故障檢修與技術維護

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動機技術狀況是否良好、是否需要大修的重要依據。氣缸磨損至一定程度，柴油發電機動力性能顯著下降，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行修理，而且對于正確使用和管理柴油發電機組，減少氣缸的磨損，延長柴油發電機的使用壽命，有著重要的指導意義。康明斯公司撰寫的本文從汽缸結構特點出發，提高用戶和經銷商對汽缸的認識，對汽缸磨損故障進行了分析，提出預防柴油機氣缸磨損的關鍵措施。

 

一、氣缸的磨損規律

 

      柴油發電機汽缸呈圓筒形，內裝有作往復運動的帶環活塞，并用汽缸墊和汽缸蓋加以密封，形成一個容積可變的密封空間。汽缸內表面給活塞運動導向作用，也稱之為汽缸壁。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都會使缸壁產生較嚴重的機械磨損，同時廢氣中含有酸對缸壁還會產生較重的腐蝕性磨損，通常所說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，活塞環行程內的磨損一般是上大下小，即稱為“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時第一道活塞環所對應的缸壁。在氣缸內活塞環接觸不到的上口，沒有磨損而形成了明顯的臺階，稱為“缸階”或“缸肩”〔圖1a）〕。

（2）氣缸下部活塞運動區域外的氣缸壁，由于潤滑條件比較好，溫度適中，沒有活塞環摩擦作用，氣缸也幾乎沒有磨損。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）〕。

      在同一臺柴油發電機上，不同氣缸磨損情況不盡相同，一般水冷柴油發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

      柴油發電機工作時，活塞環的自身彈力和高壓氣體竄入活塞環背面致使活塞環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時，第一道活塞環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電機冷卻水溫的降低而增加。

      因此柴油發電機未達到工作溫度時，其負荷不要過大，并且應盡量縮短低溫運行時間，加快柴油發電機的升溫，以減少腐蝕磨損。對于多缸柴油發電機，兩端氣缸的前后壁冷卻效率較高、進氣門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和柴油發電機自身的磨屑等進入氣缸壁間造成磨料磨損。空氣中的灰塵被吸入氣缸上部，其棱角也鋒利，因而氣缸上部磨損最大。在風沙嚴重的地區，大量的灰塵進入氣缸后，由于活塞在氣缸中部運動速度最大，致使氣缸磨成“腰鼓形”。

 

圖3  柴油機氣缸磨損曲線圖

圖4  氣缸異常磨損縱向和橫向磨損曲線

 

三、氣缸磨損的測量

 

      測量柴油發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測桿的總長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，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，使表針對準零位。這樣測出的讀數加上氣缸的公稱尺寸，即為磨損后的氣缸直徑。

（3）測量步驟

      氣缸上、中、下三個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在上止點位置時所對應的氣缸壁（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兩個方向分別測量一次。

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

      由柴油發電機氣缸磨損規律可知，柴油發電機一般前后兩缸磨損最為嚴重。因此，測量時可重點測量前后兩缸，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要保持垂直。測量時應轉動量缸表，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，計算圓度與圓柱度誤差。柴油機的圓度誤差超過0.065mm、圓柱度誤差超過0.25mm，超過極限值則進行更換。

 

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時，比正常情況下省力。與此同時，打開加機油口蓋，從曲軸箱加機油口處可以聽到"哧哧"的氣體內漏聲；從空氣濾清器和排氣管處聽不到"哧哧"的聲音，說明進氣門和排氣門密封是嚴密的。柴油發電機著火時下排氣增大，水溫不過高，轟油門水箱內無汽泡，說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，柴油發電機排氣冒煙；而且功率下降，啟動性能、加速性能和負荷性能變壞。

（3）柴油發電機排氣冒藍煙，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增加，而且殘余柴油從活塞環與汽缸套之間內漏，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）長時間低溫運轉，造成燃燒不良，引起電化學腐蝕。

（4）經常使用劣質潤滑油，汽缸磨損量比正常值大1～2倍。

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

（6）連桿彎曲變形，若不及時校正而繼續使用，也會加速汽缸套的磨損。

3、預防措施

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

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

（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入汽缸中。

（4）保持柴油發電機正常工作溫度80～90 ℃，水溫低于50 ℃以下時進行負荷作業與90 ℃水溫時相比，汽缸壁的磨損量是90 ℃時的3～4倍，過高容易引起粘缸，同時加劇活塞環、活塞的磨損量，嚴重時燒機油，引起機油的消耗量增多。

（5）提高保修質量。柴油發電機大修時，要嚴格檢查校正曲軸、連桿的彎曲度。汽缸安裝時，要使用專用的安裝工具，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：

      汽缸是柴油發電機核心部件之一，汽缸與活塞環是一對摩擦副，長期工作過程中磨損是不可避免的。柴油發電機是否需要進行大修，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生，或讓其磨損的速度變慢。從汽缸結構特點出發，分析汽缸非正常磨損的原因，以做好預防工作，對提高柴油發電機的使用經濟性有十分重要的意義。

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