技術(shù)維修與康明斯知識

柴油發(fā)電機氣門(mén)挺柱、推桿、搖臂和凸輪軸檢驗方法

 

摘要：四氣門(mén)的推桿式柴油發(fā)電機每汽缸包括兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)。每對氣門(mén)由橋接的氣門(mén)機構一前一后地操作，該氣門(mén)機構包括由單個(gè)推桿連接到搖臂的凸輪軸驅動(dòng)的凸輪從動(dòng)件（也稱(chēng)為挺柱或挺柱），而搖臂驅動(dòng)連接到該對氣門(mén)（進(jìn)氣門(mén)或排氣門(mén)） 的橋。橋接的氣門(mén)機構是成本高效的設計，這樣的設計可以對很多應用實(shí)現可接受的性能， 雖然兩個(gè)橋接的氣門(mén)的操作并不精確同步，因為對橋施加的力可能在氣門(mén)之間并不完全平衡，氣門(mén)可能具有稍有不同的彈簧力，且氣門(mén)組件可能經(jīng)歷稍有不同的磨損。這會(huì )造成一個(gè)氣門(mén)較晚開(kāi)啟和/或在氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，一個(gè)氣門(mén)首先落座而使另一個(gè)氣門(mén)以比預期速度高的速度較晚落座。另外，橋使氣門(mén)桿端達到邊緣負荷，從而更高的應力帶來(lái)更高的磨損速率及潛在的噪聲、振動(dòng)及不平穩（NVH）問(wèn)題。

 

一、氣門(mén)挺柱和導孔的檢驗與修理

 

      工作中，由于氣門(mén)挺柱不僅做上下的直線(xiàn)運動(dòng)，而且還做旋轉運動(dòng)，如圖1所示。因此，氣門(mén)挺柱的桿身和球面（或平面）必然要產(chǎn)生自然磨損。氣門(mén)挺柱在工作中，雖然因受到壓縮而產(chǎn)生壓縮應力，但由于桿身粗而短，所以一般不容易產(chǎn)生彎曲變形。不過(guò)，由于康明斯發(fā)電機長(cháng)期工作，磨損仍然是不可避免的。

1、常見(jiàn)失效形式

① 氣門(mén)挺柱與導管或導孔發(fā)生摩擦面磨損（柱面磨損），使之配合間隙上升。

② 柱底面磨損、拉傷或疲勞剝落。

③ 筒式挺柱極易產(chǎn)生疲勞磨損及不均勻磨損；常見(jiàn)損傷主要有裂紋、麻點(diǎn)、劃痕等，如圖2所示。

2、檢驗與修理

① 氣門(mén)挺柱與導孔的配合間隙一般為0.03~0.10mm，最大不得超過(guò)0.15mm。經(jīng)驗的檢查方法是：用拇指將挺柱向導孔推入時(shí)應稍有阻力，再提起少許用手搖晃時(shí)，無(wú)曠動(dòng)的感覺(jué)。如果配合間隙超過(guò)0.10時(shí)，可用電鍍加粗并鉸孔以恢復其配合尺寸。

② 挺柱底面磨損不平或球面有磨痕時(shí)，可用細砂布、研磨砂或油石研磨，也可以用磨光機消除平面不平，恢復其原有形狀。

③ 對于下置式凸輪軸，還要檢查挺柱與挺柱孔的配合間隙，一般挺柱與挺柱孔的間隙為 0.01 ～ 0.4mm ，使用極限為 0.1mm 。

3、檢修注意事項

       普通挺柱多為由冷激鑄鐵材料制成的筒式挺柱。其缺點(diǎn)是底面的冷激層極易產(chǎn)生疲勞磨損；此外，因挺柱運動(dòng)的特殊性，加之潤滑條件較差或其他原因使挺柱運動(dòng)阻滯，造成底部的不均勻磨損，導致挺柱底部對凸輪的反磨效應加劇，使凸輪早期磨耗而報廢。檢修普通挺柱時(shí)，應注意：

1.挺柱底部出現疲勞剝落時(shí)，立即更換。

2.底部出現環(huán)行光環(huán)，該光環(huán)說(shuō)明磨損不均勻，應盡早更換新件。

3.底部出現檫傷劃痕時(shí)，應更換。

      在檢查調整氣門(mén)間隙時(shí)，就應該檢查挺柱的轉動(dòng)阻力。檢查時(shí)，食指與拇指捏住挺柱轉動(dòng)應自如無(wú)晃動(dòng)感。必要時(shí)，可取出挺柱檢查底部磨損狀況。

 

圖1  氣門(mén)機構組成及工作示意圖

圖2  柴油機挺柱的常見(jiàn)損失

 

二、推桿和搖臂的檢驗與修理

 

1、推桿

      推桿的常見(jiàn)失效形式有兩種，通常要求推桿長(cháng)度標準值為141.12～141.45mm ，使用極限 141mm 。。

① 桿身彎曲用鐵錘打直。

② 上端凹坑及下端球頭磨損

      氣門(mén)推桿一般都是空心細長(cháng)桿。工作時(shí)，氣門(mén)推桿承受著(zhù)雙向的壓載荷，盡管推桿兩端采用球面實(shí)現與挺桿及調整螺釘的接觸，由于發(fā)動(dòng)機工作時(shí)的振動(dòng)、接觸點(diǎn)的不斷變化，仍然會(huì )發(fā)生氣門(mén)推桿縱向彎曲變形。觀(guān)察檢查推桿桿身是否平直、是否有銹蝕和裂紋、推桿端頭有無(wú)磨損，有即用油石修磨或更換。在平臺上滾動(dòng)檢查氣門(mén)推桿的直線(xiàn)度，如圖3所示，誤差若超出規定范圍，則應冷壓校正修理。推桿所在位置如圖4所示。

 

圖3  氣門(mén)推桿直線(xiàn)度檢查

圖4  氣門(mén)推桿和搖臂位置示意圖

 

 

2、搖臂

      搖臂組的結構如圖5所示，其調節裝置如圖6所示。搖臂常見(jiàn)失效形式也有兩種。一般采用堆焊或更換的方法修復。

（1）搖臂壓頭磨損成凹坑形狀

      一般而言，氣門(mén)搖臂的撞擊表面應凸出4.2mm，磨損后，最低也不得低于3.2mm，如果過(guò)低，則應進(jìn)行堆焊，并對其進(jìn)行必要的表面熱處理。

（2）搖臂孔襯套及軸磨損

      搖臂孔襯套和搖臂軸的配合間隙一般為0.025~0.065mm。如果磨損過(guò)大，配合間隙超過(guò)使用極限，則應將軸鍍鉻加粗，并磨至標準尺寸，然后重新配襯套。若軸頸沒(méi)有明顯磨損而襯套磨損較嚴重時(shí)，可以不磨軸頸，而更換新襯套，然后按軸的尺寸搪孔或鉸孔至相應尺寸，得到合適的配合間隙。氣門(mén)搖臂一端與凸輪接觸為滑動(dòng)摩擦，是易磨損部位，出現燒蝕或異常磨損時(shí)，應及時(shí)更換。氣門(mén)搖臂與搖臂軸之間的配合間隙，超過(guò)極限時(shí)應換氣門(mén)搖臂或搖臂軸。

 

圖5  配氣機構之搖臂組結構圖

圖6  柴油機搖臂上的鎖緊螺母和調節螺釘

 

三、凸輪軸檢驗與修理

 

1、常見(jiàn)失效形式

① 凸輪的磨損。

② 軸頸及軸承的磨損。

③ 軸線(xiàn)彎曲。

2、失效的原因分析

      凸輪軸的結構特點(diǎn)（長(cháng)而細）和工作特點(diǎn)（周期性地承受不均勻的負荷），促使它在工作中發(fā)生軸頸和軸承的磨損、失圓和整個(gè)軸線(xiàn)的彎曲；凸輪與配氣機件的相對運動(dòng)，使凸輪外形和高度受到磨損。由于軸承磨損松曠，將加劇軸線(xiàn)的彎曲。軸線(xiàn)的彎曲又將促使油泵齒輪、正時(shí)齒輪及軸頸和軸承的磨損，甚至會(huì )造成齒輪工作時(shí)的噪聲和牙齒斷裂，氣門(mén)挺柱球面轉動(dòng)不靈活；加速凸輪的磨損，使軸頸的失圓度和錐形度超過(guò)公差等。一般說(shuō)來(lái)，由于凸輪軸的受力不大，它的磨損速度是緩慢的，通常在內燃機二三個(gè)大修周期（甚至更長(cháng)時(shí)間）才達到允許使用極限。但是，這些磨損會(huì )影響配氣機構工作的準確性，并給氣門(mén)桿端和挺柱間的間隙調整帶來(lái)困難，因此，在內燃機大修時(shí)，應對凸輪軸、凸輪、凸輪軸承、正時(shí)齒輪等進(jìn)行認真的。

3、凸輪軸的檢修

      凸輪軸常見(jiàn)損傷有凸輪軸彎曲變形，凸輪磨損、擦傷、麻點(diǎn)以及凸輪軸軸頸磨損、鍵槽磨損等。

（1）凸輪的磨損

      凸輪的磨損主要分為高度和寬度的磨損。凸輪高度磨損過(guò)大會(huì )影響氣門(mén)的開(kāi)度，寬度磨損過(guò)大會(huì )影響氣門(mén)開(kāi)閉持續時(shí)間，從而對發(fā)動(dòng)機的工作產(chǎn)生影響。凸輪磨損的檢驗是用千分尺測量凸輪的全高與凸輪基圓直徑的差值來(lái)確定凸輪的磨損度，如圖7所示。凸輪磨損后，其升程磨損量大于0.40mm，或升程累計磨損量超過(guò)0.80mm時(shí)，應更換新凸輪軸。

（2）凸輪軸軸頸的磨損

      用千分尺測量軸頸的圓度及圓柱度誤差，如圖8所示。如凸輪軸軸頸的圓度誤差大于0.015mm，各軸頸的同軸度誤差超過(guò)0.05mm時(shí)，應按修理尺寸法進(jìn)行校正并修磨。修磨后軸頸的圓柱度誤差小于0.005mm，最大徑向圓跳動(dòng)公差不大于0.03mm。若凸輪軸軸頸經(jīng)多次修磨，損耗嚴重時(shí)就予以更換。

 

圖7  凸輪軸凸角磨損檢查

圖8  凸輪軸軸頸磨損檢查

 

（3）檢查凸輪軸的彎曲

      檢測凸輪軸彎曲時(shí)，可將凸輪軸前后兩軸頸擱置在V形架內，以?xún)啥溯S頸為支點(diǎn)，用百分表抵觸在中間軸頸上。轉動(dòng)凸輪軸一圈，表頭讀數之差即為該軸頸對前后兩軸頸的徑向跳動(dòng)，如百分表擺動(dòng)超過(guò)0.10mm，則應進(jìn)行校正，校正后的彎曲度應不大于0.03mm。其值一般也可采用內徑千分尺測量，按曲軸主軸頸的檢測方法檢測凸輪軸軸頸的圓度和圓柱度，若圓柱度超過(guò)0.08mm，應予磨光。

（4）凸輪軸的軸向間隙測量

      如圖9所示，拆下正時(shí)齒輪蓋，裝妥百分表，使百分表的觸頭頂在凸輪軸端的螺釘上。向發(fā)動(dòng)機后方推動(dòng)凸輪軸，直至頂住為止，記下百分表的讀數。此讀數即為凸輪軸的軸向間隙。該間隙一般應為0.08～020mm，必要時(shí)予以調校和修復。一般國產(chǎn)汽車(chē)的凸輪軸軸向間隙以0.08～0.20mm為佳。

      凸輪軸軸向間隙的調整主要通過(guò)增減位于凸輪軸第一道軸頸端面與正時(shí)齒輪（或鏈輪）之間的推力凸緣的厚度來(lái)調整。

（5）凸輪軸油膜間隙的檢測

      凸輪軸油膜間隙的檢測如圖10所示，把凸輪軸放置在汽缸蓋軸承座上，在各軸頸表面按軸向位置放上一小段塑料線(xiàn)規，裝上軸承蓋并按規定力矩緊固螺栓。重新把軸承蓋拆下，通過(guò)規尺確定油膜間隙的大小。

      凸輪軸應進(jìn)行探傷檢查，不得有裂紋、溝槽；正時(shí)齒帶輪的鍵槽應完整，否則應更換。中間支撐軸頸對兩端支撐軸頸公共軸線(xiàn)的徑向圓跳動(dòng)誤差為0.05mm,超過(guò)時(shí)應校正、磨削或更換。以?xún)啥艘灾屋S頸公共軸線(xiàn)為基準，凸輪基圓的徑向圓跳誤差為0.04mm,否則應磨削或更換。

 

圖9  凸輪軸軸向間隙測量

圖10  凸輪軸油膜間隙測量

 總結：

      發(fā)動(dòng)機配氣機構零件間隙過(guò)大、磨損和損傷，將導致發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性下降，增加燃油消耗量，降低其經(jīng)濟性。通過(guò)對配氣機構的全面檢查，包括配氣機構檢查所有零部件組裝的位置和間隙是否符合要求。據此，可以及時(shí)發(fā)現和排除各種問(wèn)題，保證發(fā)動(dòng)機正常運行，提高柴油發(fā)電機組的可靠性和使用壽命。

 

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