故障檢修與技術(shù)維護

干式和濕式氣缸套的特點與安裝要求

 

摘要：汽缸套是柴油發(fā)電機重要而又易于損壞的零件，當汽缸工作表面出現(xiàn)拉傷或磨損量超限時，必須進行更換。缸套分為干缸套和濕缸套兩大類。背面不接觸冷卻水的氣缸套叫干缸套，背面和冷卻水接觸的氣缸套是濕缸套，外表面上、下均加工有凸出圓環(huán)以保證徑向定位，壁厚一般為5~9mm。干缸套厚度較薄、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便。濕缸套直接接觸冷卻水，所以有利于發(fā)動機的冷卻，有利于發(fā)動機的小型輕量化。康明斯公司在本文闡述了汽缸結(jié)構(gòu)特點、安裝要求與安裝方法，以提高柴油發(fā)電機的維修質(zhì)量。

一、汽缸套的結(jié)構(gòu)特點

 

      由于氣缸體的材料一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵，為提高耐磨性，有時在鑄 件中加入少量合金元素如鎳、鉬、鉻、磷等，有些氣缸進行了表面處理，如表面淬 火、鍍鉻、磷化等；有的則可從材料、加工精度和結(jié)構(gòu)等方面來考慮。因鋁合金缸體耐磨性不好，必須在氣缸體內(nèi)鑲?cè)藲飧滋祝纬蓺飧坠ぷ鞅砻妗?/span>康明斯汽缸套根據(jù)其外壁是否直接與冷卻水接觸，分為濕式缸套和干式缸套兩種。

1、干式缸套

      如圖1（a）所示，干式缸套外壁不直接與冷卻水接觸。J285T型柴油發(fā)電機即為干式缸套，其缸套厚度為2～4 mm。干式缸套的優(yōu)點是：柴油發(fā)電機機體重量輕，剛度較好，不易發(fā)生漏水現(xiàn)象，缸套可用高級材料制造，有較高的耐磨性。因此在整體式機體中經(jīng)過幾次大修鏜磨后，常鑲?cè)敫墒礁滋?，以恢?fù)汽缸的孔徑。

     干式缸套凸緣頂面高出汽缸體上平面約0.02～0.10 mm，機體座孔與缸套間的間隙為0.021～0.048 mm。當柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)到正常溫度時，汽缸套受熱膨脹而機體座孔由于受冷卻水的冷卻，溫度較低，膨脹小，因此汽缸套的孔壁能緊貼于機體座孔，將熱量傳給冷卻水。但由于加工誤差和缸套、機體在工作中的變形，缸套外壁與機體內(nèi)孔之間的實際接觸面積會小于設(shè)計時的規(guī)定值，使傳熱變差，降低散熱性能。所以缸套內(nèi)外壁必須精確加工，方能保證其緊密配合，然而這又會造成加工和拆裝的困難，這些缺點限制了干式缸套的廣泛使用。

2、濕式缸套

     如圖1（b）所示，濕式缸套的汽缸體上無封閉的水套夾層，缸套外表面直接與冷卻水接觸。濕式缸套壁厚約為5～9 mm。汽缸套的上端有凸緣，為缸套安裝起定位作用。將缸套裝入汽缸體后，缸套凸緣頂面高出汽缸體上平面約0.06～0.16 mm，在缸蓋螺栓壓緊下使凸緣的下端面與機體缸套座孔的上端面緊密貼合；凸緣上端面則與汽缸蓋下端面（中間加有汽缸墊）緊密貼合，以保證汽缸墊壓緊后在燃燒室四周產(chǎn)生較高的壓緊力，密封住汽缸和冷卻水腔。

    汽缸套外圓有下定位面和上定位面，上定位面直徑略大，下定位面有兩道環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)裝有橡膠封水圈，封水圈具有彈性，其外徑略大于座孔直徑，以便安裝后產(chǎn)生彈性形變而將汽缸套定位面與座孔之間的間隙密封，阻止冷卻水漏入曲軸箱。所以選用封水圈時要注意其尺寸，不宜過小也不能過大，以免密封不嚴而引起漏水，或因裝入座孔時過盈量太大，使其體積難以壓縮而引起缸套變形;同時還要注意在壓裝后應(yīng)保持封水圈平整性，不能扭曲變形。若發(fā)現(xiàn)損壞或安裝位置不當，要及時更換、修正，以防冷卻水滲漏至油底殼。

    濕式缸套的優(yōu)點是散熱性能好，簡化機體的制造工藝，拆裝方便。其缺點是冷卻水腔密封困難，柴油發(fā)電機機體常見有漏水故障，且冷卻水對缸套外壁腐蝕嚴重。濕式缸套根據(jù)結(jié)構(gòu)又可分為槽頂缸套、平頂缸套和帶工廠墊片缸套，如圖2所示。

圖1 干式和濕式氣缸套的區(qū)別

圖2  柴油機氣缸套類型識別

 

 二、干式和濕式缸套優(yōu)缺點

 

1、干式缸套

      背面不接觸冷卻水的氣缸套叫干缸套。濕式氣缸套的生產(chǎn)執(zhí)行標準為GB/T1150-2010，本標準適用于氣缸套直徑小于或等于200mm的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機濕式鑄鐵氣缸套。

（1）優(yōu)點：不易漏水漏氣 。

（2）缺點：工藝復(fù)雜散熱不良，而且拆裝不方便。

2、濕式缸套

       背面和冷卻水接觸的氣缸套是濕缸套。干式氣缸套的國家標準為JB/NQ 56.1~56.3-87，通用的干式氣缸套壁厚為4mm。 

（1）優(yōu)點：散熱性能好，冷卻均勻，拆裝比較方便。

（2）缺點：容易漏水，通常下部安裝有1~3道橡膠密封圈。

 

 三、汽缸套檢查

 

1、缸套突出量測量

      對于平頂缸套，所測量的缸套突出量應(yīng)是缸套法蘭高于缸體表面的高度，而與法蘭或防火圈高度無關(guān)。

（1）測量缸套時，缸套必須處于夾緊狀態(tài)。對于耐磨環(huán)缸套，耐磨環(huán)應(yīng)保持安裝狀態(tài)以便為缸套安裝工具壓板定心。

（2）將缸套安裝工具（零件號 3164606）安裝并擰緊到卡箍上。

（3）旋轉(zhuǎn)壓板，直到突出量待測區(qū)域露出。扭矩值：136n•m。

（4）平頂缸套應(yīng)使用深度規(guī)（零件號 3164438）測量夾緊狀態(tài)下的突出量，如圖3所示。

注：拆卸任何缸套前，測量所有六個氣缸。

表1    柴油機各單個氣缸的測量值

 

（5）對每個氣缸進行總共六次測量，排氣側(cè)三次，進氣側(cè)三次，如圖4所示。如果任何一個單獨測量值與其他五個測量值的差異超過上面列出的技術(shù)規(guī)范，或超過上面列出的最小/最大值技術(shù)規(guī)范，參考下面的維修方法。

① 采用上面獲得的測量結(jié)果，計算得到每個氣缸所有六個讀數(shù)的平均值。將平均讀數(shù)應(yīng)用到下列技術(shù)規(guī)范中：

      缸體至缸體之間的測量值：最低缸套和最高缸套之間的差值不能大于 0.102 mm (0.004 in]；相鄰氣缸的最大允許差異為 0.051 mm [0.002 in]。

② 如果缸套平均測量值不符合上述技術(shù)規(guī)范，則參考以下的維修說明：

      拆下所有缸套。檢查所有的缸體沉孔墊片和沉孔臺階有無磨蝕和磨損。，以檢查沉孔臺階表面區(qū)域有無點蝕、磨蝕或磨損的痕跡。

③ 如果任何氣缸上出現(xiàn)磨蝕或磨損，必須對所有六個氣缸進行機加工并更換缸套。

④ 如沒有磨蝕或磨損，安裝新缸套并重新測量缸套突出量。如測得的突出量不符合技術(shù)規(guī)范，那么必須對沉孔進行機加工；如測得的突出量符合技術(shù)規(guī)范，那么進行維修。

注：對于缸體沉孔經(jīng)過機加工的發(fā)動機，無法用固定式工廠黃銅墊片替代維修墊片。

2、汽缸體水套水壓試驗

（1）用工藝壓板壓住各缸套，向缸體水道注水，做汽缸體水套水壓試驗，在 0.3～0.4 MPa的壓力下，3～5 min內(nèi)不得有滲漏。

（2）若有問題應(yīng)及時排除，以免試機時油底殼進水而被迫再次返工。

（3）最后，用量缸表檢查缸套的圓度與錐度是否在技術(shù)標準規(guī)定范圍之內(nèi)；若誤差過大，應(yīng)查明原因并予以排除，否則柴油發(fā)電機不準進行總裝、試機。

 

圖3  氣缸套突出量測量

圖4  氣缸套突出量測量點分布

 

四、 汽缸套安裝

 

1、汽缸套的安裝要求

（1）安裝后變形小，圓度和圓柱度不能超過規(guī)定值。

（2）缸套臺肩上平面應(yīng)高出缸體一定的距離。

（3）缸套安裝在缸體中應(yīng)保持一定的間隙。

（4）缸套安裝在缸體中不能偏斜，即汽缸中心線垂直于曲軸的軸心線不能超過允許值。

（5）濕式缸套安裝后，阻水圈要起到密封作用，不能漏水。

（6）濕式氣缸套密封：

      氣缸套的上支承定位帶直徑略大，與氣缸套座孔配合較緊密。下支承密封帶與座孔配合較松，通常裝有1-3道橡膠密封圈來封水。常見的密封結(jié)構(gòu)型式有兩種。一種型式是將密封環(huán)槽開在缸套上，將具有一定彈性的橡膠密封圈裝入環(huán)槽內(nèi)。另一種型式是將安置密封圈的環(huán)槽開在氣缸體上，這種結(jié)構(gòu)的工藝性較差，故應(yīng)用較少。

2、 濕式汽缸套的安裝

    汽缸套拆裝示意圖如圖5所示。為了防止汽缸套臺肩在擰緊汽缸蓋時被壓斷，在安裝汽缸套時，應(yīng)先不裝防水橡膠圈，將缸套擦干凈后放入機體內(nèi)，測量汽缸套高出機體平面的尺寸，如過高，可對機體臺肩平面進行銑削，增加臺肩深度。

（1）專業(yè)工具安裝方法

① 如圖6所示。組裝前使用植物油潤滑缸套 O 形密封圈，缸套必須在潤滑阻水圈后的 15 分鐘內(nèi)安裝完成。

② 將 O 形密封圈安裝到缸套上，確保阻水圈平座在阻水圈槽中。

③ 將缸套裝進缸體。安裝可繼續(xù)使用的缸套時，將缸套從最初在發(fā)動機的位置上旋轉(zhuǎn) 90 度。推力和止推表面必須朝向缸體的前部和后部。可使用缸套安裝組件（零件號 3162461）座入缸套。

④ 如果缸套沒有正確入座，將其拆下并檢查缸套孔座和缸套有無拉痕、毛刺、污垢或墊片（如果配備）失位。重新安裝缸套。

（2）非專業(yè)工具的安裝

      沒有專業(yè)設(shè)備時，可按如下方法安裝：

① 在汽缸套上先套入阻水圈，雙手把握汽缸套并邊轉(zhuǎn)邊推壓，將缸套壓進機體缸口上部的配合面，在缸套上端面墊一塊方木，一手扶著方木，一手拿著鐵錘敲打方木。當聽到缸套臺肩和機體承壓面碰撞的金屬響聲，且敲打時手感到有反彈力，則說明缸套被壓到位。缺點是：因用鐵錘敲擊，壓入受力不夠均勻，易使阻水圈被剪切而擠壞，還有缸套臺肩處與機體承壓面接觸時受沖擊，極易產(chǎn)生裂紋，從而引起漏氣、漏水。

② 先把阻水圈裝入缸套環(huán)槽，再用雙手將缸套推進機體。然后，裝上汽缸蓋，延對角線順序擰緊缸蓋螺栓，利用緊固缸蓋、靠缸蓋平面壓缸套端面的方法把缸套壓裝到位。此方法的缺點是：輕者缸蓋會產(chǎn)生變形或裂紋，重者因缸套放不正會啃壞凸肩或使螺栓拉長、滑扣、拔出。

      缸套裝入后，由于阻水圈具有一定的緊度，可能引起缸套變形。需要進行檢查，用量缸表檢測內(nèi)孔圓度誤差，應(yīng)該符合技術(shù)要求，誤差不允許大于0.03 mm。如果超限，檢查阻水圈的安裝狀態(tài)、厚度以及安裝表面的清潔度，并加以糾正。

3、干式缸套的安裝

    干式汽缸套安裝方法與濕式汽缸套基本相同，所不同的是干式汽缸套緊裝在汽缸體的座孔中，外表面不與冷卻水直接接觸。因此，在安裝時應(yīng)注意的是，必須將汽缸套和機體座孔表面擦拭干凈，不可涂抹機油，以免影響兩者間的接觸和散熱，造成缸套早期磨損。

圖5  拆裝氣缸套示意圖

圖6  缸套O形密封圈涂抹潤滑油

 

總結(jié)：

      汽缸套上部內(nèi)表面是燃燒室的組成部分，直接受到燃氣的高溫、高壓和腐蝕作用，與活塞組件的相對運動使其承受側(cè)推力和強烈地摩擦，汽缸套外圓表面與汽缸體內(nèi)壁組成冷卻水腔，受到穴蝕和電化學(xué)腐蝕作用。汽缸套是柴油發(fā)電機重要而又易于損壞的零件，使用者應(yīng)了解汽缸套的結(jié)構(gòu)特點，了解汽缸的安裝要求與安裝方法，對提高柴油發(fā)電機修理質(zhì)量有重要的意義。

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