故障檢修與技術(shù)維護(hù)

氣缸套的磨損量計(jì)算、檢測方法及拆裝步驟

 

摘要：發(fā)動機(jī)氣缸套和活塞環(huán)是在高溫、高壓、交變載荷和腐蝕的情況下工作的一對摩擦副。長期在復(fù)雜多變的情況下工作，其結(jié)果是造成氣缸套磨損變形，影響了柴油發(fā)電機(jī)組的動力性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。認(rèn)真分析氣缸套磨損變形的原因，對于提高柴油發(fā)電機(jī)組的使用經(jīng)濟(jì)性有十分重要的意義。氣缸套的工作環(huán)境十分惡劣，造成磨損的原因也很多。通常由于構(gòu)造原因允許有正常的磨損，但使用和維修不當(dāng)，就會造成非正常磨損。針對柴油機(jī)氣缸套磨損對發(fā)電機(jī)組造成的危害，以及縮短發(fā)動機(jī)使用壽命，根據(jù)康明斯發(fā)電機(jī)廠家的經(jīng)驗(yàn)談?wù)勅绾伪苊膺@類故障的危害。

 

一、氣缸套的技術(shù)要求

 

      康明斯柴油發(fā)電機(jī)目前大多使用水冷卻方式，冷卻效果直接影響柴油發(fā)電機(jī)的工作狀況和壽命，目前。作為柴油發(fā)電機(jī)關(guān)鍵零件的氣缸套，承受高溫、高壓和高速摩擦，其工作狀況非常關(guān)鍵，目前應(yīng)用廣泛的是與冷卻水直接接觸的濕式缸套。所有濕式缸套采用的是頂端設(shè)置定位凸臺壓緊方式進(jìn)行固定,該壓緊方式缸套頭部凸臺在裝配過程中，容易在壓力過大情況下破碎，造成故障；同時(shí)，在尾部采用外圓定位，而缸套中部無支撐定位，受側(cè)向力后缸套易變形，柴油發(fā)電機(jī)排放和動力性能惡化，同時(shí)振動和噪聲變大，易產(chǎn)生穴蝕，造成早期失效。

1、干式氣缸套

      康明斯B系列柴油發(fā)電機(jī)（4缸或6缸）采用無氣缸套式缸體，為了提高氣缸孔的耐磨性能及活塞與氣缸孔間的良好磨合，精加工后采用交叉小平頂珩磨工藝，在內(nèi)壁形成網(wǎng)紋，有利于工作時(shí)存油，以及提高摩擦副的耐磨性能。當(dāng)氣缸磨損后，可在機(jī)體上加裝薄壁干式氣缸套。

      康明斯B系列柴油發(fā)電機(jī)鑲干式氣缸套時(shí)，必須先按規(guī)定尺寸鏜缸體底孔并留下止口，然后采取下述工藝壓裝。

（1）將氣缸套放入冰箱內(nèi)冷卻到零下20℃，保持1h以上。

（2）氣缸套冷卻后將每個(gè)氣缸孔內(nèi)表面涂loctite620膠（樂泰620膠），此膠具有抗高溫耐腐蝕并能有效保護(hù)缸體與缸套的過盈配合的特點(diǎn)。

（3）雙手戴好防護(hù)手套，將冷凍后的氣缸套（外徑減少0.05~0.07mm，氣缸體與氣缸套的過盈量為0.05~0.07mm）壓入氣缸孔。

（4）用專用工具輕輕敲打氣缸套，使氣缸套與氣缸體的下止口面充分接觸。

      若不按上述工藝，而是按規(guī)定尺寸鏜好缸底底孔后直接把氣缸套壓入，會導(dǎo)致氣缸套不同程度的縮變，柴油發(fā)電機(jī)使用后不久會出現(xiàn)缸套竄動、冷卻不良等現(xiàn)象。

2、濕式氣缸套

      康明斯C、N、K系列柴油發(fā)電機(jī)采用單體可拆卸合金鑄鐵制成的濕式氣缸套，缸套內(nèi)表面有磷化物涂層，增強(qiáng)了儲油能力和抗磨能力。上徑向定位帶（稱為上支承定位帶）和氣缸套座孔之間的配合為過盈配合，過盈量為0.02~0.08mm。下徑向定位帶（稱為下支承密封帶）與氣缸體為間隙配合。氣缸套裝入座孔后，氣缸頂平面略高于氣缸體上端面，C系列柴油發(fā)電機(jī)的缸套凸出量為0.025~0.122mm，K19型柴油發(fā)電機(jī)的缸套凸出量為0.08~0.15mm，K50型柴油發(fā)電機(jī)的缸套凸出量為0.152~0.203mm。

（1）6CTA8.3系列柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的下支承密封帶位于缸套的中部，一道密封環(huán)槽，僅靠一道橡膠圈實(shí)現(xiàn)密封。

（2）NTA855系列柴油發(fā)電機(jī)氣缸套下部共有三道密封圈，第一道縫隙密封圈擠壓在機(jī)體內(nèi)孔斜面上。可減小缸套工作時(shí)擺動的幅度，避免缸套穴蝕，最下一道密封圈的材料為耐油耐熱性較好的有機(jī)硅，以防止機(jī)油滲入冷卻水中。缸套較短較厚，不易振動。

（3）KTA19系列柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的下支承密封帶位于缸套的中下部，三道密封環(huán)槽，安裝三道密封圈實(shí)現(xiàn)密封。第一道密封圈為矩形圈，材質(zhì)為腈橡膠密封環(huán)，裝入后，部分和冷卻水接觸，既能防止配合面生銹，便于拆裝，又能借其吸振，減輕穴蝕，表面呈藍(lán)色。中間一道為圓形圈，材質(zhì)為乙烯丙烯合成橡膠密封環(huán)，抗熱性和耐壓縮性好，表面為黑色。底部一道也是圓形圈，材質(zhì)為硅樹脂橡膠，耐油性好，表面為紅色。三道密封圈的相互位置在維修更換時(shí)不能裝錯。

 

圖1  無氣缸套式機(jī)體

圖2  濕式缸套結(jié)構(gòu)圖

 

二、氣缸套磨損測量

 

      氣缸套是構(gòu)成柴油機(jī)燃燒室空間和氣缸工作空間的重要部件。由于工作時(shí)柴油機(jī)要利用這些空間來完成每個(gè)循環(huán)的二次能量轉(zhuǎn)換，因此氣缸套的工作條件十分惡劣。

1、缸套檢查的目的

      氣缸套內(nèi)表面受到燃?xì)獾母邷馗邏骸⒏g作用和活塞組件相對運(yùn)動的摩擦作用。由于缸套摩擦表面各部位的工作條件不同，這種摩擦引起的磨損也不同。一般缸套上部相應(yīng)與活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，第一道環(huán)所處的位置磨損最大。對于筒狀活塞式柴油機(jī)由于側(cè)推力的作用，使缸套橫向磨損大于縱向；二沖程柴油機(jī)氣口附近也因不同的換氣形式有各自的磨損特點(diǎn)。這說明，缸套使用一定時(shí)間后不僅內(nèi)徑會增大，而且還會出現(xiàn)一定的圓度和圓柱度。當(dāng)磨損過大，圓度、圓柱度超過一定范圍時(shí)，會產(chǎn)生明顯的漏氣、竄油、敲缸，使柴油機(jī)功率下降、耗油增大，工作可靠性變壞。因此，對缸套應(yīng)進(jìn)行定期的磨損測量。

      缸套外表面與氣缸體內(nèi)壁面組成冷卻水腔，以使用通過缸套把活塞組件及本身的熱量傳遞給冷卻水，使之工作在適當(dāng)?shù)臏囟认隆＿@就使得缸套外表面受到穴蝕和電化學(xué)腐蝕作用。它們引起缸套壁面變薄、應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋或穿孔。另外由于氣體脈動應(yīng)力及熱應(yīng)力造成機(jī)械疲勞與熱疲勞，或者安裝應(yīng)力過大，也會使缸套產(chǎn)生裂紋。長期使用的缸套密封圈會因老化彈性而失效。因此，對缸套定期進(jìn)行拉出檢查。

2、檢測步驟

（1）檢查百分表的靈敏性和準(zhǔn)確性，確認(rèn)完好。按缸套的名義直徑選擇合適的可換量頭。旋動可換量頭使兩量頭間的間距比缸套名義內(nèi)徑大1~2mm擰緊滾花螺母緊固可換量頭。

（2）將百分表裝在表?xiàng)U上，使百分表小指針有0.5mm左右的讀數(shù)。

（3）調(diào)整好外徑千分尺，擦凈外徑千分尺的兩測量面，并用隨尺提供的標(biāo)準(zhǔn)棒校準(zhǔn)外徑千分尺。外徑千分尺微分筒“0”刻度應(yīng)與固定套筒上的水平線重合以及微分筒邊緣與固定套筒上的“0”線右邊緣恰好相切，如果“0”位校對不對，要重新調(diào)整。

（4）將外徑千分尺兩測量面距離調(diào)至缸徑到額名義直徑，鎖住微分筒保持此距離。

（5）用內(nèi)徑量表測量調(diào)好缸徑的外徑千分尺，轉(zhuǎn)動百分表盤，使大指針對“0”，注意在以后的測量中均不能轉(zhuǎn)動表盤，記下百分表小指針的讀數(shù)，再復(fù)查一下可換量頭是否緊固。

（6）清潔缸套內(nèi)表面并確定沿氣缸套軸線方向的4個(gè)環(huán)帶測量位置：

① 活塞在上止點(diǎn)時(shí)第一道氣環(huán)對應(yīng)的缸壁位置；

② 當(dāng)活塞位于行程中點(diǎn)時(shí)，第一道活塞環(huán)對應(yīng)的缸壁位置；

③ 當(dāng)活塞位于行程中點(diǎn)時(shí)，未道刮油環(huán)對應(yīng)的缸壁位置；

④ 活塞在下止點(diǎn)時(shí)最未道油環(huán)對應(yīng)的缸壁位置。

每個(gè)環(huán)帶上測量兩個(gè)方向：平行于曲軸中心線方向X-X和垂直于曲軸中心線方向Y-Y，

（7）用右手握住內(nèi)徑量表表?xiàng)U，左手兩指將表的定心架壓在缸套壁面，可使量頭進(jìn)入缸內(nèi)，如圖3所示。

（8）將定心架放在要測量的部位，右手握住表?xiàng)U前后稍做擺動，這樣，可換量頭沿缸套母線稍做上下移動，觀察表?xiàng)U擺動時(shí)表面大指針的偏轉(zhuǎn)使表?xiàng)U向表針轉(zhuǎn)動的減值方向擺動，到表針剛要反轉(zhuǎn)時(shí)，表?xiàng)U立即停止擺動，此時(shí)，百分表的讀數(shù)為該處內(nèi)徑的相應(yīng)尺寸。將百分表的讀數(shù)記下。將內(nèi)徑量表分別移到其它要測量的部位，按上方法可測得各處內(nèi)徑的相應(yīng)尺寸，如圖4所示。

3、缸套磨損值計(jì)算方法

（1）磨損量計(jì)算：

      缸套實(shí)測缸徑與其名義直徑的差值的一半，即為累計(jì)磨損量，這樣可得到一組磨損量，選取其中最大的一個(gè)作為本缸套的累計(jì)磨損量，如果將最大磨損量比上運(yùn)行小時(shí)數(shù)即可得出磨損率。通常缸套的磨損量用缸徑最大增值來表示，即實(shí)測缸套最大值與名義直徑的差值。

（2）圓度：

      同一測量環(huán)帶上X-X和Y-Y方向上測量尺寸之差的一半。取四個(gè)環(huán)帶中最大差值的一半為最大圓柱度。

（3）圓柱度：

      沿X-X或Y-Y方向各測量尺寸的差值的一半，取其中的最大差值的一半為最大圓柱度。

4、注意事項(xiàng)

（1）測量值讀數(shù)要根據(jù)大指針離開“0”位的格數(shù)和指針偏轉(zhuǎn)方向來決定。百分表大指針每偏轉(zhuǎn)1格為0.01mm，偏差的正負(fù)可在測量前用手按動量頭觀察大指針的轉(zhuǎn)動方向來確定：用手按動量頭，諾大指針順時(shí)針轉(zhuǎn)，則當(dāng)表?xiàng)U在缸內(nèi)擺動時(shí)，指針按反時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，距“0”的偏轉(zhuǎn)格數(shù)為缸徑比公稱值的最大量，即實(shí)際測量尺寸為正偏差，反之，指針按順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，距“0”的偏轉(zhuǎn)格數(shù)為缸徑比公稱值的減小量，為負(fù)偏差，注意不可搞反。

（2）也可使裝配好內(nèi)徑量表進(jìn)入缸套上部調(diào)“0”作為該缸磨損量測量依據(jù)。將缸套上部未磨損部位去除積碳，擦干凈，內(nèi)徑量表在該部位如上述測量缸套方法一樣略作擺動，當(dāng)大指針向減值方向偏轉(zhuǎn)至剛要反轉(zhuǎn)時(shí)，停止擺動，將表面轉(zhuǎn)動，使表針對“0”。再將可換量頭緊固后，以用它作為比較標(biāo)準(zhǔn)，去測量規(guī)定部位的尺寸，可讀得相對磨損量。

（3）在觀察表的讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)與表盤相垂直。因?yàn)橹羔樑c表盤之間有一段距離，視線歪斜時(shí)，會造成讀數(shù)誤差。

（4）內(nèi)徑量表使用完畢后，應(yīng)從表?xiàng)U上卸下百分表、可換量頭、螺母等，擦干凈后置于產(chǎn)品盒內(nèi)，妥協(xié)保存，防止隨意碰撞而損壞。

 

圖3  柴油機(jī)氣缸套內(nèi)徑測量方法

圖4  柴油機(jī)氣缸測量內(nèi)部位置

 

三、氣缸套拆卸步驟

 

1、拆卸前的準(zhǔn)備工作

      準(zhǔn)備好起重設(shè)備和專用工具，并檢查確認(rèn)其技術(shù)狀態(tài)的完好性。在曲柄銷上部遮上帆布以免雜物污染油底殼，清潔缸套頂部，確認(rèn)定位標(biāo)記。

2、安裝好拆卸專用工具

（1）在缸體上端面放上墊鉄，將壓板跨越缸套直徑放在墊鉄上。

（2）從壓板中孔穿入拉桿螺栓，從裝有缸套下部的托板中孔穿出擰上螺母，將缸套夾緊在壓板和托板之間。

3、拉出缸套

（1）擰入拉桿螺栓上部的螺母將缸套逐漸拉出，待缸套下部密封膠圈越過配合面后缸套即處于自由狀態(tài)。

（2）繼續(xù)擰入拉桿螺栓上部的螺母使缸套夾緊在托板和壓板之間。

（3）調(diào)整吊鉤使其位于氣缸軸線的延長線上，掛于鎖具將缸套吊出放于墊木上。

 

圖5  柴油機(jī)氣缸套拆卸工具結(jié)構(gòu)圖

圖6  柴油機(jī)缸套拆卸步驟示意圖

 

4、拆卸注意事項(xiàng)

（1）拆卸前應(yīng)注意定位標(biāo)記，若無標(biāo)記可在合適的地方做上記號。放置墊鉄應(yīng)注意勿壓住缸套。

（2）起吊操作人員應(yīng)服從指揮，操作不宜過快過猛，并注意吊運(yùn)安全。

5、密封件或密封面的處理

（1）清潔缸套與缸體上密封面，對采用紫銅墊片密封時(shí)，應(yīng)將密封件退火恢復(fù)塑性；對采用鋁墊片密封時(shí)，應(yīng)換新密封件；對采用金屬平面密封時(shí)，應(yīng)用色油法檢驗(yàn)缸套與缸體結(jié)合面的貼合狀況，若貼合不良則應(yīng)進(jìn)行刮削研磨至貼合符合要求。

（2）清潔缸套與缸體下密封面并消除銹跡及毛刺，必要時(shí)應(yīng)測量它們之間的配合間隙。

（3）用積碳清除劑，將柴油發(fā)動機(jī)缸套上部的積碳清除，如圖7所示。

（4）對缸套密封橡膠圈進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，拉伸法彈性試驗(yàn)和自由長度測量。

6、裝配步驟

      裝配步驟是拆卸的反順序，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）密封橡膠圈的安裝：組合外觀如圖8所示。將橡膠圈稍稍拉長裝入缸套橡膠圈槽內(nèi)，用手指沿圓周方向?qū)⑾鹉z圈理順，然后再用深度游標(biāo)卡尺測量橡膠圈高出缸套外園表面的高度，一般應(yīng)為1~1.5mm。

（2）應(yīng)注意金屬密封墊片裝配正確，若需要涂密封膠時(shí)應(yīng)涂上密封膠，在橡膠圈處涂潤滑劑以利缸套落位。

（3）應(yīng)注意缸套的裝配標(biāo)記。

（4）缸套裝配落位后，應(yīng)用內(nèi)徑量表測量缸套密封橡膠圈處的內(nèi)徑變形情況，一般縮小不得超過0.03mm。

（5）缸套裝配落位后，應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，檢查其密封性。

 

圖7  清除氣缸套上部的積碳步驟

圖8  氣缸套及密封件外觀示意圖

 

總結(jié)：

      為了檢查缸套是否有缺陷，對缸套應(yīng)進(jìn)行定期檢查，以便保持柴油機(jī)正常的運(yùn)行狀態(tài)。為此本項(xiàng)目包括缸套拆卸和裝配；缸套磨損測量及圓柱度、圓度的計(jì)算；缸套密封件的預(yù)處理和安裝。

 

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