技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

康明斯柴油發(fā)電機(jī)汽缸蓋平面變形的檢測(cè)方法

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)的汽缸體與汽缸蓋在使用中發(fā)生變形是時(shí)常會(huì)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(huì)嚴(yán)重影響柴油發(fā)電機(jī)的裝配質(zhì)量，而汽缸蓋變形將造成在缸內(nèi)密封不嚴(yán)、漏氣、漏水和漏油等故障，甚至使燃?xì)鉀_壞汽缸墊，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)功率下降。因此，確定缸蓋變形的原因是首先要面對(duì)的問題。柴油機(jī)缸蓋變形可能是由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高、發(fā)動(dòng)機(jī)密封不好、水泵故障等原因引起的，需要仔細(xì)檢查這些地方，找出導(dǎo)致問題的根本原因，才能進(jìn)行有效的修理。

 

一、汽缸蓋平面變形的原因

 

      氣缸蓋是柴油機(jī)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(duì)于中小功率的柴油機(jī)來講，多缸機(jī)的缸蓋是將所有氣缸的缸蓋都鑄在一起成為一個(gè)統(tǒng)一的多缸機(jī)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(huì)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(jī)械性能也會(huì)影響其變形程度。

2、制造工藝問題

      制造時(shí)，未進(jìn)行時(shí)效處理或時(shí)效處理不充分。因此，零件內(nèi)應(yīng)力很大，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中受高溫作用，內(nèi)應(yīng)力重新分配，達(dá)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(dāng)?shù)龋部赡軙?huì)在運(yùn)行過程中導(dǎo)致變形。

3、溫度變化

      發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，溫度變化可能會(huì)導(dǎo)致氣缸蓋變形。在高溫環(huán)境下，材料會(huì)膨脹；而在低溫環(huán)境下，材料則會(huì)收縮。這種溫度變化可能導(dǎo)致氣缸蓋的翹曲變形。

4、機(jī)械負(fù)載過大

      發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)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(jī)械負(fù)載會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和壓力升高，進(jìn)而導(dǎo)致變形。

5、潤(rùn)滑不良

      良好的潤(rùn)滑是發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的關(guān)鍵。如果潤(rùn)滑不良，摩擦力會(huì)增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，進(jìn)而導(dǎo)致氣缸蓋變形。此外，劣質(zhì)機(jī)油也會(huì)加劇發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，進(jìn)一步加劇氣缸蓋的變形。

6、維修不當(dāng)

① 進(jìn)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(jī)器或大修后的機(jī)器走熱后，汽缸蓋螺母未重新進(jìn)行緊固。

④ 用焊補(bǔ)法修理汽缸體或汽缸蓋時(shí)，使其受熱而變形。

 

圖1  柴油機(jī)氣缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  柴油機(jī)氣缸蓋變形模擬分析圖

 

二、氣缸蓋平面變形的檢驗(yàn)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(xì)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

      對(duì)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(dòng)機(jī)在整個(gè)平面上不得大于0.25mm；四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)平面上不得大于0.15mm。對(duì)于側(cè)置氣門式發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在整個(gè)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(dòng)機(jī)在整個(gè)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(yàn)法

      首先，清潔被測(cè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)予以修復(fù)。在正常情況下，壓縮比越高的柴油機(jī)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(yàn)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(dòng)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(zhǔn)確地測(cè)量出變形的數(shù)值，但能找出凸、凹不平處。

3、溫度分布檢測(cè)

      在柴油機(jī)工作時(shí)，氣缸蓋的溫度是不均勻的。通過檢測(cè)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(cè)溫儀或者熱像儀進(jìn)行測(cè)量，將儀器對(duì)準(zhǔn)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(cè)筆法檢測(cè)

      測(cè)筆法是一種直觀、簡(jiǎn)便的方法，通過觀察測(cè)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(cè)筆對(duì)氣缸蓋進(jìn)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(wú)痕跡，則說明氣缸蓋可能存在變形問題。

5、超聲波檢測(cè)

      超聲波檢測(cè)是一種非接觸式的檢測(cè)方法，適用于檢測(cè)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(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度。若發(fā)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度異常或傳播時(shí)間延長(zhǎng)，就可能存在翹曲變形的問題。

6、數(shù)字量測(cè)檢測(cè)

      數(shù)字量測(cè)檢測(cè)是一種高精度的檢測(cè)方法，通過使用高精度的測(cè)量?jī)x器，能夠測(cè)量出氣缸蓋各個(gè)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(duì)尺寸要求較高的柴油機(jī)型號(hào)。

      綜上所述，對(duì)氣缸蓋翹曲變形的檢查方法可以從多個(gè)角度進(jìn)行。不同的檢測(cè)方法有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在實(shí)際操作中可以綜合運(yùn)用，確保對(duì)氣缸蓋的檢查結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。及時(shí)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(jī)的正常運(yùn)行，還能延長(zhǎng)其使用壽命，提高柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性。

 

圖3  氣缸蓋平面度檢查方法

圖4  柴油機(jī)氣缸蓋變形檢測(cè)方法

 

三、氣缸蓋平面變形的修理

 

      針對(duì)不同的情況選擇不同的修理方法。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋變形較輕微時(shí)，我們可以通過打磨來修復(fù)，但是缸蓋變形嚴(yán)重時(shí)，就需要進(jìn)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(xì)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(shí)，要始終以主軸承孔和汽缸孔中心線為加工定位基準(zhǔn)。每個(gè)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(dòng)機(jī)，其數(shù)值是有所不同的，在修理時(shí)要詳細(xì)閱讀說明書。

③ 與此同時(shí)，當(dāng)汽缸體平面進(jìn)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(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，停留5min后，將壓板移裝到全長(zhǎng)1/3處敲擊，最后再移到另一端1/3處進(jìn)行壓校敲擊。若汽缸蓋在對(duì)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(huì)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(jī)的爆震。因此，當(dāng)缸蓋厚度比標(biāo)準(zhǔn)厚度小2mm時(shí)，應(yīng)更換新汽缸蓋，或在強(qiáng)度影響不大的情況下，多加一個(gè)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(jī)各燃燒室平均值的4％。對(duì)于一般柴油發(fā)電機(jī)燃燒室容積不應(yīng)小于原廠規(guī)定的95％。否則會(huì)出現(xiàn)爆燃傾向。所以，汽缸蓋修整后，應(yīng)對(duì)燃燒室容積加以測(cè)量。

 

總結(jié)：

      總之，柴油機(jī)缸蓋變形是一種較為麻煩的故障，需要仔細(xì)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(jī)組擁有更加良好的運(yùn)行性能和壽命。除了以上提到的修理技巧外，還有細(xì)節(jié)上的注意事項(xiàng)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(jìn)入柴油機(jī)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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