缸壁磨損最為嚴重，形成沿氣缸軸向上大下小的錐形磨損。

2、腐蝕磨損

      氣缸內可燃混合氣燃燒后，產(chǎn)生水蒸氣和酸性氧化物CO?、SO?、NO?，它們溶于水而生成礦物酸，對氣缸表面產(chǎn)生腐蝕作用，造成腐蝕磨損。由于氣缸體上部不能完全被潤滑油膜覆蓋，其腐蝕作用更加嚴重。腐蝕磨損還隨柴油發(fā)電機冷卻水溫的降低而增加。

      因此柴油發(fā)電機未達到工作溫度時(shí)，其負荷不要過(guò)大，并且應盡量縮短低溫運行時(shí)間，加快柴油發(fā)電機的升溫，以減少腐蝕磨損。對于多缸柴油發(fā)電機，兩端氣缸的前后壁冷卻效率較高、進(jìn)氣門(mén)對面被較冷的可燃混合氣沖刷，潤滑油膜難以形成，致使這些部位受到嚴重的腐蝕磨損。這是氣缸上部磨損大并形成明顯橢圓的主要原因。

3、磨料磨損

      空氣中的塵埃、潤滑油中的機械雜質(zhì)和柴油發(fā)電機自身的磨屑等進(jìn)入氣缸壁間造成磨料磨損?？諝庵械幕覊m被吸入氣缸上部，其棱角也鋒利，因而氣缸上部磨損最大。在風(fēng)沙嚴重的地區，大量的灰塵進(jìn)入氣缸后，由于活塞在氣缸中部運動(dòng)速度最大，致使氣缸磨成“腰鼓形”。

 

圖3  柴油機氣缸磨損曲線(xiàn)圖

圖4  氣缸異常磨損縱向和橫向磨損曲線(xiàn)

 

三、氣缸磨損的測量

 

      測量柴油發(fā)電機氣缸磨損的目的，主要是確定氣缸磨損后的圓度和圓柱度。根據氣缸的磨損程度，確定柴油發(fā)電機是否需要大修，以及確定氣缸的修理尺寸。測量氣缸通常使用量缸表，其測量方法如下：

（1）測量準備

      根據氣缸直徑，選擇相應尺寸的測量接桿，并將其固定在量缸表桿的下端。按規定接桿固定好后與活動(dòng)測桿的總長(cháng)度應與被測氣缸的尺寸相適應。

（2）校正量缸表的尺寸

      氣缸測量時(shí)，先將千分尺校正到被測氣缸的標準尺寸，再將量缸表校準到千分尺的尺寸，并使伸縮桿有2mm左右的壓縮行程，旋轉表盤(pán)，使表針對準零位。這樣測出的讀數加上氣缸的公稱(chēng)尺寸，即為磨損后的氣缸直徑。

（3）測量步驟

      氣缸上、中、下三個(gè)位置的縱向和橫向上的氣缸直徑，如圖5所示。氣缸上部應測量第一道活塞環(huán)在上止點(diǎn)位置時(shí)所對應的氣缸壁（上平面10mm處）；氣缸中部和氣缸下部應測量距離氣缸下邊緣10mm左右處。按A、B兩個(gè)方向分別測量一次。

注意：不要在柴油發(fā)電機修理臺架上測量柴油發(fā)電機氣缸的內徑，以防因缸體被夾緊變形而測量不準。

      由柴油發(fā)電機氣缸磨損規律可知，柴油發(fā)電機一般前后兩缸磨損最為嚴重。因此，測量時(shí)可重點(diǎn)測量前后兩缸，或“缸肩”較深的氣缸。為保證測量準確，量缸表測桿與氣缸軸線(xiàn)要保持垂直。測量時(shí)應轉動(dòng)量缸表，指針指示的最小值即為被測值，如圖6所示，并將測量值逐一記錄下來(lái)，計算圓度與圓柱度誤差。柴油機的圓度誤差超過(guò)0.065mm、圓柱度誤差超過(guò)0.25mm，超過(guò)極限值則進(jìn)行更換。

 

圖5  柴油機氣缸量缸方法示意圖

圖6  量缸表測量圓柱度誤差步驟圖

 

四、汽缸磨損故障的分析與預防

 

1、汽缸磨損的現象

（1）汽缸壓縮力降低。不減壓搖轉曲軸到活塞壓縮行程直至上止點(diǎn)時(shí)，比正常情況下省力。與此同時(shí)，打開(kāi)加機油口蓋，從曲軸箱加機油口處可以聽(tīng)到"哧哧"的氣體內漏聲；從空氣濾清器和排氣管處聽(tīng)不到"哧哧"的聲音，說(shuō)明進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)密封是嚴密的。柴油發(fā)電機著(zhù)火時(shí)下排氣增大，水溫不過(guò)高，轟油門(mén)水箱內無(wú)汽泡，說(shuō)明汽缸墊密封是良好的。由此可判斷汽缸壓縮力降低是由于汽缸磨損導致的。

（2）由于汽缸壓縮力降低，不但柴油燃燒不完全，柴油發(fā)電機排氣冒煙；而且功率下降，啟動(dòng)性能、加速性能和負荷性能變壞。

（3）柴油發(fā)電機排氣冒藍煙，甚至竄機油，機油消耗率明顯增加。又由于柴油燃燒不完全，不但柴油消耗率顯著(zhù)增加，而且殘余柴油從活塞環(huán)與汽缸套之間內漏，導致稀釋機油。

2、汽缸磨損的具體原因

（1）潤滑油濾清器濾清效果差，含有大量硬質(zhì)顆粒的潤滑油使汽缸套內壁磨損加劇。

（2）空氣濾清器濾清效率低，空氣中所含的塵土和沙粒，導致汽缸磨損。

（3）長(cháng)時(shí)間低溫運轉，造成燃燒不良，引起電化學(xué)腐蝕。

（4）經(jīng)常使用劣質(zhì)潤滑油，汽缸磨損量比正常值大1～2倍。

（5）汽缸套安裝位置不當，汽缸中心線(xiàn)和曲軸軸線(xiàn)不垂直，會(huì )造成汽缸套非正常磨損。

（6）連桿彎曲變形，若不及時(shí)校正而繼續使用，也會(huì )加速汽缸套的磨損。

3、預防措施

（1）不要在低溫時(shí)頻繁啟動(dòng)。初次啟動(dòng)時(shí)，應先使柴油發(fā)電機空轉幾圈，待摩擦表面得到潤滑后再啟動(dòng)。啟動(dòng)后應怠速運轉升溫，嚴禁猛轟油門(mén)，待機油溫度達到40 ℃時(shí)再起步。

（2）正確選用潤滑油。要嚴格按季節和柴油發(fā)電機性能要求選用最佳黏度值的潤滑油，不可隨意購用劣質(zhì)潤滑油，并經(jīng)常檢查和保持潤滑油的數量與質(zhì)量。

（3）加強濾清器的保養，避免空氣、燃油、潤滑油中的磨料粒子進(jìn)入汽缸中。

（4）保持柴油發(fā)電機正常工作溫度80～90 ℃，水溫低于50 ℃以下時(shí)進(jìn)行負荷作業(yè)與90 ℃水溫時(shí)相比，汽缸壁的磨損量是90 ℃時(shí)的3～4倍，過(guò)高容易引起粘缸，同時(shí)加劇活塞環(huán)、活塞的磨損量，嚴重時(shí)燒機油，引起機油的消耗量增多。

（5）提高保修質(zhì)量。柴油發(fā)電機大修時(shí)，要嚴格檢查校正曲軸、連桿的彎曲度。汽缸安裝時(shí)，要使用專(zhuān)用的安裝工具，緩慢的將缸套完全壓裝到缸體內，使臺肩與缸體止口上平面緊密貼合，不允許使用手錘用力猛砸。

 

總結：

      汽缸是柴油發(fā)電機核心部件之一，汽缸與活塞環(huán)是一對摩擦副，長(cháng)期工作過(guò)程中磨損是不可避免的。柴油發(fā)電機是否需要進(jìn)行大修，主要看汽缸的磨損程度。我們所要做的工作是預防汽缸非正常磨損的發(fā)生，或讓其磨損的速度變慢。從汽缸結構特點(diǎn)出發(fā)，分析汽缸非正常磨損的原因，以做好預防工作，對提高柴油發(fā)電機的使用經(jīng)濟性有十分重要的意義。

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