故障檢修與技術維護

活塞環和銷孔的磨損檢查、鉸削及維修方法

 

摘要：活塞組件是保持燃燒室良好密封的關鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復運動，以帶動曲軸旋轉。因此，在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環是最容易磨損的零件之一，活塞銷是受力最大的零件之一。因此，不管是什么級別的修理，只要分解到活塞組件，均需進行一般性檢查，以判斷活塞組件技術狀態是否完好，要不要更換。測量部位包括測深孔內徑、小孔內徑、窄槽寬度、外徑、槽寬、兩孔距、深度、厚度、圓度、錐度、同軸度、直線度、平面度、平行度、垂直度、通氣度和密封性等。

 

一、活塞組件的一般性檢查

 

      活塞和活塞環是保持燃燒室良好密封的關鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復運動，以帶動曲軸旋轉。因此，在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環是最容易磨損的零件之一。因此，不管是常規檢查、保養，還是中修或大修，只要分解到活塞組件，均需進行一般性檢查，它主要有以下幾個方面。

1、活塞組件的分解

      按照分解順序拆下氣缸體后，可從柴油機上取下活塞連桿組，如圖1所示。首先用尖嘴鉗施力夾住活塞銷擋圈槽內的擋圈，將其取出。然后用螺絲刀或尖嘴鉗從另一個方向推出活塞銷，小心取出活塞，此時要細心，不要損壞活塞的工作表面。通常情況下，活塞銷能被輕輕推出。如果活塞銷由于銷孔變形等原因難以取出時，不要用錘子施力沖擊，更不能向連桿施加橫向力，避免造成連桿彎曲變形。正確的方法是：先用干凈的布頭墊在活塞下面，防止活塞銷擋圈等零件掉入曲軸箱內，然后用活塞銷專用拆卸工具頂出活塞銷。倘若沒有活塞銷專用拆卸工具，可在被頂出的一側持一適當工具預先頂在活塞銷座處，再用小圓桿頂住活塞銷，用手錘輕輕敲擊活塞銷，直至其脫離活塞銷孔。

2、拆卸活塞環

      輕輕張開活塞環開口，直至活塞環內圈大于活塞外徑，從開口的相反方向取出第一和第二道活塞環。因為活塞環材料較脆容易折斷，所以操作時要謹慎，最后取出油環組件。活塞環組件是重要的運動摩擦副零件，應注意配對存放。

3、清除活塞表面積碳

      活塞組件分解后，根據不同情況分別予以清洗或清潔處理?；钊敳坑蟹e碳，需要用不尖銳的竹器刮片或非金屬刮片小心去除，有條件時，可用專用清洗劑清洗?；钊h槽內的積碳，可使用同機型的廢舊活塞環清除，但注意不要劃傷活塞表面。

4、檢查活塞表面的磨損情況

      檢查活塞外表面是否有擦傷和劃痕。如果活塞裙部呈白色，說明該活塞磨損較輕微，可以繼續使用。倘若活塞表面有淺皮或輕微劃傷，而裙部有1/3處呈黑色，其表面有絲縷狀的磨痕，可用400”砂紙研磨修復，再測量其它相關尺寸，沒有超過使用極限尺寸后，可以繼續使用。如果活塞裙部有1/2以上呈黑色，則表明活塞磨損嚴重，應修理或更換。

      檢查活塞環槽是否有偏磨，如果磨損嚴重，則予以更換。同時還應注意檢查油環槽內的回油孔是否通暢。因為，如油環刮下來的潤滑油不能通過環槽內的回油孔下泄，就會造成潤滑油上竄導致燒機油故障。否則，用高壓空氣清掃。

5、檢測活塞直徑

      將活塞平放在工作臺面上，持千分尺在與活塞銷呈90°方向的活塞裙部下端的指定位置測定活塞外徑，如圖2所示。對于活塞裙部的指定位置，應參照各機型柴油發電機使用維修手冊的規定。測量完活塞直徑后，再計算氣缸直徑尺寸，小于使用極限值必須予以更換。與活塞的配合間隙若大于使用極限值，應更換或修理。

6、檢測活塞環閉口間隙

      用活塞頭部將活塞環推入氣缸中，并保持活塞環的水平狀態（應裝在磨損量最小的氣缸下部）。持塞尺片測量活塞環的閉口間隙，如果大于使用極限值，應予以更換。

7、檢查活塞銷孔

     持內徑百分表測量活塞銷孔的內徑。測量時，應在x、y方向上測量，將測量的最大值作為活塞銷孔的內徑，若大于使用極限值，應予以更換。

8、檢測活塞銷外徑

      在活塞銷和連桿小頭摩擦的3個不同位置，如圖3所示；測量活塞銷的外徑，如圖4所示。如果小于使用極限值，應更換活塞銷。測量時，活塞銷孔的內徑尺寸減去活塞銷的外徑尺寸即可得出其配合間隙的大小，若超過使用極限值，應更換。此外，在測量四沖程柴油機活塞銷外徑時，應結合測量連桿小頭孔的尺寸，將連桿小頭孔的內徑減去活塞銷的外徑，即可得出配合間隙。如果超過使用極限值，應更換。

9、檢查活塞銷擋圈

      一般情況下，擋圈使用一次后，再次裝配時應更換。如果手中沒有需要更換的配件，可以通過觀察擋圈在自由狀態下的直徑及是否變形等情況，倘若自由狀態下的直徑大于活塞銷孔直徑3mm以上，且擋圈四周沒有明顯的變形和擠壓傷痕等缺陷，可以繼續使用，否則應更換。

 

圖1  活塞組件拆卸示意圖	圖2  活塞外徑測定方法（千分尺）
圖3  活塞銷外徑測量示意圖	圖4  活塞銷外徑和長度測量位置點

 

二、活塞的常規修理

 

      對于在以上檢查過程中不符合技術要求的零件，有的已經損壞，需要更換。而有的沒有完全損壞，但也沒有達到使用極限值，可以根據情況適當修復。

1、活塞的修磨

      有部分活塞由于柴油機吸入了少量的灰塵和細微雜質，使其裙部和氣缸內壁產生了輕微的拉毛和擦痕，測量活塞裙部尺寸沒有超過使用極限值，可用600～800*的砂紙摩擦修整。

2、活塞銷孔的鉸削

      活塞銷分為全浮式和半浮式兩種結構，其位置如圖5所示。如果活塞銷孔經過測量已經磨損過量，新的活塞銷放進去松曠，說明該活塞已經不能繼續使用，測量方法如圖6所示。由于部分制造廠生產的活塞配件，銷孔留有一定的加工余量。當更換新活塞時，應先用活塞銷試配一下，在確認活塞銷孔需鉸削后，可按以下工藝流程進行鉸削：

（1）根據活塞銷孔的實際尺寸，選擇合適規格的活絡鉸刀，以保證兩孔的同軸度。將活絡鉸刀夾在臺鉗上，調整鉸刀，使刀片上端露出活塞銷孔，最好用0～25 mm的外徑千分尺測量鉸刀的最大刃口，以便于控制其鉸削量。

（2）鉸削時，兩只手扶穩活塞均勻輕壓施力，按順時針方向旋轉。當活塞銷下方與刀片下端接近平齊時，兩手仍按順時針方向朝著上方同時提起，使活塞從鉸刀脫出，避免鉸偏或起棱。調換活塞方向，重鉸一次。一般每次的鉸削量以0.02～0.04 mm（鋁合金活塞）為宜。然后，將活絡鉸刀上的調整螺母旋轉60°~90°，為防止鉸削量過大，應用活塞銷試配，當接近配合要求時，鉸削量要減小。只要用手指能將活塞銷推到銷孔的1/3處時，則停止鉸削。

（3）對銷和孔是過渡配合的活塞，在鉸削完后，還應熱裝試驗。先測量活塞的裙部尺寸，然后將活塞放入機油中加熱到100~120℃，并保溫15 min左右，取出活塞迅速將活塞銷裝入銷孔中，待零件完全冷卻后，再次測量活塞裙部尺寸的變化情況，其活塞裙部的圓度不得大于0.03mm。若超過，均屬配合過緊，可再略加鉸削。銷和孔為過渡配合的，裝配時，應將活塞加溫至80℃左右，再裝入活塞銷。

3、檢修活塞銷

      如果活塞銷外表沒有任何傷痕和磨損痕跡，只要測量其外徑不超過使用極限值，均可繼續使用，常用機型的活塞銷尺寸見表2。對部分外表有輕微拉傷或燒傷痕跡的活塞銷，可以用800*細砂紙輕輕打磨，且邊旋轉邊打磨，直至燒傷痕跡消失。如果經過修磨不能消除傷痕，只有更換新的活塞銷。

 

圖5  柴油機活塞銷和銷孔位置圖

圖6  活塞銷孔徑和外徑、間隙測量

 

三、活塞環檢修

 

1、銼修活塞環端口

      活塞環是運動摩擦副零件，如果已經超過使用極限值，必須更換。通常活塞環除了有標準尺寸外，有的生產廠家提供了加大級的修理尺寸，每一級加大0.25 mm，其尺寸標準一般都在包裝盒內。經過鏜缸修理的氣缸，應選用同一級別的活塞環與之相配合。若是更換新環，要檢查端口間隙。如果閉口間隙太小，柴油機工作時受熱膨脹，其開口部分可能會頂到一起，極易導致漲缸故障。因此，當檢查到閉口間隙不符合該機型使用說明書標準值時，要銼修端口，其操作方法，如圖7所示，在銼修過程中必須經常檢查，防止端口間隙過大。常用機型活塞環開口間隙可參考使用說明書。通常情況下，活塞環的最小開口間隙取值為0.0038×D（D為氣缸直徑），使用極限值為（0.0038×D）×2.5。經過銼修的開口應平整，開口合攏不能有偏斜的現象，更不允許有外喇叭口。銼修后，應去掉端口間的毛刺，并作0.2～0.3 mm的圓弧倒角。

2、檢測環槽側隙

      銼修好的活塞環經清洗干凈后，還必須檢查活塞環的側隙磨損量是否符合標準，如圖8所示。先將活塞環放在環槽內作四周轉動，在不發卡、不呆滯的情況下，用塞尺規測量其間隙。

      修理發電機組時，如果說明書沒有詳細說明，一般可用經驗值作為參考?；钊h和活塞環槽的經驗值為：缸徑≤60mm，水冷機取≤0.03 mm，風冷機取≤0.04mm，使用極限值為0.10mm；缸徑≥60mm，水冷機取≤0.04 mm，風冷機取≤0.05 mm，使用極限值為0.12 mm。如果活塞環與活塞環槽之間最寬處和最狹處相差大于0.05mm時，說明環槽已嚴重變形，應更換活塞。

      如活塞環在清潔的環槽內轉動時有發卡現象，或測量其側隙小于0.02 mm時，應修磨。修磨時，可將活塞環放在鋪有400*～600*細砂紙的平板上，用手均勻施壓，往復運動和旋轉運動相結合，運動軌跡呈“8”字形，且邊磨邊轉動活塞環的方向，同時過一會兒要測量一下環的高度，避免磨得過多，直至符合標準值為止。

 

圖7  柴油機活塞環端口銼修

圖8  柴油機活塞環槽磨損示意圖

 

四、活塞組件的針對性檢查

 

      針對性檢查，是指柴油機出現故障或懷疑存在某種故障時，對其總成或分解后進行的針對性檢查。

1、活塞壓縮高度的檢測

      由于各型柴油機的壓縮比和承載的熱負荷不同，即使是直徑相同的活塞，在相關尺寸上也是有差別的。其中，活塞的壓縮高度是活塞零件中的一個重要尺寸，它會影響柴油機的壓縮比和點火提前角。因此，更換活塞時一定要測量活塞的壓縮高度。

2、檢查活塞頭部跳動

      活塞頭部一般比活塞裙部小約0.3～0.4 mm，主要是考慮到活塞頂部燃燒膨脹溫度較高的緣故。如果活塞頭部相對于裙部跳動過大，會引起活塞在換向時與氣缸壁相碰，從而引發異響。為此，應利用活塞下部的定位止口測量。

      在活塞的結構中，活塞裙部的下口有一個車出的止口，這是活塞加工的基準。可車制一個平行塊規連同活塞件靠在一垂直塊的側面，將磁性百分表擱在活塞頭部（即第一道活塞環槽以上的外圓面）的最高點上不動，此時用手轉動平行塊規（連同活塞）1周以上，并注意觀察百分表指針的讀數值。若活塞頭部的跳動值超過0.05 mm，則說明該活塞明顯存在加工缺陷，應予以更換。

3、檢測活塞壁厚

      活塞裙部是緊靠氣缸壁上下運動的，因此，要求活塞裙部的兩側面的壁厚均勻（相差不超過0.20 mm）。這樣，柴油機工作后，活塞裙部緊靠氣缸壁兩側的熱膨脹才會保持一致。測量時，可以使用游標卡尺測量。

4、檢測活塞頂部厚度

      活塞的頂部厚度是承受燃燒爆炸壓力的部位，其頂部厚度尺寸非常重要，如果厚度尺寸過小，活塞頂部極易在高溫、高壓環境下受熱膨脹變形。測量時，可以利用活塞銷孔為中心測量，有條件時，車制一個中間帶孔（便于游標卡尺的測量爪伸入）的平行塊規測量。用活塞的總高度減去活塞底部至活塞頂內腔的尺寸，就可得到活塞頂的厚度。如果活塞頂厚度小于2.5 mm，最好不要裝配使用。其步驟是使用活塞環槽磨損量規（零件號 3824846）和152 至177mm的千分尺檢查頂部環槽（壓縮環）。當活塞溫度在 21°C時，分別在相隔 90 度的兩個位置測量頂部和第二環槽（跨棒距法），如圖9所示。

5、檢測活塞環槽寬度和底徑（即深度）

      在柴油機工作過程中，活塞環與活塞環槽上下兩側面相接觸，如果環槽過寬或過窄，都會對活塞環的自由運動和密封性能產生一定的影響。而活塞環在作徑向運動時，其活塞環槽的底徑與活塞環的內徑又必須留有一定的間隙（即活塞環的背隙）。因此，應對活塞環槽的寬度和底徑分別測量。

（1）檢測活塞環槽寬度

      可用一新活塞環插入所要檢測的活塞環槽內。然后持塞尺片插入活塞環與環槽之間，檢測其間隙，如圖10所示。如果測量的側隙過大，說明活塞環槽寬度磨損嚴重，已超過使用極限值，應更換活塞。

（2）檢測活塞環槽底徑（即深度）

       由于活塞環槽寬度只有1 mm，一般測量卡尺伸不進去，可將活塞環外圓嵌入活塞環槽底部，活塞環沉入環槽內的數值即為其背隙，氣環背隙值為DK+0.5，油環背隙值為DK+1.5。其中，D為氣缸直徑；K為常數，鋁合金活塞取0.006、鑄鐵活塞取0.004?？紤]到實際測量比較困難，建議找一段長度約為150 mm的電線，剝去外皮，取電線中間的線徑為活塞環背隙值相近的銅芯線（約0.40～50mm），一頭彎成與活塞環槽底徑相同的圓弧狀，先墊在環槽內。然后，將活塞環外圓抵到預先墊在環槽內的銅芯線上，如果環的內側面正好與活塞外圓面相平，測量墊在環槽內的銅芯線尺寸即可。倘若環的內側面高于活塞外圓面，可取出環槽內的銅芯線，用小錘輕輕均勻拍打，使銅芯線直徑變細，測量其直徑后，放入環槽內，再按以上方法檢驗，直至環的內側面與活塞外圓面正好齊平。如果檢查結果正常，還需將活塞環沿著活塞環槽的四周滾動一圈，如發現其背隙值有大有小，即可判定為活塞環槽底徑與裙部外徑不同心。若活塞環與環槽的背隙值差超過0.30mm，應更換活塞。

 

圖9  柴油機活塞環槽測量

圖10  活塞環油環槽寬度測量

 

總結：

      在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環（氣環、油環）是最容易磨損的零件之一，活塞銷是受力最大的零件之一。因此在柴油機活塞組件更換時一定要進行相關的檢測，根據判定標準進行判斷是否需要更換相關組件。另外，售后維修出現的故障現象往往十分復雜，應由簡單到復雜的邏輯進行排查和維修，從而節約維修時間，提高維修效率。

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