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柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧斷裂癥狀與原因 |
摘要:氣門(mén)彈簧在柴油機(jī)工作時(shí)承受扭力,所以在氣門(mén)彈簧圓截面上的應(yīng)力分布是不均勻的,從近中心的原點(diǎn)到邊緣各點(diǎn),應(yīng)力逐漸遞增,表面所受的應(yīng)力最大,就表面各點(diǎn)而言,正內(nèi)側(cè)表面承受的應(yīng)力最大,且受平面應(yīng)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(yīng)力集中,從而導(dǎo)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(xù)而雜亂的金屬敲擊聲,例如,在中間氣門(mén)室內(nèi)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(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生氣門(mén)桿尾端與其驅(qū)動(dòng)件之間發(fā)生連續(xù)不斷的敲擊聲,隨轉(zhuǎn)速增大而增強(qiáng),發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)荷、低轉(zhuǎn)速時(shí)較為明顯,響聲隨負(fù)荷增加而增強(qiáng),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(yán)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(nèi)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(nèi)。
4、發(fā)生異響
因氣門(mén)彈簧折斷,側(cè)置式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然氣門(mén)不會(huì)掉入缸內(nèi),但氣門(mén)不能打開(kāi),不能進(jìn)、排氣,并且發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)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(dá)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(jī)的轉(zhuǎn)速有很大關(guān)系,因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)高或超出了氣門(mén)彈簧的臨界速度,就可使彈簧內(nèi)部發(fā)生極高的危險(xiǎn)應(yīng)力而造成折斷。為了防止這種情況的發(fā)生,有些農(nóng)用車(chē)氣門(mén)彈簧各圈間的距離略有不同,稱(chēng)為非等節(jié)距彈簧,一端圈間距較密,在安裝時(shí)應(yīng)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(shù))彈簧、雙重氣門(mén)彈簧也可避免劇烈振動(dòng)現(xiàn)象(稱(chēng)為共振現(xiàn)象)的發(fā)生。
2、彈簧表面缺陷
因保管不當(dāng), 如庫(kù)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(dāng)彈簧承受較大扭力時(shí),在腐蝕坑處易引起應(yīng)力集中,使氣門(mén)剛度增大,最終導(dǎo)致彈簧疲勞斷裂。
3、彈簧中心線歪斜
氣門(mén)彈簧的2個(gè)端面若與彈簧中心線不垂直,則彈簧長(zhǎng)期在高速下工作,其金屬材料易因疲勞而斷裂。
4、氣門(mén)導(dǎo)管竄動(dòng)或凸輪軸軸承松動(dòng)
使用中,若發(fā)生氣門(mén)導(dǎo)管竄動(dòng)現(xiàn)象,極有可能導(dǎo)致氣門(mén)彈簧在被壓縮時(shí)因受彎曲應(yīng)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(dāng)
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中若轉(zhuǎn)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(dǎo)致其疲勞斷裂。
6、錯(cuò)誤安裝
裝配氣門(mén)彈簧時(shí)有的機(jī)型有特殊要求,例如五十鈴6BBI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)要求將彈簧涂有藍(lán)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(shù)與原廠家設(shè)計(jì)的不同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的角頻率很容易達(dá)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(guī)格,熱處理不當(dāng),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(dǎo)管配合間隙過(guò)大,氣門(mén)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)歪歪斜斜,引起彈簧上下彈跳,使氣門(mén)彈簧內(nèi)應(yīng)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(dǎo)管的膨脹系數(shù)不一樣,從而引發(fā)氣門(mén)在導(dǎo)管內(nèi)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?qū)е碌摹K援?dāng)在運(yùn)轉(zhuǎn)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(cè)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(zhuǎn)一周,測(cè)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(duì)垂直線的傾斜距離為1~1.5mm,若超過(guò)此值最好換用新件。
3、自由長(zhǎng)度和彈力測(cè)量
使用氣門(mén)彈簧壓縮測(cè)試儀(零件號(hào) 3375182)檢查所示測(cè)試高度處的彈簧力和張力。
氣門(mén)彈簧壓縮測(cè)試儀是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)試彈簧彈力大小的裝置,可以由此得知彈簧的自由長(zhǎng)度和彈性。
氣門(mén)彈簧自由長(zhǎng)度測(cè)量 |
||
限值 |
mm |
in |
內(nèi)氣門(mén)彈簧近似自由長(zhǎng)度 |
72 |
2.83 |
外氣門(mén)彈簧近似自由長(zhǎng)度 |
81.7 |
3.22 |
氣門(mén)彈簧彈力測(cè)量 |
|||||
限值 |
mm |
in |
N |
|
lbf |
內(nèi)彈簧 |
46.0 |
1.81 |
205 |
最小 |
46.09 |
/ |
/ |
227 |
最大 |
51.03 |
|
32.0 |
1.26 |
354 |
最小 |
79.58 |
|
/ |
/ |
392 |
最大 |
88.13 |
|
外彈簧 |
51.0 |
2.01 |
402 |
最小 |
90.37 |
/ |
/ |
446 |
最大 |
100.26 |
|
37.0 |
1.46 |
666 |
最小 |
149.72 |
|
/ |
/ |
736 |
最大 |
165.46 |
4、對(duì)比觀察法
當(dāng)現(xiàn)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(yīng)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(tái)虎鉗上壓縮到最小長(zhǎng)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?yàn)閺椈蓛?nèi)部應(yīng)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(qiáng)弱可用對(duì)比法加以識(shí)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(cè)量 |
圖2 氣門(mén)彈簧測(cè)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(jī)氣門(mén)彈簧拆卸圖 |
圖4 柴油機(jī)氣門(mén)桿油封拆卸工具 |
圖5 柴油機(jī)氣門(mén)彈簧座平墊圈拆卸. |
圖6 柴油機(jī)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(jī)機(jī)油。將氣門(mén)安裝到氣門(mén)導(dǎo)管中。
(2)檢查并確認(rèn)氣門(mén)能平穩(wěn)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(biāo)記;進(jìn)氣門(mén)油封上有白色彈簧標(biāo)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。僅允許沿著氣門(mén)桿的軸線敲擊氣門(mén)桿,這樣不會(huì)弄彎氣門(mén)桿。
圖6 柴油機(jī)氣門(mén)密封件安裝圖 |
圖7 柴油機(jī)氣門(mén)彈簧安裝圖 |
總結(jié):
在拆裝柴油機(jī)氣門(mén)機(jī)構(gòu)后,要進(jìn)行調(diào)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(xiàn)不平衡的情況,以免影響發(fā)動(dòng)機(jī)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(jù)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(shè)備,保持作業(yè)區(qū)域的干凈和整潔,以保證柴油發(fā)電機(jī)組的性能和壽命。
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