技術(shù)維修與康明斯知識

康明斯柴油發(fā)電機氣缸套活塞環(huán)早期磨損

摘要：柴油發(fā)電機氣缸套和活塞環(huán)是在高溫、高壓、交變載荷和腐蝕的情況下工作的一對摩擦副。長(cháng)期在復雜多變的情況下工作，其結果是造成氣缸套磨損變形，影響了柴油發(fā)電機的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和使用壽命。認真分析氣缸套磨損變形的原因，對于提高柴油發(fā)電機的使用經(jīng)濟性有十分重要的意義。氣缸套的工作環(huán)境十分惡劣，造成磨損的原因也很多。通常由于構造原因允許有正常的磨損，但使用和維修不當，就會(huì )造成非正常磨損。針對柴油機氣缸套磨損對柴油發(fā)電機造成的危害，以及縮短柴油發(fā)電機使用壽命，根據自己工作的體會(huì )，談?wù)勅绾伪苊膺@類(lèi)故障的危害。

一、氣缸套磨損的規律

1、使用不當

      氣缸套的工作環(huán)境十分惡劣，造成磨損的原因也很多，受熱狀態(tài)模擬圖如圖1所示。通常由于構造原因允許有正常的磨損，但使用不當，就會(huì )造成非正常磨損。柴油發(fā)電機在工作時(shí)高速旋轉，氣缸套磨損由于活塞位于不同位置時(shí)的工作條件不同，其磨損量有明顯區別。一般規律是活塞在上止點(diǎn)8度至12度（曲軸轉角）位置時(shí)，第一道活塞環(huán)與氣缸壁接觸部位磨損最嚴重，在一個(gè)大修時(shí)間的使用期中，最大徑向磨損可達0.2至0.3mm，由上往下，磨損量顯著(zhù)減小，這種上大下小的磨損，使氣缸成為“錐形”。

2、保養不當

      在特殊情況下，如機油中未濾清的金屬屑和雜質(zhì)隨機油濺到缸壁表面產(chǎn)生磨料磨損時(shí)，則磨損成類(lèi)似“腰鼓形”。這是因為金屬屑和雜質(zhì)，隨活塞在氣缸中部運動(dòng)速度最大，因而對缸壁磨削作用也最大，在缸壁上部不與活塞環(huán)接觸的部位，幾乎沒(méi)有磨損，故形成一道明顯的臺階，俗稱(chēng)“缸肩”

3、維修不當

（1）氣缸套安裝位置不當。

      在安裝氣缸套時(shí)，若存在安裝誤差，氣缸中心線(xiàn)和曲軸軸線(xiàn)不垂直，會(huì )造成氣缸套非正常磨損。

（2）連桿銅套孔偏斜。

      在修理中，鉸削連桿小頭銅套時(shí)，鉸刀傾斜而造成連桿銅套孔偏斜，活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)與連桿小頭中心線(xiàn)不平行，迫使活塞向氣缸套的某一邊傾斜，也會(huì )造成氣缸套非正常磨損。

（3）連桿彎曲變形。

      由于飛車(chē)事故或其它原因，受撞擊的連桿會(huì )產(chǎn)生彎曲變形，若不及時(shí)校正而繼續使用，也會(huì )加速氣缸套的磨損。

      氣缸磨損除上述規律外，還會(huì )使氣缸失去正圓形狀而成橢圓形，即“失圓"。氣缸失圓的原因隨車(chē)型，結構及維護，使用條件的不同而不同。柴油機一般由于氣缸套側面冷卻效率較高（冷卻水從缸體側面進(jìn)入）及活塞的側壓力較大，使氣缸壁的橫向磨損大于縱向磨損而造成失圓。此外，多缸柴油發(fā)電機各缸的磨損量也不均勻，一般冷卻強度比較高的缸磨損量比較大。

圖1  柴油機氣缸套高溫受熱狀態(tài)模擬圖

 

二、減少氣缸套磨損的措施

      根據上面對氣缸套磨損規律的分析和了解，可以得出，減少氣缸磨損除在設計制造上采用抗腐蝕、耐磨損的措施外，還可以從下面幾點(diǎn)中做到減少氣缸磨損。

1、正確安裝氣缸套

（1）檢查機體機面各止口是否有鐵屑，污物，毛刺，磕碰傷等。若有污物用毛巾擦凈，鐵屑用毛刷清掃，毛刺和輕微磕碰傷用油石打磨，用干毛巾擦拭干凈并用755清洗劑清洗干凈，先把各膠圈裝入缸套相應環(huán)槽內，各膠圈應完好無(wú)損，不得扭曲，并在密封圈和環(huán)槽處涂適量潤滑油。在機體缸孔密封帶涂適量潤滑油，各止口處涂密封膠然后把缸套裝入機體，用玻璃膠槍在機體頂面止口處涂φ2.5左右均勻連續的密封膠。

（2）氣缸套安裝的注意事項

① 氣缸套檢查合格后，裝上新密封膠圈，保證密封膠圈平整而不扭曲，不得沾油，以免橡膠變軟，彈性減弱失去密封作用。

② 將氣缸套放入氣缸體氣缸孔中，雙手均勻用力將氣缸套壓裝到位（裝配時(shí)不能敲擊氣缸套）。

③ 如有條件，應在裝好氣缸墊，氣缸蓋后，用2-4kpa的壓力進(jìn)行水壓試驗，以不滲漏為合格。

2、正確啟動(dòng)和運行

      冷車(chē)啟動(dòng)時(shí)，由于溫度低，機油粘度大，流動(dòng)性差，使機油泵供油不足。同時(shí)，原缸壁上機油在停車(chē)后沿缸壁下流，使啟動(dòng)瞬間得不到工作時(shí)那樣良好的潤滑，致使氣缸壁磨損大大增加。為減少磨損，初次啟動(dòng)時(shí)應將柴油發(fā)電機轉幾圈，待磨擦表面得到潤滑油后再供油啟動(dòng)，燃料而不裝空氣濾清器，這是絕對不允許的。據試驗，在沙土路面上不裝空氣濾清器造成的磨損，比裝空氣濾清器的大幾十倍甚至百倍。機油濾清器和柴油濾清器如發(fā)生短路或堵塞會(huì )引起柴油發(fā)電機潤滑不良，造成各個(gè)零件的不正常磨損。

3、保持溫度

      保持柴油發(fā)電機的正常溫度在80℃—90℃，因為溫度過(guò)低，不能保持良好的潤滑，增大缸壁磨損，氣缸內的水蒸氣易于凝結成水珠溶解廢氣中的酸性氣體分子生成酸性物質(zhì)，使氣缸壁受到腐蝕磨損，試驗證明，當氣缸壁溫度由90℃下降到50℃時(shí)，氣缸磨損量為90℃時(shí)的4倍，反之溫度過(guò)高，會(huì )使氣缸強度降低而加劇磨損，甚至可能使活塞過(guò)度膨脹而造成“脹缸”事故，使氣缸套報廢。

4、保持良好的潤滑

（1）除要求保持機油正常溫度外，還應保證機油壓力符合原廠(chǎng)說(shuō)明書(shū)的規定。

（2）經(jīng)常檢查和保持機油的數量，質(zhì)量，按季節選用適當粘度的機油。（3）在保修換環(huán)作業(yè)中選用彈力適當的活塞環(huán)（彈力過(guò)小會(huì )使燃氣竄入曲軸箱吹落缸壁上的機油，增大缸壁磨損，彈力過(guò)大會(huì )直接加劇缸壁的磨損或因缸壁上的油膜遭到破壞而加劇磨損）。

5、加強“三濾”的保養工作

      應經(jīng)常檢查濾清器是否短路，這是防止機械雜質(zhì)進(jìn)入氣缸，減輕缸壁磨損延長(cháng)柴油發(fā)電機使用壽命的一項重要措施，這在多風(fēng)沙地區尤為重要。有的為了片面追求節約，不對空濾進(jìn)行經(jīng)常性更換。

6、提高保修和裝配質(zhì)量

      嚴格按照發(fā)電機組的技術(shù)標準進(jìn)行保修作業(yè)，防止因修理和裝配不當而加速活塞與氣缸壁的磨損，因此應注意：

（1）選用與氣缸套分組記號相同的氣缸套，以保證氣缸套與其座孔的配合間隙正常，防止氣缸套變形或工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，減輕氣缸套磨損和“穴蝕”損壞。同時(shí)，活塞也要相應選配，以保證活塞與氣缸套的配合間隙符合要求。

（2）應清除氣缸體內的鐵銹，污垢及其它雜質(zhì)，并用細沙布輕擦氣缸體與氣缸套的結合處，使其露出金屬光澤，特別是與密封膠圈的接觸處必須光滑、平整、以免漏水。新缸套內外表面的防銹油和雜質(zhì)應洗凈擦干。

（3）檢查氣缸套圓度公差（內腔同一平面選取三點(diǎn)測量）不超過(guò)0.01mm。

（4）將氣缸套裝入氣缸體氣缸孔中檢查其凸肩高出氣缸體頂面的高度是否符合要求（一般為0.02—0.13mm見(jiàn)圖1放大圖），以保證氣缸墊有良好的密封作用。并檢查各氣缸套高出缸體上平面高度差（不大于0.05mm），以免擰緊缸蓋螺栓時(shí)缸蓋變形或密封不嚴。

 

三、故障案例分析

 

1、故障案例現象   

      一臺康明斯6CTA8.3系列柴油發(fā)電機，保修原因為柴油發(fā)電機無(wú)力，排氣管冒黑煙。進(jìn)一步檢查，加機油口及曲軸箱通風(fēng)管處竄油煙，用長(cháng)螺釘旋具或金屬棒頂在氣缸體中上部，能聽(tīng)到類(lèi)似金屬敲擊的異響，異響隨轉速的升高而加重。初步判斷為氣缸套或活塞環(huán)嚴重受損。

2、故障查找分析   

      拆下6個(gè)缸的活塞連桿組件，用量缸表檢查各缸缸套均有磨損（如圖2所示），其中第6缸缸套最大磨損為0.15mm，圓柱度為0.08mm，圓度為0.05mm?；钊h(huán)也嚴重受損，且不規則，一邊薄一邊厚，最大相差1.5mm，因而，該柴油發(fā)電機需要大修，該機投入運營(yíng)僅4個(gè)多月，運行3000多小時(shí)，可以判斷該柴油發(fā)電機屬于早期磨損。具體測量方法如下：

      測量氣缸套內徑是在沿氣缸套縱向幾個(gè)確定的測量點(diǎn)的橫截面上首尾方向（y-y），即平行曲軸方向)和左右方向（x-x），即垂直曲軸方向)的氣缸直徑，如圖3所示。中、小型四沖程筒形活塞式柴油機如無(wú)測量用的定位樣板，又缺少說(shuō)明書(shū)等資料時(shí)，可參考以下4個(gè)位置進(jìn)行缸套磨損測量：

（1)當活塞在上止點(diǎn)時(shí)，第一道活塞環(huán)所對應的缸壁位置。

（2)當活塞在行程中點(diǎn)時(shí)，第一道活塞環(huán)所對應的缸壁位置。

（3)當活塞在行程中點(diǎn)時(shí)，末道刮油環(huán)所對應的缸壁位置。

（4)當活塞在下止點(diǎn)時(shí)，末道刮油環(huán)所對應的缸壁位置。

 

圖2  使用量缸表測量缸套磨損程度

圖3   柴油機氣缸套測量部位

 

（1）冷卻系統工作不良

康明斯6CTA8.3系列柴油發(fā)電機冷卻系統的特點(diǎn)是水套小，水道孔狹窄。以6BT系列柴油發(fā)電機為例，散熱器管界面截面尺寸僅為14mm×2.5mm。按規定，使用環(huán)境溫度在-40℃以上時(shí)，要求使用50%水+50%乙二醇防銹防凍液。但該機操作員將未做任何處理的自來(lái)水直接加注到水箱中，由于自來(lái)水硬度高（特別是該地區） ，水在狹窄的水道中容易形成水垢，將水道堵塞，造成通水不暢，水溫過(guò)高，導致冷卻效果降低，氣缸易早期磨損。此外，冷卻系統中的水泵、節溫器等元件有損傷時(shí)，也會(huì )導致冷卻系統的能效降低，應立即更換總成或修復。

（2）進(jìn)氣系統失效

據相關(guān)資料指出，當空氣濾清器喪失工作能力后，氣缸磨損將增加8倍，活塞磨損將增加3倍，活塞環(huán)磨損將增加9倍，從而大大縮短了柴油發(fā)電機的工作壽命。經(jīng)檢查，發(fā)現操作員未對空氣進(jìn)氣系統特別是空氣濾清器予以良好的保養和維護，空氣引入管及空氣濾清器的進(jìn)氣卡箍在發(fā)電機組運動(dòng)中松脫，加之大氣狀況差，導致氣缸磨料磨損。

（3）活塞環(huán)故障

康明斯6CTA8.3系列柴油發(fā)電機對活塞環(huán)的要求較高。當氣環(huán)磨損后端隙變大或油環(huán)磨損后控制潤滑油能力變差時(shí)，就會(huì )造成潤滑油上竄，在活塞環(huán)槽內形成積炭，使活塞環(huán)卡死，劃傷氣缸壁，同時(shí)部分混合氣竄入曲軸箱內，漏入曲軸箱稀釋潤滑油，惡化潤滑油品質(zhì)，是氣缸壁潤滑環(huán)境惡化，導致氣缸壁早期磨損。

康明斯發(fā)動(dòng)機活塞環(huán)維修參數要求

 

 

（4）使用不當

該機為追求經(jīng)濟效益，經(jīng)常超載，并人為將康明斯6CTA8.3系列柴油發(fā)電機的標準怠速750r/min調高至900r/min，以避免熄火。這樣，活塞與氣缸壁工作條件更為惡劣，氣缸壁易燒蝕而造成早期磨損。

3、維修應注意的問(wèn)題

綜上所述，針對康明斯柴油發(fā)電機氣缸早期磨損的原因，發(fā)電機組操作和維修人員在操作過(guò)程中和對發(fā)電機組進(jìn)行維修時(shí)，應注意下列問(wèn)題：

① 冷卻系統應加注防凍液，并使用添加劑；

② 不要隨便增大發(fā)電機組負荷，調高柴油發(fā)電機怠速轉速；

③ 修理裝配過(guò)程中應按標準操作，安裝合格配件；

④ 注意日常維護及保養，特別是進(jìn)氣系統。

 

總結：

      氣缸套是一臺柴油發(fā)電機內部零件中的重要組成部分，它的磨損和是否正確裝配都會(huì )給柴油發(fā)電機的正常使用帶來(lái)極大的危害，并造成柴油發(fā)電機的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和使用壽命不同程度地下降。由于部分操作者對氣缸套的磨損和是否正確裝配的成因及危害認識不足，還有氣缸套安裝位置不當。在安裝氣缸套時(shí)，若存在安裝誤差，氣缸中心線(xiàn)和曲軸軸線(xiàn)不垂直，會(huì )造成氣缸套非正常磨損。至今，仍未引起足夠重視和采用有效的措施加以預防，結果造成一些柴油發(fā)電機的早期損壞，造成不必要的經(jīng)濟損失，給企業(yè)經(jīng)濟效益帶來(lái)了一定的影響。

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