故障檢查與技術維護

康明斯柴油機氣缸套的檢查及維修方法

 

摘要：缸套正常磨損特征為工作表面清潔光滑，無明顯劃痕、擦傷等痕跡，以及其圓度、圓柱度誤差、內徑增量（缸徑最大增量）小于規定值。一般而言，按照康明斯發電機組技術手冊的規定其鑄鐵缸套正常磨損率小于0.1mm。若超過此標準，便會導致氣缸套壁厚減薄、圓度及圓柱度誤差增大，從而致使燃燒室就失去密封性，柴油發電機功率下降。因此，維修工在柴油機大修時應按要求對缸套磨損進行檢測，掌握和控制氣缸套磨損狀況，防止發生氣缸套過度磨損。

 

一、氣缸組成及工作環境

 

      康明斯柴油機氣缸通常采用帶水套的濕式氣缸套，由氣缸套、水套和橡膠封水圈等組成。氣缸周圍布置有氣缸蓋和活塞組，由氣缸套的內表面和活塞頂面以及氣缸蓋底面共同構成柴油機的燃燒空間。

      氣缸套置于機體的氣缸體孔中，上由氣缸蓋壓緊固定。活塞在其內孔作往復運動，其外有冷卻水冷卻。與缸蓋、活塞共同構成氣缸工作空間。氣缸套內表受高溫高壓燃氣直接作用，并始終與活塞環及活塞裙部發生高速滑動摩擦。外表與冷卻水接觸，在較大溫差下產生嚴重熱應力，受冷卻水腐蝕。活塞對缸套的側推力不僅加劇其內表摩擦，并使其產生彎曲。側推力改變方向時，活塞還撞擊缸套。此外還受到較大的安裝預緊力。

      氣缸套內表面還起到活塞作往復運動的導向作用，并且向周圍的冷卻水傳遞部分熱量。冷卻水在水套與氣缸套外壁之間的水腔內流通，與氣缸套外壁直接接觸，而不與機體內壁接觸。柴油機工作時，由于燃料直接在氣缸內噴射燃燒，氣缸受到周圍變化的高壓氣體的作用，承受活塞運動時交變的側壓力、氣體壓力、摩擦力以及氣缸蓋螺栓預緊力的綜合作用，氣缸套易發生振動和變形，導致氣缸套外壁、內表面磨損嚴重。對于外表面和冷卻水直接接觸的濕式氣缸套由于氣缸的變形、振動和冷卻水的腐蝕，易使氣缸套產生穴蝕破壞。

      穴蝕是指氣缸套和冷卻水接觸的外表面被腐蝕成許多針狀孔洞，孔洞表面清沽，無腐蝕生成的沉積。這些孔洞逐漸擴大、深化，最后使氣缸套穿透，這種腐蝕稱為空穴腐蝕，簡稱穴蝕或點蝕。

 

二、氣缸套外部的維護與檢查

 

1、氣缸套除銹和清洗

      氣缸套外部維護與檢查時，應首先把氣缸套外表面的銹跡和水垢清除，用鋼絲刷子、蒸汽箱或溶液槽等清潔方法從柴油發電機氣缸套外面除去繡和水垢。

2、氣缸套裂紋檢查

      檢查氣缸套凸緣的下部、氣缸套底部和氣缸套密封環槽等處有無裂紋。可采用磁力探傷法或著色探傷法檢查。柴油發電機氣缸套如有任何一種形式的裂紋均必須予以更換。

3、氣缸套腐蝕和穴蝕檢查

      檢查氣缸套的外表面是否有腐蝕和穴蝕。

（1）當腐蝕、穴蝕的深度達到1.6mm或更大時，缸套應報廢。

（2）檢查氣缸套凸緣下面有無腐蝕、穴蝕。如果不平處不能用細紗布磨掉，則缸套應報廢。

（3）如果某一柴油發電機氣缸套有微小的穴蝕針孔存在，可繼續使用，但安裝必須將缸套有穴蝕針孔的部位安裝在曲軸最長的中心方向一側。

4、輔助部位的測量

（1）測量氣缸套法蘭的厚度

       使用千分尺測量柴油發電機氣缸套法蘭的厚度。利用該測量值可以預估柴油發電機氣缸套的突出量。座孔墊環游不同的厚度尺寸，可以幫助調整柴油發電機氣缸套的突出量。

（2）測量套法蘭的外徑

      用千分尺測量柴油發電機氣缸套法蘭的外徑。

（3）氣缸套配合部分的外徑測量

       用千分尺測量柴油發電機氣缸套的鋪助壓配合部位的外徑，此外，應檢查柴油發電機氣缸套的外沿和底平面處事否有磨損。可用肉眼直接觀察上述區域是否有磨亮的小塊面積，如果看不到機械加工的痕跡區域在長度上超過13mm時，缸套必須更換。

 

圖1  氣缸套突出量檢查工具安裝示意圖

圖2  缸套凸肩部分的突出量檢測位置

 

三、氣缸套內表面檢查與測量

 

      氣缸套內表面檢查時，首先直觀檢視氣缸套內表面的拉傷、劃痕情況，看拉傷深度是否能被手指甲感覺出來。如能感覺到，則必須更換氣缸套，再測量與檢查。

1、氣缸套拉傷檢查

      檢查缸套內表面的拉傷劃痕情況，看拉傷深度是否能被手指甲感覺出來。如果手指甲能感覺有拉傷、劃痕就必須更換。

2、檢查氣缸套內孔的磨亮情況

（1）輕微的磨亮

      在磨損的區域處產生出一種光亮的鏡面，并留有磷化鍍層的痕跡和原始珩磨加工的跡線。

（2）中等程度的磨亮

      在磨損的區域處產生出一種光亮的鏡面，并有非常輕的原始珩磨痕跡，或某種蝕刻形狀的明顯斑痕。

（3）嚴重程度的磨亮

      在磨損的區域內產生一種光亮的鏡面，不再有珩磨加工的痕跡或某種蝕刻形狀的斑痕。缸套內孔若有以下情況就必須予以更換：

① 在活塞環移動的區域內，有超過20%的一種磨亮部分。

② 在活塞環移動的區域內有種等程度和嚴重程度的磨亮面達30%，其中一半（15%）屬嚴重磨亮部分。

3、氣缸套的磨損量測量

      對氣缸的磨損情況，如果有條件的情況下，可采用缸套內徑自動檢測臺，如圖3所示。一般情況下，應采用內徑量表（量缸表）在其上、中、下部位測量磨損量，如圖4所示。如果磨損量超過氣缸套最大直徑0.10mm時，應更換氣缸套。更換的新氣缸套的話必須應保證氣缸套高出氣缸體的上平面。出現拉缸等故障時，則必須進行鏜缸和大修。

（1）用內徑千分表（量缸表）的上、中、下部位置測量缸套內徑，如圖4（a）所示。在每個測量部位互相長90°的兩個位置。

（2）用內徑千分表測量氣缸套內孔的圓度，如圖4（b）所示。在離氣缸頂平面25.4mm處，測量缸套內孔圓度，不應超過0.08mm，測量下部缸套內孔圓度，不應超過0.05mm。

      例如，6BT系列康明斯柴油發電機，如果缸套磨損超過柴油發電機氣缸套最大直徑0.1mm，應更換柴油發電機氣缸套或擴磨到下一級加大尺寸。對加大尺寸的柴油發電機氣缸套，活塞相應地有三級加大尺寸，即0.50mm、0.75mm和1.00mm。通常換用新的標準尺寸的柴油發電機氣缸套要比鏜磨到加大尺寸的柴油發電機氣缸套來的經濟，并可繼續使用標準的活塞和活塞環。

 

圖3  缸套內徑檢測臺示意圖

圖4  用量缸表測量氣缸磨損量

 

四、氣缸套的修理方法

 

      當柴油機功率明顯下降，氣缸部位有敲缸響聲時，可先拆下氣缸蓋，轉動曲軸把活塞轉到上止點，用手前后方向推動活塞頂部，若感覺到活塞裙部有大的擺動量，說明氣缸磨損嚴重，需要拆卸氣缸套鏜缸或磨缸。如還繼續使用，不僅加快氣缸的磨損，縮短柴油機的使用壽命，而且會造成加大鏜缸的等級。

1、鏜缸或磨缸的條件

      一般有下列情況之一者應鏜缸或磨缸。

（1）單缸柴油機型氣缸套磨損超過0.04mm，多缸柴油機型氣缸磨損超過0.37mm，應進行鏜缸。

（2）活塞粘缸劃出嚴重的痕跡。

（3）氣缸壁被燒壞的活塞環嚴重擦傷。

（4）氣缸壁被活塞銷卡簧劃出溝痕，特別嚴重時應換用新氣缸。

（5）氣缸壁嚴重銹蝕或出現麻點。

2、鏜缸步驟

      鏜缸的目的是恢復氣缸的正圓柱形和光潔度，以恢復柴油機的動力性能，其步驟如下：

（1）清潔氣缸內的積碳，整修缸體上平面。

（2）根據氣缸最大磨損直徑，參照活塞的加大規格，決定修理尺寸，計算出鏜削量。

（3）確定鏜削次數。

      一般鑄鐵氣缸，第一刀因氣缸表面硬化層和氣缸磨損不均勻造成鏜削時負荷不均，最后一刀為提高表面光潔度，其進刀量應小些，一般為0.05mm左右，中間幾次進刀量可大些，但不得超過鏜缸機限制的最大允許進刀量。

（4）固定鏜缸機和缸體。

      用同心法定中心，如圖5所示。同心法是在氣缸上口第一道活塞環以上未磨損部位定中心。定心桿球端距離氣缸頂面3~4mm。如果氣缸上口因更換活塞環時刮過缸口，也可以在氣缸下部磨損很輕微的部位定中心，使鏜缸機主軸與原來氣缸中心線重合，這樣鏜削后的氣缸與原來氣缸是同一中心。

（5）鏜削最后尺寸，應根據活塞裙部直徑及活塞與氣缸間規定的間隙，留有磨缸量。鏜缸后，缸口應加工成75°倒角，以便于活塞連桿的裝配。

3、磨缸步驟

      磨缸是把磨頭放入氣缸孔中，使用氣缸內平面拋光機，讓磨頭在缸孔內作旋轉或往復運動，如圖6所示。磨缸的目的是為了提高氣缸壁表面的光潔度，同時氣缸尺寸也會有少量的改變，達到要求的配合尺度。磨缸是氣缸修理的最后一道工序，其質量的好壞直接影響到柴油機的使用性能和壽命。磨缸的步驟如下：

（1）將鏜過的氣缸加以清潔，清除氣缸內的鐵屑。

（2）珩磨鑄鐵氣缸的磨頭砂條應選用碳化硅質（代號TL和T的綠、黑兩種顏色）、中軟（代號ZR1、ZR2）。粗磨時，選用150~180粒度的砂條；細磨時，選用280~320粒度的砂條。

（3）砂條對氣缸壁的壓力，是決定氣缸壁光潔度的重要因素之一。壓力過大，氣缸壁表面粗糙度大；壓力過小，會將氣缸磨成錐形或橢圓。實踐經驗證明，先將磨頭放入氣缸內，用手旋轉調整盤，使砂條向外擴張，直到砂條緊壓氣缸壁，松開手后，磨頭不能自由下落，上下移動時又沒有很大阻力為合適。

（4）磨缸時，應使磨頭旋轉，又上下往復運動，磨頭的旋轉速度和上下運動的速度，應有一定的比例，多選用1:3或1:4的比例。一般鑄鐵氣缸，磨頭的線速度為60~75m/min。砂條上下露出缸口過多，磨成喇叭口，如果重疊，又會磨成腰鼓形。磨缸時，應加注適當的冷卻清洗潤滑劑，一般用煤油、柴油或煤油中加15%~20%的機油，以清洗氣缸壁，沖掉磨屑，并冷卻缸體，使缸體不致因受熱膨脹而變形。在磨缸過程中，必須經常用量缸表測量缸徑。磨至所需要的精確尺寸時，不要再轉動調整盤，可用00號砂紙包在磨頭上，將氣缸壁拋光。

（5）氣缸表面應光滑看不見磨痕。氣缸的圓柱度、圓度一般不大于0.015mm。

 

圖5  柴油機鏜缸示意圖

圖6  柴油機氣缸內平面拋光機

總結：

      大都安裝有美國原裝康明斯柴油發電機的企業和用戶，屬于90年代早期康明斯產品。該批量柴油發電機零件多，特別是氣缸套部件，在運行過程中會由于原材料材質不良或運行過程中由于參數變化，異常磨損等因素，使零部件提前失效，造成事故發生。為減少該類事故的發生，提醒用戶和維修人員應當正常科學運行維護和檢修。

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