技術維修與康明斯知識

拆卸與裝配康明斯柴油機氣門座圈的方法

 

引言：柴油發電機的氣門座圈在工作中因承受了高溫、高壓氣體侵蝕和連續沖擊載荷的作用，其工作錐面容易出現麻點、凹坑、金屬剝落、磨損變寬等現象，從而造成氣門關閉不嚴、缸壓下降、柴油發電機動力不足等故障。當氣門下沉量超差或氣門底座損壞時，必須更換氣門座圈，本文為你講解正確拆卸與裝配氣門座圈的方法。

 

一、氣門座圈作用和結構

 

      汽缸蓋上的進、排氣道與氣門錐面相接合的部位稱為氣門座圈。氣門座圈的錐角與氣門錐角相同，一般也是30°或45°。氣門座的錐角是與氣門錐角相適應的，以保證二者緊密座合，可靠地密封。氣門座的錐面由三部分組成。氣門座圈與氣門頭部密封錐面配合密封汽缸，氣門頭部的熱量經過氣門座傳出去，同時它還起到導向作用。

1、氣門座的錐角

      氣門座的錐角，如圖1所示。45°(或30°)的錐面是與氣門工作錐面相座合的工作面，其寬度b通常為1～3mm。過寬時，單位座合壓力減小，且易堆積雜物，密封可靠性差；過窄時，面積小，氣門頭散熱能力差。這一錐面應與氣門工作錐面的中部附近相座合。15°和75°錐角便是用來修正工作錐面的寬度和上下位置的，以使其達到規定的要求。

2、氣門干涉角

      為了減小氣門錐角和氣門座錐角之間的接觸面積，提高單位壓力，加快磨合速度，提高密封性，一般情況下，在制造時控制氣門的錐角比氣門座的錐角小0.5°～1.0°,這個角稱為氣門干涉角，如圖2所示，氣門干涉角還可以擠出氣門錐角和氣門座錐角之間的夾雜物，即具有自潔作用；在氣體壓力作用下產生彈性變形時，可趨向全錐面接觸，即隨氣體壓力的增加，單位壓力變化較小。如果干涉角相反即產生負干涉角時，便將起相反作用，能防止加工時出現負干涉角。若產生負干涉角，除前述相反作用外，還使氣門暴露在熾熱燃氣中的受熱面積增加，使氣門的熱負荷增加。上述諸作用中，提高密封能力和加速磨合是主要的，隨著走合期的結束，干涉角也逐漸自行消除，恢復了全工作面接觸。

 

圖1  柴油機氣門座的錐角示意圖

圖2  柴油機氣門座的干涉角示意圖

 

3、氣門座圈的結構形式

      氣門座圈的結構形式主要分為整體式和鑲嵌式兩種。

（1）整體式

      結構外形如圖3所示，整體式氣門座圈在缸蓋或缸體上直接鏜出，這種形式修復困難，且不經濟。

（2）鑲嵌式

      現代柴油機上更多采用的是鑲嵌式結構，外形如圖4所示。鑲嵌式汽缸套可以節省材料，提高使用壽命，便于更換修理。大多數發動機的氣門座是用耐熱合金鋼或合金鑄鐵單獨制成座圈，然后壓入汽缸蓋(體)中。鑲嵌式結構氣門座一般都采用較好的材料，如合金鑄鐵、奧氏體鋼等。鑲嵌式氣門座導熱性差，加工精度要求較高，如果裝配不當，會發生松脫或與缸蓋配合不好。

 

圖3  整體式氣門座.

圖4  鑲嵌式氣門座圈

 

 

 

二、氣門座圈常見磨損原因

 

1、磨損原因

（1）承受力過大

      在發動機工作中，氣門座承受較大的往復沖擊負荷，氣門與氣門座圈貼合的地方受到了持續性大量的碎屑或粉塵的撞擊磨損導致氣門座圈磨損直至消失。經過一段時間的使用，就會出現氣門下陷量增大、密封不嚴等現象。當氣門座圈工作錐面上邊緣低于缸蓋平面（頂置氣門）或低于氣缸體平面1.50mm，或裝入的氣門頂平面低于氣門座頂面0.50mm時，即應更換。

（2）高溫、高壓及干摩擦

      當發動機工作時，氣門座圈與氣門始終處于高溫、高壓、干摩擦狀態中，氣門座圈還要受到氣門工作錐面的長期撞擊，氣門座圈工作錐面會出現裂紋、殘缺、斑點、腐蝕、孔洞和嚴重的燒損。這些缺陷不能修復時，應重新鑲換氣門座圈。

（3）氣門座圈松動

      氣門座圈與其座孔配合不當時，座圈就會松動，在它本身重量的作用下自然脫落。座圈脫落后如發現較遲，脫落的座圈破碎后導致氣門頭部折斷，致使活塞破裂和氣缸蓋燃燒室開裂而報廢。因此，一經發覺，即應更換。 

（4）進氣道有異物

 

三、氣門座拆卸

 

1、拆卸工具

（1）氣門座拆卸器

      一種康明斯公司生產的發動機專用工具，用于從缸蓋中拆卸氣門座而不會損壞缸蓋氣門座。工具號：排氣門為3376617（如圖2）；進氣門為3377396（如圖3）。

 

圖2 排氣門座拆卸器（工具號3376617）

圖3 進氣門座拆卸器（工具號3377396）

 

（2）采用拉拔器

      氣門座拆除前，應對進氣門座的軸向高度進行測量（如圖4所示）；如不符合規定，需要拆除氣門座圈再進行檢查或更換。

      氣門座圈拉拔器是一種專用工具，如圖4所示，可自制。它拆卸效率高、不會損壞缸蓋。

      先在氣門座圈內圓面上攻制螺紋，然后將相應尺寸的螺紋桿旋入氣門座圈，在確保氣門座圈和螺紋桿垂直的情況下，用鐵錘輕輕敲擊螺紋桿，直至拔出氣門座圈。采用拉拔法基本上都會改變氣門座圈底孔尺寸，尺寸改變量取決于拉拔工具的拉拔方式及其用力方式。

 

圖4  氣門座圈測量工具

圖5  氣門座圈拉拔器示意圖

 

 

2、拆卸方法

（1）砸出法

      如用專業工具仍不能取出座圈，則可采取下述方法取出：將舊氣門頭部用砂輪磨得比氣門座略小，然后將氣門和座圈焊接在一起，最后用錘子將氣門和座圈一起打出。

（2）加熱法

      如銹蝕嚴重或沒有專用工具時，可采取直接加熱座圈（如使用乙炔焊加熱座圈或直接在座圈上堆焊一層金屬等方法使其升溫，待其自然冷卻收縮后撬出。

① 電焊加熱法

      即采用電焊設備用焊條對氣門座圈加熱，以達到破壞氣門座圈與氣門座圈底孔過盈配合的目的。通常的做法是用焊條沿氣門座圈的內表面連續均勻點焊，當氣門座圈被加熱發紅時，立即在氣門座圈上澆上冷水，此時氣門座圈通常會斷裂。采用此法不宜對氣門座圈加熱時間過長，一般以氣門座圈被加熱到發紅為止。

② 感應加熱法

      感應加熱是利用電磁感應原理將工頻電源變換成特定頻段的電源從而加熱金屬材料的一種方法。感應加熱系統主要由感應線圈、交流電源和工件組成。感應線圈中的交變電流使氣門座圈產生電渦流，從而達到加熱氣門座圈的目的。試驗證明，采用感應加熱設備對氣門座圈加熱3—6s，可輕松將氣門座圈從氣缸蓋中取出，氣門座圈底孔尺寸及周圍鑄鐵的金相組織沒有任何變化。采用此法也不宜對氣門座圈加熱時間過長，否則可能會改變氣門座圈底孔周圍鑄鐵的金相組織。

（3）切削法

      即在機床上用刀具將氣門座圈切削掉。由于氣門座圈被切削到較薄時，氣門座圈收縮并與氣門座圈底孔失去過盈配合，在切削力的作用下氣門座圈與刀具一起回轉，結果可能會導致氣門座圈底孔的尺寸變化，圓度不滿足技術要求。因此，采用此法拆除氣門座圈時，為確保氣門座圈與氣門座圈底孔良好的過盈配合，一般都需要用刀具擴大氣門座圈底孔尺寸，同時采用相應加大外徑尺寸的氣門座圈與之配套使用。

 

三、裝配

 

      在裝配新氣門座圈時，要測量確認座圈孔與座圈之間的配合是否符合要求。一般情況下，進氣門座圈與座圈孔的過盈量為0.075～0.12mm，排氣門的為0.10～0.16mm。鑲入座圈后的端面低于缸蓋平面的尺寸也應符合要求，否則應修整座圈高出部分。氣門座圈的材料為耐熱鑄鐵，如直接安裝，往往會將座圈砸裂或鑲不到位，損傷座孔。為避免機件損壞，可采取以下兩種方法。

1、冷縮法

      有條件的可將座圈放入-196℃的液氨中保持15～20s，而后迅速放入座圈孔內。如無條件，則可將座圈置于-30℃的冷柜內保持2h以上，取出后迅速裝入座圈孔即可。

2、加熱法

      可加熱座圈孔到100～180℃，再墊以軟金屬迅速將座圈壓入座圈孔內。加熱時最好對缸蓋整體加熱，以防缸蓋受熱變形。

 

圖6  氣門座圈外形圖

圖7  氣門座圈安裝位置圖

 

 總結：

      氣門座圈一旦磨損就會有不同程度的發動機故障問題出現，所以想要成功避開故障，而且能夠保持良好的施工狀況，那么平時挖掘機的保養工作一定不能懈怠，尤其是對濾芯這類保養件，更換一定要及時，另外也要注意選用有質量保障的保養件。

 

 

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