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故障檢修與技術(shù)維護 |
活塞環(huán)和銷(xiāo)孔的磨損檢查、鉸削及維修方法 |
摘要：活塞組件是保持燃燒室良好密封的關(guān)鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復運動(dòng)，以帶動(dòng)曲軸旋轉。因此，在柴油機各運動(dòng)機件中，活塞和活塞環(huán)是最容易磨損的零件之一，活塞銷(xiāo)是受力最大的零件之一。因此，不管是什么級別的修理，只要分解到活塞組件，均需進(jìn)行一般性檢查，以判斷活塞組件技術(shù)狀態(tài)是否完好，要不要更換。測量部位包括測深孔內徑、小孔內徑、窄槽寬度、外徑、槽寬、兩孔距、深度、厚度、圓度、錐度、同軸度、直線(xiàn)度、平面度、平行度、垂直度、通氣度和密封性等。
一、活塞組件的一般性檢查
活塞和活塞環(huán)是保持燃燒室良好密封的關(guān)鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復運動(dòng)，以帶動(dòng)曲軸旋轉。因此，在柴油機各運動(dòng)機件中，活塞和活塞環(huán)是最容易磨損的零件之一。因此，不管是常規檢查、保養，還是中修或大修，只要分解到活塞組件，均需進(jìn)行一般性檢查，它主要有以下幾個(gè)方面。
1、活塞組件的分解
按照分解順序拆下氣缸體后，可從柴油機上取下活塞連桿組，如圖1所示。首先用尖嘴鉗施力夾住活塞銷(xiāo)擋圈槽內的擋圈，將其取出。然后用螺絲刀或尖嘴鉗從另一個(gè)方向推出活塞銷(xiāo)，小心取出活塞，此時(shí)要細心，不要損壞活塞的工作表面。通常情況下，活塞銷(xiāo)能被輕輕推出。如果活塞銷(xiāo)由于銷(xiāo)孔變形等原因難以取出時(shí)，不要用錘子施力沖擊，更不能向連桿施加橫向力，避免造成連桿彎曲變形。正確的方法是：先用干凈的布頭墊在活塞下面，防止活塞銷(xiāo)擋圈等零件掉入曲軸箱內，然后用活塞銷(xiāo)專(zhuān)用拆卸工具頂出活塞銷(xiāo)。倘若沒(méi)有活塞銷(xiāo)專(zhuān)用拆卸工具，可在被頂出的一側持一適當工具預先頂在活塞銷(xiāo)座處，再用小圓桿頂住活塞銷(xiāo)，用手錘輕輕敲擊活塞銷(xiāo)，直至其脫離活塞銷(xiāo)孔。
輕輕張開(kāi)活塞環(huán)開(kāi)口，直至活塞環(huán)內圈大于活塞外徑，從開(kāi)口的相反方向取出第一和第二道活塞環(huán)。因為活塞環(huán)材料較脆容易折斷，所以操作時(shí)要謹慎，最后取出油環(huán)組件?；钊h(huán)組件是重要的運動(dòng)摩擦副零件，應注意配對存放。
3、清除活塞表面積碳
活塞組件分解后，根據不同情況分別予以清洗或清潔處理?；钊敳坑蟹e碳，需要用不尖銳的竹器刮片或非金屬刮片小心去除，有條件時(shí)，可用專(zhuān)用清洗劑清洗?；钊h(huán)槽內的積碳，可使用同機型的廢舊活塞環(huán)清除，但注意不要劃傷活塞表面。
4、檢查活塞表面的磨損情況
檢查活塞外表面是否有擦傷和劃痕。如果活塞裙部呈白色，說(shuō)明該活塞磨損較輕微，可以繼續使用。倘若活塞表面有淺皮或輕微劃傷，而裙部有1/3處呈黑色，其表面有絲縷狀的磨痕，可用400”砂紙研磨修復，再測量其它相關(guān)尺寸，沒(méi)有超過(guò)使用極限尺寸后，可以繼續使用。如果活塞裙部有1/2以上呈黑色，則表明活塞磨損嚴重，應修理或更換。
檢查活塞環(huán)槽是否有偏磨，如果磨損嚴重，則予以更換。同時(shí)還應注意檢查油環(huán)槽內的回油孔是否通暢。因為，如油環(huán)刮下來(lái)的潤滑油不能通過(guò)環(huán)槽內的回油孔下泄，就會(huì )造成潤滑油上竄導致燒機油故障。否則，用高壓空氣清掃。
5、檢測活塞直徑
將活塞平放在工作臺面上，持千分尺在與活塞銷(xiāo)呈90°方向的活塞裙部下端的指定位置測定活塞外徑，如圖2所示。對于活塞裙部的指定位置，應參照各機型柴油發(fā)電機使用維修手冊的規定。測量完活塞直徑后，再計算氣缸直徑尺寸，小于使用極限值必須予以更換。與活塞的配合間隙若大于使用極限值，應更換或修理。
6、檢測活塞環(huán)閉口間隙
用活塞頭部將活塞環(huán)推入氣缸中，并保持活塞環(huán)的水平狀態(tài)（應裝在磨損量最小的氣缸下部）。持塞尺片測量活塞環(huán)的閉口間隙，如果大于使用極限值，應予以更換。
7、檢查活塞銷(xiāo)孔
持內徑百分表測量活塞銷(xiāo)孔的內徑。測量時(shí)，應在x、y方向上測量，將測量的最大值作為活塞銷(xiāo)孔的內徑，若大于使用極限值，應予以更換。
8、檢測活塞銷(xiāo)外徑
在活塞銷(xiāo)和連桿小頭摩擦的3個(gè)不同位置，如圖3所示；測量活塞銷(xiāo)的外徑，如圖4所示。如果小于使用極限值，應更換活塞銷(xiāo)。測量時(shí)，活塞銷(xiāo)孔的內徑尺寸減去活塞銷(xiāo)的外徑尺寸即可得出其配合間隙的大小，若超過(guò)使用極限值，應更換。此外，在測量四沖程柴油機活塞銷(xiāo)外徑時(shí)，應結合測量連桿小頭孔的尺寸，將連桿小頭孔的內徑減去活塞銷(xiāo)的外徑，即可得出配合間隙。如果超過(guò)使用極限值，應更換。
9、檢查活塞銷(xiāo)擋圈
一般情況下，擋圈使用一次后，再次裝配時(shí)應更換。如果手中沒(méi)有需要更換的配件，可以通過(guò)觀(guān)察擋圈在自由狀態(tài)下的直徑及是否變形等情況，倘若自由狀態(tài)下的直徑大于活塞銷(xiāo)孔直徑3mm以上，且擋圈四周沒(méi)有明顯的變形和擠壓傷痕等缺陷，可以繼續使用，否則應更換。
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圖1 活塞組件拆卸示意圖 |
圖2 活塞外徑測定方法（千分尺） |
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圖3 活塞銷(xiāo)外徑測量示意圖 |
圖4 活塞銷(xiāo)外徑和長(cháng)度測量位置點(diǎn) |
二、活塞的常規修理
對于在以上檢查過(guò)程中不符合技術(shù)要求的零件，有的已經(jīng)損壞，需要更換。而有的沒(méi)有完全損壞，但也沒(méi)有達到使用極限值，可以根據情況適當修復。
1、活塞的修磨
有部分活塞由于柴油機吸入了少量的灰塵和細微雜質(zhì)，使其裙部和氣缸內壁產(chǎn)生了輕微的拉毛和擦痕，測量活塞裙部尺寸沒(méi)有超過(guò)使用極限值，可用600～800*的砂紙摩擦修整。
2、活塞銷(xiāo)孔的鉸削
活塞銷(xiāo)分為全浮式和半浮式兩種結構，其位置如圖5所示。如果活塞銷(xiāo)孔經(jīng)過(guò)測量已經(jīng)磨損過(guò)量，新的活塞銷(xiāo)放進(jìn)去松曠，說(shuō)明該活塞已經(jīng)不能繼續使用，測量方法如圖6所示。由于部分制造廠(chǎng)生產(chǎn)的活塞配件，銷(xiāo)孔留有一定的加工余量。當更換新活塞時(shí)，應先用活塞銷(xiāo)試配一下，在確認活塞銷(xiāo)孔需鉸削后，可按以下工藝流程進(jìn)行鉸削：
（1）根據活塞銷(xiāo)孔的實(shí)際尺寸，選擇合適規格的活絡(luò )鉸刀，以保證兩孔的同軸度。將活絡(luò )鉸刀夾在臺鉗上，調整鉸刀，使刀片上端露出活塞銷(xiāo)孔，最好用0～25 mm的外徑千分尺測量鉸刀的最大刃口，以便于控制其鉸削量。
（2）鉸削時(shí)，兩只手扶穩活塞均勻輕壓施力，按順時(shí)針?lè )较蛐D。當活塞銷(xiāo)下方與刀片下端接近平齊時(shí)，兩手仍按順時(shí)針?lè )较虺?zhù)上方同時(shí)提起，使活塞從鉸刀脫出，避免鉸偏或起棱。調換活塞方向，重鉸一次。一般每次的鉸削量以0.02～0.04 mm（鋁合金活塞）為宜。然后，將活絡(luò )鉸刀上的調整螺母旋轉60°~90°，為防止鉸削量過(guò)大，應用活塞銷(xiāo)試配，當接近配合要求時(shí)，鉸削量要減小。只要用手指能將活塞銷(xiāo)推到銷(xiāo)孔的1/3處時(shí)，則停止鉸削。
（3）對銷(xiāo)和孔是過(guò)渡配合的活塞，在鉸削完后，還應熱裝試驗。先測量活塞的裙部尺寸，然后將活塞放入機油中加熱到100~120℃，并保溫15 min左右，取出活塞迅速將活塞銷(xiāo)裝入銷(xiāo)孔中，待零件完全冷卻后，再次測量活塞裙部尺寸的變化情況，其活塞裙部的圓度不得大于0.03mm。若超過(guò)，均屬配合過(guò)緊，可再略加鉸削。銷(xiāo)和孔為過(guò)渡配合的，裝配時(shí)，應將活塞加溫至80℃左右，再裝入活塞銷(xiāo)。
3、檢修活塞銷(xiāo)
如果活塞銷(xiāo)外表沒(méi)有任何傷痕和磨損痕跡，只要測量其外徑不超過(guò)使用極限值，均可繼續使用，常用機型的活塞銷(xiāo)尺寸見(jiàn)表2。對部分外表有輕微拉傷或燒傷痕跡的活塞銷(xiāo)，可以用800*細砂紙輕輕打磨，且邊旋轉邊打磨，直至燒傷痕跡消失。如果經(jīng)過(guò)修磨不能消除傷痕，只有更換新的活塞銷(xiāo)。
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圖5 柴油機活塞銷(xiāo)和銷(xiāo)孔位置圖 |
圖6 活塞銷(xiāo)孔徑和外徑、間隙測量 |
三、活塞環(huán)檢修
1、銼修活塞環(huán)端口
活塞環(huán)是運動(dòng)摩擦副零件，如果已經(jīng)超過(guò)使用極限值，必須更換。通?；钊h(huán)除了有標準尺寸外，有的生產(chǎn)廠(chǎng)家提供了加大級的修理尺寸，每一級加大0.25 mm，其尺寸標準一般都在包裝盒內。經(jīng)過(guò)鏜缸修理的氣缸，應選用同一級別的活塞環(huán)與之相配合。若是更換新環(huán)，要檢查端口間隙。如果閉口間隙太小，柴油機工作時(shí)受熱膨脹，其開(kāi)口部分可能會(huì )頂到一起，極易導致漲缸故障。因此，當檢查到閉口間隙不符合該機型使用說(shuō)明書(shū)標準值時(shí)，要銼修端口，其操作方法，如圖7所示，在銼修過(guò)程中必須經(jīng)常檢查，防止端口間隙過(guò)大。常用機型活塞環(huán)開(kāi)口間隙可參考使用說(shuō)明書(shū)。通常情況下，活塞環(huán)的最小開(kāi)口間隙取值為0.0038×D（D為氣缸直徑），使用極限值為（0.0038×D）×2.5。經(jīng)過(guò)銼修的開(kāi)口應平整，開(kāi)口合攏不能有偏斜的現象，更不允許有外喇叭口。銼修后，應去掉端口間的毛刺，并作0.2～0.3 mm的圓弧倒角。
2、檢測環(huán)槽側隙
銼修好的活塞環(huán)經(jīng)清洗干凈后，還必須檢查活塞環(huán)的側隙磨損量是否符合標準，如圖8所示。先將活塞環(huán)放在環(huán)槽內作四周轉動(dòng)，在不發(fā)卡、不呆滯的情況下，用塞尺規測量其間隙。
修理發(fā)電機組時(shí)，如果說(shuō)明書(shū)沒(méi)有詳細說(shuō)明，一般可用經(jīng)驗值作為參考?；钊h(huán)和活塞環(huán)槽的經(jīng)驗值為：缸徑≤60mm，水冷機取≤0.03 mm，風(fēng)冷機取≤0.04mm，使用極限值為0.10mm；缸徑≥60mm，水冷機取≤0.04 mm，風(fēng)冷機取≤0.05 mm，使用極限值為0.12 mm。如果活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間最寬處和最狹處相差大于0.05mm時(shí)，說(shuō)明環(huán)槽已嚴重變形，應更換活塞。
如活塞環(huán)在清潔的環(huán)槽內轉動(dòng)時(shí)有發(fā)卡現象，或測量其側隙小于0.02 mm時(shí)，應修磨。修磨時(shí)，可將活塞環(huán)放在鋪有400*～600*細砂紙的平板上，用手均勻施壓，往復運動(dòng)和旋轉運動(dòng)相結合，運動(dòng)軌跡呈“8”字形，且邊磨邊轉動(dòng)活塞環(huán)的方向，同時(shí)過(guò)一會(huì )兒要測量一下環(huán)的高度，避免磨得過(guò)多，直至符合標準值為止。
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圖7 柴油機活塞環(huán)端口銼修 |
圖8 柴油機活塞環(huán)槽磨損示意圖 |
四、活塞組件的針對性檢查
針對性檢查，是指柴油機出現故障或懷疑存在某種故障時(shí)，對其總成或分解后進(jìn)行的針對性檢查。
1、活塞壓縮高度的檢測
由于各型柴油機的壓縮比和承載的熱負荷不同，即使是直徑相同的活塞，在相關(guān)尺寸上也是有差別的。其中，活塞的壓縮高度是活塞零件中的一個(gè)重要尺寸，它會(huì )影響柴油機的壓縮比和點(diǎn)火提前角。因此，更換活塞時(shí)一定要測量活塞的壓縮高度。
2、檢查活塞頭部跳動(dòng)
活塞頭部一般比活塞裙部小約0.3～0.4 mm，主要是考慮到活塞頂部燃燒膨脹溫度較高的緣故。如果活塞頭部相對于裙部跳動(dòng)過(guò)大，會(huì )引起活塞在換向時(shí)與氣缸壁相碰，從而引發(fā)異響。為此，應利用活塞下部的定位止口測量。
在活塞的結構中，活塞裙部的下口有一個(gè)車(chē)出的止口，這是活塞加工的基準?？绍?chē)制一個(gè)平行塊規連同活塞件靠在一垂直塊的側面，將磁性百分表擱在活塞頭部（即第一道活塞環(huán)槽以上的外圓面）的最高點(diǎn)上不動(dòng)，此時(shí)用手轉動(dòng)平行塊規（連同活塞）1周以上，并注意觀(guān)察百分表指針的讀數值。若活塞頭部的跳動(dòng)值超過(guò)0.05 mm，則說(shuō)明該活塞明顯存在加工缺陷，應予以更換。
3、檢測活塞壁厚
活塞裙部是緊靠氣缸壁上下運動(dòng)的，因此，要求活塞裙部的兩側面的壁厚均勻（相差不超過(guò)0.20 mm）。這樣，柴油機工作后，活塞裙部緊靠氣缸壁兩側的熱膨脹才會(huì )保持一致。測量時(shí)，可以使用游標卡尺測量。
4、檢測活塞頂部厚度
活塞的頂部厚度是承受燃燒爆炸壓力的部位，其頂部厚度尺寸非常重要，如果厚度尺寸過(guò)小，活塞頂部極易在高溫、高壓環(huán)境下受熱膨脹變形。測量時(shí)，可以利用活塞銷(xiāo)孔為中心測量，有條件時(shí)，車(chē)制一個(gè)中間帶孔（便于游標卡尺的測量爪伸入）的平行塊規測量。用活塞的總高度減去活塞底部至活塞頂內腔的尺寸，就可得到活塞頂的厚度。如果活塞頂厚度小于2.5 mm，最好不要裝配使用。其步驟是使用活塞環(huán)槽磨損量規（零件號 3824846）和152 至177mm的千分尺檢查頂部環(huán)槽（壓縮環(huán)）。當活塞溫度在 21°C時(shí)，分別在相隔 90 度的兩個(gè)位置測量頂部和第二環(huán)槽（跨棒距法），如圖9所示。
5、檢測活塞環(huán)槽寬度和底徑（即深度）
在柴油機工作過(guò)程中，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽上下兩側面相接觸，如果環(huán)槽過(guò)寬或過(guò)窄，都會(huì )對活塞環(huán)的自由運動(dòng)和密封性能產(chǎn)生一定的影響。而活塞環(huán)在作徑向運動(dòng)時(shí)，其活塞環(huán)槽的底徑與活塞環(huán)的內徑又必須留有一定的間隙（即活塞環(huán)的背隙）。因此，應對活塞環(huán)槽的寬度和底徑分別測量。
（1）檢測活塞環(huán)槽寬度
可用一新活塞環(huán)插入所要檢測的活塞環(huán)槽內。然后持塞尺片插入活塞環(huán)與環(huán)槽之間，檢測其間隙，如圖10所示。如果測量的側隙過(guò)大，說(shuō)明活塞環(huán)槽寬度磨損嚴重，已超過(guò)使用極限值，應更換活塞。
（2）檢測活塞環(huán)槽底徑（即深度）
由于活塞環(huán)槽寬度只有1 mm，一般測量卡尺伸不進(jìn)去，可將活塞環(huán)外圓嵌入活塞環(huán)槽底部，活塞環(huán)沉入環(huán)槽內的數值即為其背隙，氣環(huán)背隙值為DK+0.5，油環(huán)背隙值為DK+1.5。其中，D為氣缸直徑；K為常數，鋁合金活塞取0.006、鑄鐵活塞取0.004?？紤]到實(shí)際測量比較困難，建議找一段長(cháng)度約為150 mm的電線(xiàn)，剝去外皮，取電線(xiàn)中間的線(xiàn)徑為活塞環(huán)背隙值相近的銅芯線(xiàn)（約0.40～50mm），一頭彎成與活塞環(huán)槽底徑相同的圓弧狀，先墊在環(huán)槽內。然后，將活塞環(huán)外圓抵到預先墊在環(huán)槽內的銅芯線(xiàn)上，如果環(huán)的內側面正好與活塞外圓面相平，測量墊在環(huán)槽內的銅芯線(xiàn)尺寸即可。倘若環(huán)的內側面高于活塞外圓面，可取出環(huán)槽內的銅芯線(xiàn)，用小錘輕輕均勻拍打，使銅芯線(xiàn)直徑變細，測量其直徑后，放入環(huán)槽內，再按以上方法檢驗，直至環(huán)的內側面與活塞外圓面正好齊平。如果檢查結果正常，還需將活塞環(huán)沿著(zhù)活塞環(huán)槽的四周滾動(dòng)一圈，如發(fā)現其背隙值有大有小，即可判定為活塞環(huán)槽底徑與裙部外徑不同心。若活塞環(huán)與環(huán)槽的背隙值差超過(guò)0.30mm，應更換活塞。
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圖9 柴油機活塞環(huán)槽測量 |
圖10 活塞環(huán)油環(huán)槽寬度測量 |
總結：
在柴油機各運動(dòng)機件中，活塞和活塞環(huán)（氣環(huán)、油環(huán)）是最容易磨損的零件之一，活塞銷(xiāo)是受力最大的零件之一。因此在柴油機活塞組件更換時(shí)一定要進(jìn)行相關(guān)的檢測，根據判定標準進(jìn)行判斷是否需要更換相關(guān)組件。另外，售后維修出現的故障現象往往十分復雜，應由簡(jiǎn)單到復雜的邏輯進(jìn)行排查和維修，從而節約維修時(shí)間，提高維修效率。
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