技術維修與康明斯知識

柴油發電機偏缸和連桿彎曲變形的檢校方法

 

摘要：柴油機活塞與氣缸的配缸間隙是極為重要的技術參數。不論何種發動機，其合理的配缸間隙都是同制造廠家根據發動機的特點材質，在未能吃透發動機結構特點和使用機理之前，不可隨意減小配缸間隙。對于使用后的柴油發電機，由于發動機缸體等零部件的變形及其他因素，會導致配缸間隙位置精度的偏差，這時就容易出現偏缸故障。對此，康明斯公司在本文中介紹了活塞偏缸對發動機的不利影響，分析產生不同偏缸現象的具體原因。根據理論分析和對多臺發動機活塞偏缸的拆檢，提出了避免或減輕活塞偏缸的措施。

 

一、偏缸的危害和影響

 

      柴油發電機在修理過程中，其主要零件缸體、曲軸、連桿等。若修理質量差，在發動機裝配時極易造成活塞在汽缸中發生偏斜的現象（俗稱偏缸）。偏缸可導致汽缸局部不正常磨損，嚴重時，因活塞緊靠汽缸壁，側壓力過大，破壞了潤滑油膜而造成活塞（主要是頭部）與缸壁的拉缸現象，或是活塞環槽的拉缸變形，卡死了活塞環，使之不能正常工作。偏缸不僅使活塞與氣缸產生磨損，破壞了汽缸的密封，也會造成曲柄連桿的其它機件加速磨損，直接影響發動機的使用壽命。

      為防止偏缸現象，在發動機裝配過程中都有一個偏缸檢查的工序，其方法一般時將未裝活塞環的活塞連桿組裝入相應汽缸內，按規定擰緊連桿螺栓螺母，然后轉動曲軸使活塞分別處于上、下止點及活塞上下行時的中部位置，使塞尺檢查活塞頭部與汽缸壁之間的間隙（主要是發動機縱向前后的間隙）,若前后間隙不一致或一方根本無間隙，說明活塞向一方偏斜，即表未有偏缸現象。

1、活塞偏缸的危害  

      活塞偏缸是指活塞在汽缸中偏向缸壁一側，或向一側歪斜。活塞連桿組在裝配中，如各零件的形位公差不符合要求，將使活塞在汽缸中產生歪斜，加重汽缸壁的磨損。據資料介紹，當活塞在汽缸中的同軸度誤差在100毫米的長度上達到0.03毫米時，活塞對汽缸壁的壓力可達150牛，而發動機裝配后轉動曲軸時所需的力矩將增至1.5~2.0倍。另外，活塞歪斜還使汽缸的密封性能變壞，惡化活塞和活塞環的潤滑條件。

2、影響活塞偏缸的因素  

      其主要因素有汽缸中心線與曲軸主軸頸中心線的垂直度，連桿軸頸中心線與主軸頸中心線的平行度，連桿軸頸的圓柱度，連桿大、小頭孔中心線的平行度，以及活塞銷孔中心線與活塞中心線的垂直度等。

 

二、偏缸的判斷方法

 

      檢查活塞偏缸時，將不裝活塞環的活塞連桿組按各缸標記分別裝入汽缸，并按規定擰緊各道連桿軸承蓋螺栓。首先檢查連桿小頭端面與活塞銷座孔內端面之間的距離是否相等（如相差太大，多為汽缸中心線偏移所致）;然后轉動曲軸，使活塞在汽缸的上止點、中部及下止點時，分別檢查各汽缸活塞頭部前、后方向與汽缸壁的配合間隙（如圖1所示），視其是否相等來判斷活塞是否偏缸。檢查時，可能出現以下幾種情況：

（1）對活塞在汽缸上、中、下各部位的間隙進行檢測，測量方法如圖2所示。當結果均相等即活塞無偏缸現象。

（2）當各汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸（歪斜），即汽缸中心線與曲軸中心線不垂直。

（3）個別或幾個汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸，其原因可能是連桿彎曲，使大、小頭孔的中心線不平行，或活塞銷座孔及小頭襯套鉸偏，使活塞銷座孔中心線或連桿小頭中心線與活塞中心線不垂直。

（4）活塞在汽缸的上、中、下部位有不同方向的偏缸，綜合測量方法如圖2所示。其偏缸情況又可能有如下2種：

① 活塞在上、下止點改變偏缸方向，這可能是連桿軸頸圓柱度誤差過大所致。

② 活塞在中部改變偏缸方向，這主要是由于連桿因扭曲而使連桿小頭孔與大頭孔不在同一平面所造成。

      因為活塞在上、下止點時，雖然活塞銷中心線已相對于曲軸中心線扭轉了一個角度.但仍與曲軸中心線平行，所以活塞在上、下止點時不顯示偏缸。當活塞由上止點往下或由下止點往上運動時，由于連桿的扭曲而使活塞銷中心線向前或向后的傾斜角逐漸增大，直至活塞到達中部位置時，其傾斜角達最大，因而活塞在汽缸中部向前或向后的偏缸也最大。從中部繼續運動時，傾斜角逐漸減小，故偏缸也逐漸減小，直到活塞到達下止點或上止點時又居中。若連桿無扭曲現象，則連桿無論運動到什么位置，活塞銷中心線都平行于曲軸中心線，而且兩中心線方向一致，所以活塞不會偏缸。

 

圖1  柴油機活塞偏缸檢查方法

圖2  柴油機氣缸間隙測量方法

 

二、產生偏缸的原因

 

1、汽缸方面

      柴油發電機的活塞在汽缸上、中、下部位，向同一方向歪斜，可能是因鏜缸不當（鏜缸最大尺寸如圖3所示），發生汽缸軸線與曲軸軸線不相垂直（向發動機前后傾斜），汽缸軸線向前后位移等。維修方法如下：

（1）汽缸體的搪削對汽缸湯磨后的位置公差起決定作用。搪削汽缸應選擇立式搪床，盡量不要采用移動式鏜缸機。在制造廠生產汽缸體時，汽缸及曲軸主軸承座孔的加工定位基準，一般都是汽缸體的下平面及下平面上的定位孔，用立式鏜缸時采用的定位基準同樣是缸體的下平面，與制造廠一致，所以能較好地保證汽缸軸線與缸體兩端主軸軸承孔公共軸線的垂直度誤差。

（2）在用立式搪床削缸時，也必須先認真檢查缸體的下平面，不得沾有雜物，搪床在工作面也應擦干凈，這樣才能保證加工精度。修理車型單一的修理廠在使用立式搪床的同時，最好采用定位鏜缸法。因定位鏜缸時采用缸體兩端的主軸軸承孔作為定位基準，不僅可保證汽缸軸線與缸體兩端軸承公共軸線垂直，還可以保證各汽缸相互位置正確。

2、曲軸方面

      活塞在汽缸上（下）部位有不同方向的歪斜，可能因連桿軸頸錐形與主軸線不平行，或因曲軸箱變形和曲軸軸承配合不當，使曲軸軸線與汽缸軸線不相垂直，以及曲軸彎曲等'活塞在汽缸中部位置改變歪斜方向，是因為連桿軸頸軸線與曲軸軸線不在同一平面內（曲軸彎曲變形檢查如圖4所示）。修理方法如下：

（1）曲軸的光磨主要應注意檢查精磨定位基準的完好情況，一般是用前端的正時齒輪軸頸及后端的飛輪裝突端的外圓。在精磨主軸頸及連桿軸頸的兩次裝夾工件時，除定位基準必須選擇一致外，還應保證兩軸頸軸線的平行度公差要求。

（2）曲軸主軸承應在缸體軸瓦搪床上搪削加工，搪削時以缸體兩端的主軸軸承孔定位，且各道主軸軸承孔定位，且各道主軸承使一次加工完畢。這樣既保證了汽缸軸線的垂直度，又保證了各道主軸承孔軸線的同軸度。若與汽缸的定位鏜缸相配合，兩道工序的定位基準一致，則加工的位置精度將更高。

（3）手工刮削主軸不易保證各道主軸承的同軸度，跟無法保證主軸與軸線的垂直度。在發動機大修時應盡量不采用手工刮削軸承。

 

圖3  柴油機氣缸最大磨損值

圖4  柴油機曲軸彎曲變形檢查

 

3、連桿方面

      個別柴油發電機的活塞在汽缸上、中、下部位向同一方向歪斜，歪斜方向就是連桿小端自彎曲方向，在中部歪斜嚴重，上行和下行偏缸方向有改變，則為連桿扭曲。連桿有無彎曲、扭曲變形，一般是在連桿檢驗器上進行檢驗，連桿變形的檢測如圖5所示，變形檢測如圖6所示。

（1）檢測前

      檢測時，應將連桿大端軸承取下，將承孔清潔干凈（軸承被鏜削后的連桿在校正時不可將軸承拆下），然后將軸承蓋裝在連桿體上，并按標準力矩擰緊連桿螺栓，連桿大端安裝在連桿檢驗器可調橫軸上，擰動調整柄使半圓鍵向外擴張，將連桿固定在檢驗器上。

（2）檢驗工具

      檢驗工具是帶有V形槽的三點規。三點規上的三個測點在同一平面上，并與V形槽相垂直，下面兩測點的距離為100mm。而上面的一個測點，處在下面兩測點連線的垂直等分線上，與下面兩測點連線的距離也是100mm。

（3）檢測時，將三點規放在連桿小端的心軸或活塞銷上，使三點規的三個測點與檢驗器的平板相接觸。根據三測點與平板的接觸情況，便可判斷連桿有無彎曲、扭曲變形。

① 若三點規的三測點都與檢驗器的平板相接觸，說明連桿無變形。

② 若三點規僅上測點（或兩下測點）與平板接觸，且兩下測點與平板間隙相等，說明連桿有彎曲變形。這時用塞尺測量測點（或兩下測點）與平板接觸處，如兩下測點與平板間隙相等，說明連桿有彎曲變形。
這時用塞尺測量測點與平板的間隙值，便是連桿在100mm長度的彎曲值。

③ 檢驗時若只有一個下測點與檢驗平板相接觸，且上測點與檢驗平板的間隙等于另一個測點與平板間隙的一半，則表明連桿發生了扭曲。其下測點與平板的間隙便是連桿在100mm長度的扭曲值。

④ 檢驗時若一個下測點與檢驗平板接觸，但上測點與檢驗平板的間隙不等于另一個下測點與平板間隙的一半，則表明連桿同時存在彎曲、扭曲變形。下測點與平板的間隙為連桿在100mm長度上的扭曲值。上測點與平板的間隙和下測點與平板的間隙的一半的差值，為連桿在100mm長度上的彎曲值。

⑤ 使連桿大端端面與平板貼靠，測出連桿小端端面與平面的距離；將連桿翻轉180°，用同樣方法測出該距離，若兩次測出的數值不等，說明連桿存在雙重彎曲，兩次測得的數值之差即為雙重彎曲值。連桿雙重彎曲的檢查。汽車修理技術標準規定，連桿在100mm長度上彎曲值不應大于0.03mm，扭曲值不應大于0.06mm，超過允許極限時，應進行校正或更換連桿。

      連桿校正器是檢驗連桿彎曲和扭曲的專用工具，在柴油發電機的維修工作中用它既方便又能較好地保證質量，但根據工作條件和使用環境的不同，有的單位不一定具備，在這種情況下，可以采用柴油發電機的偏缸檢查方法檢查活塞連桿組的彎曲與偏斜現象。

 

圖5  柴油機連桿變形檢測

圖5  柴油機連桿雙重彎曲檢查

 

總結：

      總之，柴油發電機的偏缸不一定是單一零件的問題，影響它的因素有很多，因此，必須根據檢查情況多方分析，找出原因，加以修整。當發生偏缸后，應采用可靠的加工設備及合理完善的加工工藝，檢驗規范，并嚴格控制好諸如缸體、曲軸、連桿等主要零件每道加工工序的加工質量，就能從根本上杜絕偏缸現象。

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