技術(shù)維修與康明斯知識

康明斯柴油發(fā)電機汽缸蓋平面變形的檢測方法

 

摘要：柴油發(fā)電機的汽缸體與汽缸蓋在使用中發(fā)生變形是時常會發(fā)生的現(xiàn)象，其接觸平面往往產(chǎn)生翹曲變形。一般汽缸體變形會嚴重影響柴油發(fā)電機的裝配質(zhì)量，而汽缸蓋變形將造成在缸內(nèi)密封不嚴、漏氣、漏水和漏油等故障，甚至使燃氣沖壞汽缸墊，導(dǎo)致柴油發(fā)電機功率下降。因此，確定缸蓋變形的原因是首先要面對的問題。柴油機缸蓋變形可能是由于發(fā)動機溫度過高、發(fā)動機密封不好、水泵故障等原因引起的，需要仔細檢查這些地方，找出導(dǎo)致問題的根本原因，才能進行有效的修理。

 

一、汽缸蓋平面變形的原因

 

      氣缸蓋是柴油機中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的鑄件，它與活塞和氣缸套構(gòu)成燃燒室。對于中小功率的柴油機來講，多缸機的缸蓋是將所有氣缸的缸蓋都鑄在一起成為一個統(tǒng)一的多缸機缸蓋，這樣結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，如圖1所示。使用中氣缸蓋的損傷最常見的是磨損和變形，模擬云圖如圖2所示。

1、材料問題

      氣缸蓋是由多種金屬材料制成的，如鑄鐵、鋁合金等。這些材料在高溫高壓環(huán)境下工作，可能會發(fā)生變形。材料的熱脹冷縮效應(yīng)可能導(dǎo)致缸體缸蓋變形。此外，材料本身的機械性能也會影響其變形程度。

2、制造工藝問題

      制造時，未進行時效處理或時效處理不充分。因此，零件內(nèi)應(yīng)力很大，在發(fā)動機工作過程中受高溫作用，內(nèi)應(yīng)力重新分配，達到新的平衡，結(jié)果造成零件的變形。此外，如果材料內(nèi)部存在缺陷，如鑄造缺陷、熱處理不當?shù)龋部赡軙谶\行過程中導(dǎo)致變形。

3、溫度變化

      發(fā)動機工作時，溫度變化可能會導(dǎo)致氣缸蓋變形。在高溫環(huán)境下，材料會膨脹；而在低溫環(huán)境下，材料則會收縮。這種溫度變化可能導(dǎo)致氣缸蓋的翹曲變形。

4、機械負載過大

      發(fā)動機的機械負載過大，如頻繁加載減載等，都可能導(dǎo)致氣缸蓋變形。過大的機械負載會使發(fā)動機溫度和壓力升高，進而導(dǎo)致變形。

5、潤滑不良

      良好的潤滑是發(fā)動機正常工作的關(guān)鍵。如果潤滑不良，摩擦力會增加，導(dǎo)致發(fā)動機過熱，進而導(dǎo)致氣缸蓋變形。此外，劣質(zhì)機油也會加劇發(fā)動機磨損，進一步加劇氣缸蓋的變形。

6、維修不當

① 進行大修后，汽缸蓋螺母的擰緊扭力過大、擰力不均或未按規(guī)定次序擰緊，使平面翹曲。

② 在高溫下拆卸汽缸蓋，使平面不平。

③ 新機器或大修后的機器走熱后，汽缸蓋螺母未重新進行緊固。

④ 用焊補法修理汽缸體或汽缸蓋時，使其受熱而變形。

 

圖1  柴油機氣缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  柴油機氣缸蓋變形模擬分析圖

 

二、氣缸蓋平面變形的檢驗方法

 

      首先，我們可以通過外觀來初步判斷氣缸蓋是否發(fā)生了翹曲變形。仔細觀察氣缸蓋表面是否有明顯的凹凸不平，是否有裂紋、漏油現(xiàn)象。這些都是氣缸蓋翹曲變形的常見癥狀。

檢驗標準：

      對于汽缸體上平面的平面度誤差，在任意50×50（mm²）內(nèi)不得大于0.05mm，六缸發(fā)動機在整個平面上不得大于0.25mm；四缸發(fā)動機在整個平面上不得大于0.15mm。對于側(cè)置氣門式發(fā)動機汽缸蓋下平面的平面度誤差，在任意50×50（mm²）內(nèi)不得大于0.05mm。六缸發(fā)動機在整個平面上不得大于0.35mm（鑄鐵缸蓋）或0.25mm（鋁合金缸蓋）；四缸發(fā)動機在整個平面上不得大于0.25mm（鑄鐵缸蓋）或0.15mm（鋁合金缸蓋）。若汽缸體上平面和汽缸蓋下平面的平面度誤差超過上述范圍，應(yīng)予以修整。

1、直尺檢驗法

      首先，清潔被測氣缸蓋平面；將直尺放于氣缸體或氣缸蓋的結(jié)合面上，如圖3所示；然后變換不同的方向，并用厚薄規(guī)測量直尺與結(jié)合面間的間隙，塞入厚薄規(guī)的最大厚度值即為結(jié)合面的平面度誤差，如圖4所示。氣缸體上頂面的平面度誤差應(yīng)不大于0.20㎜，氣缸蓋下平面的平面度誤差應(yīng)不大于0.20㎜，平面度誤差超出標準時，應(yīng)予以修復(fù)。在正常情況下，壓縮比越高的柴油機汽缸蓋和縱向尺寸較短的汽缸蓋不平度要求較高；反之則較低。

2、平面著色檢驗法

      首先找一塊非常平整的平板，并在其上部薄薄地涂一層紅丹油，然后讓平板與汽缸體或汽缸蓋的結(jié)合平面接觸，推動幾次后，若在結(jié)合平面上有紅丹油，則說明結(jié)合平面有凸起處：反之，有凹起的地方。這種方法雖然不能準確地測量出變形的數(shù)值，但能找出凸、凹不平處。

3、溫度分布檢測

      在柴油機工作時，氣缸蓋的溫度是不均勻的。通過檢測氣缸蓋的溫度分布情況，我們能夠了解其變形程度。可以使用紅外測溫儀或者熱像儀進行測量，將儀器對準氣缸蓋表面，觀察溫度分布圖。若發(fā)現(xiàn)局部溫度異常高，就可能存在翹曲變形的問題。

4、測筆法檢測

      測筆法是一種直觀、簡便的方法，通過觀察測筆在氣缸蓋表面留下的痕跡來判斷其是否發(fā)生了翹曲變形。使用測筆對氣缸蓋進行輕輕劃痕，然后觀察痕跡是否均勻。若有一側(cè)較淺或者無痕跡，則說明氣缸蓋可能存在變形問題。

5、超聲波檢測

      超聲波檢測是一種非接觸式的檢測方法，適用于檢測氣缸蓋內(nèi)部的缺陷。通過將超聲波探頭放置在氣缸蓋的表面，儀器就能夠記錄下超聲波在材料中的傳播時間和信號強度。若發(fā)現(xiàn)信號強度異常或傳播時間延長，就可能存在翹曲變形的問題。

6、數(shù)字量測檢測

      數(shù)字量測檢測是一種高精度的檢測方法，通過使用高精度的測量儀器，能夠測量出氣缸蓋各個部位的尺寸數(shù)據(jù)，從而判斷其是否存在翹曲變形。這種方法適用于一些對尺寸要求較高的柴油機型號。

      綜上所述，對氣缸蓋翹曲變形的檢查方法可以從多個角度進行。不同的檢測方法有其各自的優(yōu)缺點，因此在實際操作中可以綜合運用，確保對氣缸蓋的檢查結(jié)果更加準確可靠。及時發(fā)現(xiàn)和處理氣缸蓋的翹曲變形問題，不僅能夠保證柴油機的正常運行，還能延長其使用壽命，提高柴油發(fā)電機組的可靠性。

 

圖3  氣缸蓋平面度檢查方法

圖4  柴油機氣缸蓋變形檢測方法

 

三、氣缸蓋平面變形的修理

 

      針對不同的情況選擇不同的修理方法。發(fā)動機缸蓋變形較輕微時，我們可以通過打磨來修復(fù)，但是缸蓋變形嚴重時，就需要進行更為復(fù)雜的修理。因汽缸體與汽缸蓋的變形部位及程度不同，其修理方法也有所不同，其常見方法有以下幾種。

（1）汽缸體平面螺孔附近的凸起，可用油石磨平或用細銼修平。

（2）汽缸體和汽缸蓋的不平，可用銑、磨的加工方法修復(fù)。

① 汽缸體的上平面采用銑、磨方法修理時，要始終以主軸承孔和汽缸孔中心線為加工定位基準。每個缸體上平面最多允許修理2次，每次修理量應(yīng)小于0·25mm，其修磨總量不能超過0.50mm。

② 汽缸體上平面經(jīng)過修磨后，應(yīng)檢查汽缸體的高度H（即曲軸主軸承孔中心至汽缸體上平面的距離），其值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。不同的發(fā)動機，其數(shù)值是有所不同的，在修理時要詳細閱讀說明書。

③ 與此同時，當汽缸體平面進行銑、磨后，為了保持活塞與氣門間的正常間隙和汽缸原有壓縮比，應(yīng)選用加厚的汽缸墊。

（3）汽缸體和汽缸蓋的不平也可用鏟刀鏟平或涂上研磨膏，把汽缸蓋放在汽缸體上扣合研磨。

（4）汽缸蓋的翹曲

① 敲壓法修復(fù)汽缸蓋的方法：

      先將厚度約為汽缸蓋變形量4倍的鋼片墊放在汽缸蓋與平板之間。把壓板壓在汽缸蓋中部，擰緊螺栓，使汽缸蓋中部的平面貼在平板面上，用小鐵錘沿汽缸蓋筋上敲擊2~3遍，以減小受壓變形時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，停留5min后，將壓板移裝到全長1/3處敲擊，最后再移到另一端1/3處進行壓校敲擊。若汽缸蓋在對角方向翹曲，則壓板應(yīng)斜壓在汽缸蓋上。若壓校過量，可以把汽缸蓋放在鍛工的烘爐旁烘熱片刻即可消除。

② 磨削法來修整汽缸蓋的方法：

      缸蓋磨削后，會使其厚度有所變薄，燃燒室容積變小，壓縮比增大，從而引起柴油發(fā)電機的爆震。因此，當缸蓋厚度比標準厚度小2mm時，應(yīng)更換新汽缸蓋，或在強度影響不大的情況下，多加一個汽缸墊繼續(xù)使用。

      汽缸蓋變形經(jīng)過磨削后容易出現(xiàn)燃燒室容積不等的現(xiàn)象，其容積變化差值，一般不應(yīng)大于同一柴油發(fā)電機各燃燒室平均值的4％。對于一般柴油發(fā)電機燃燒室容積不應(yīng)小于原廠規(guī)定的95％。否則會出現(xiàn)爆燃傾向。所以，汽缸蓋修整后，應(yīng)對燃燒室容積加以測量。

 

總結(jié)：

      總之，柴油機缸蓋變形是一種較為麻煩的故障，需要仔細檢查和科學(xué)修復(fù)才能有效解決。在修理過程中，我們需要注意技巧和質(zhì)量控制，保障修復(fù)效果和行車安全。只有這樣，才能讓柴油發(fā)電機組擁有更加良好的運行性能和壽命。除了以上提到的修理技巧外，還有細節(jié)上的注意事項需要注意。首先，我們需要保障修理的環(huán)境干凈整潔，避免灰塵等雜質(zhì)進入柴油機內(nèi)部。其次，修理過程中需要注意人員的操作技能，避免出現(xiàn)操作失誤而導(dǎo)致的二次損傷。

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