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淺析發動機氣缸套拉缸的原因及預防

來源:未知 2019-06-06 08:28

摘要:

  拉缸是指活塞、活塞環在氣缸套內部做往復運動接觸區域范圍內,使氣缸套內壁表面出現明顯的縱向機械劃痕和刮傷紋跡的現象,造成發動機啟動困難、功率下降、機油消耗增加、噪聲

  淺析發動機氣缸套拉缸的原因及預防

  殷建祥      李月霞

  河南省中原內配股份有限公司

  摘要 拉缸是指活塞、活塞環在氣缸套內部做往復運動接觸區域范圍內,使氣缸套內壁表面出現明顯的縱向機械劃痕和刮傷紋跡的現象,造成發動機啟動困難、功率下降、機油消耗增加、噪聲增大等故障。本文主要從零部件加工精度和設計配合不當,用戶使用不當等原因進行分析,闡述了預防拉缸的主要措施,要徹底消除引起氣缸套拉缸的諸多原因,需要發動機設計,氣缸套、活塞、活塞環等發動機關鍵零部件的專業生產廠家都要引起高度重視,共同努力,關注各個環節,加強生產過程質量控制,避免因氣缸套拉缸而導致發動機失效。

  關鍵詞 氣缸套 拉缸 活塞 活塞環

  中圖分類號:TG405 文獻標識碼:A

  0前言

  發動機氣缸套和活塞環是在高溫、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,影響了發動機的動力性、經濟性和使用壽命。拉傷的部位多在垂直活塞銷軸線的氣缸套兩側表面,拉缸的損壞部件多為氣缸套(內壁表面)、活塞(側面和頭部)(見圖1)。引起拉缸的因素很多,它主要與發動機的工作狀況(溫度和負荷),活塞、活塞環和氣缸套之間的配合間隙、及其匹配材料、材料熱膨脹系數等方面狀況有密切關系。

  圖1汽缸套和活塞的拉缸損壞

  1 因零部件設計、加工質量、裝配配合造成拉缸的原因

  (1)氣缸套內孔網紋設計不合理或制造不合格,內孔粗糙度過于光滑,溝槽少且淺,儲存機油少,油膜薄,引起拉缸;

  (2)氣缸套內孔圓度、圓柱度超差,使活塞與缸套密封性降低,氣缸內的高溫氣體下竄,破壞活塞、活塞環與氣缸壁之間的油膜,進而引起拉缸;

  (3)氣缸套內孔直徑小,造成配合間隙過小,活塞受熱膨脹后被卡住,拉傷氣缸壁,產生拉缸;

  (4)活塞裙部線性設計不合適,配缸間隙過小,活塞在缸套內做往復運動時,活塞裙部與缸套發生干摩擦,產生大量的熱,氣缸套與活塞受熱后膨脹,膨脹后氣缸套與活塞之間配缸間隙更小,從而引起整體拉缸;

  (5)活塞材料膨脹系數大,活塞受熱膨脹時,使活塞超過正常的膨脹量,導致與缸套內壁產生接觸摩擦,造成拉缸;

  (6)活塞頭部外圓直徑偏大,受熱膨脹后,與缸套內壁產生接觸摩擦,造成頭部拉缸;

  (7)活塞銷孔偏心設計不當,造成運動失衡引發拉缸;

  (8)活塞環開口處呈尖角狀態,或活塞環外圓表面有鍍鉻瘤,引起活塞環直接拉傷缸套內表面;

  (9)活塞環設計或制造的彈力過大,活塞環和汽缸套之間很難形成潤滑油膜或油膜很薄,產生干摩擦或半干摩擦,引起拉缸;

  (10)活塞環大面積漏光,氣缸內高溫氣體下竄,破壞掉缸套內表面的油膜,引起拉缸;

  (11)發動機缸體孔同軸度低,引起缸套壓入缸體孔后變形,且導致缸套孔中心軸線與凸輪軸中心線不垂直,發動機工作時產生拉缸;

  (12)活塞環對口(相鄰的上、下環開口重疊在一起,且被阻滯在某相對穩定的位置)會產生竄氣和竄油,影響發動機的動力性能與油耗增大,同時嚴重磨損氣缸套,甚至造成拉缸;

  (13)活塞環與活塞環槽之間的配合間隙過小。活塞、活塞環之間的配合間隙(閉口間隙、背間隙、側間隙)過小時,受熱膨脹后的活塞環運動受阻,出現 “卡滯”現象,活塞環對氣缸套內表面的瞬時壓力增大,氣缸套內表面和活塞環兩磨擦副摩擦表面之間形成油膜困難,潤滑條件惡化,出現拉缸故障(見圖2);

  圖2 汽缸套拉缸現象

  (14)活塞環與活塞環槽之間的配合間隙過大。活塞環的閉口間隙過大時,發動機下竄氣、燒機油。下竄氣和燒機油嚴重時會引起油膜破壞和積碳嚴重,從而導致拉缸;

  (15)氣缸套外徑與缸體孔配合有問題。如果氣缸套外徑過大或缸體孔直徑過小,氣缸套外徑和缸體孔橢圓度過大,形成壓入配合(特別是干式缸套),缸套壓入缸體孔后,內孔產生變形,缸套內壁呈現部分凸出現象,縮小了活塞與缸套的間隙,產生拉缸現象;

  (16)氣缸套支承肩與缸體沉孔配合有問題。如果氣缸套支承肩過厚或者缸體沉孔深度過淺,凸出高超,如果缸蓋螺栓預緊力過大,導致氣缸套內孔橢圓,使活塞與缸套密封性降低,氣缸套內的高溫氣體下竄,破壞活塞與氣缸套內壁之間的油膜,進而引起拉缸;

  (17)活塞銷與銷孔的配合過緊。活塞裙部受側壓力及受熱膨脹引起的變形在活塞銷的軸向最大,如果活塞銷與銷孔配合過緊,引起活塞變形,當受熱后這種變形量就更大,從而產生拉缸現象;

  (18)氣缸套水封槽與密封圈裝配問題。如果氣缸套水封槽淺,或者是密封圈過粗,當套上密封圈裝入機體后,槽底局部受橡膠密封圈的作用向內變形,引起氣缸套內孔局部變形,從而引起局部拉缸。

  2 因發動機工作過程異常導致拉缸原因

  (1) 發動機的溫度過高。發動機在高速運轉工作時,氣缸套內瞬時溫度可高達3000℃。溫度過高會造成機油變稀,壓力下降,使氣缸套的內壁表面潤滑條件變差,氣缸套與活塞、活塞環發生干摩擦或半干摩擦,造成拉缸。過熱現象還會引起氣缸套和活塞環同時過膨脹,配合間隙變小,導致嚴重拉缸。嚴重者會發生熔著性磨損(如圖3)。發動機出現高溫主要是由于冷卻系統出現機械故障。

  圖3 熔融磨損

  (2) 初期磨合不好。新發動機或剛更換過的氣缸套與活塞、活塞環,均存在凹凸不平的加工痕跡。初期磨合時,相對運動表面微觀凸起處產生金屬直接接觸,油膜不易形成,容易出現干摩擦或半干摩擦現象。在這種情況下,如果直接帶負荷運轉會出現局部接觸,單位面積壓力過大,容易產生局部拉缸現象(如圖4)。

  圖4 局部拉缸現象

  (3) “三濾”失效,空氣、機油、燃油沒有很好過濾,固體顆粒被帶入氣缸套內部,也會產生拉缸現象。也可能是進氣管開裂,工作中吸進大量灰塵和砂粒等硬質顆粒進入氣缸中。

  (4) 嚴重積炭。由成發動機燃燒不充分、潤滑油被吸入氣缸套而燃燒、增壓器漏油等原因造成燃燒室過多的積碳,過多的積炭造成活塞環粘結或咬死在環槽內,導致活塞頭部產生拉缸。

  (5) 柴油機供油角太早,始燃量大,燃燒粗暴,熱負荷大,缸套熱量傳不出去,從而引起高溫拉缸。

  (6) 冷卻水套水垢粘附過多。特別是缸套外表面,若形成一層水垢,因其導熱系數低,導致發動機過熱,使缸套內壁上的油膜受到破壞,引起干摩擦,產生拉缸。

  (7) 頻繁低溫啟動。發動機低溫啟動時,潤滑油粘度大,流動性差,在氣缸套內壁難以形成有效的油膜而導致拉缸。

  (8) 不按規定要求,使用劣質機油,發動機機油質量差,機油壓力低,造成活塞與氣缸套內壁潤滑不良而拉缸。

  3 預防拉缸的主要措施  

  3.1 從設計、制造、裝配過程進行控制

  在設計過程,選配好氣缸套、活塞、活塞銷和活塞環之間的材料匹配性,測算其材料熱膨脹系數在高溫高壓下它們之間的配合間隙,保證在工作中不出現異常接觸。特別對缸套內孔網紋、活塞裙部線性、活塞環形狀結構等關鍵項進行優化設計。

  提高氣缸套、活塞和活塞環等關鍵零部件的加工精度,對幾何尺寸和形位公差方面嚴格控制。倒角、毛刺等微觀缺陷也要消除。

  在裝配過程,要對各零部件關鍵配合尺寸的檢測,對分組缸體、缸套、活塞一定要組別對應裝配,注意裝配方法、裝配順序和裝配溫度,提高裝配精度。

  3.2 從日常使用保養方面進行預防

  (1)對新裝發動機和大修后的發動機,一定要先經過磨合,即在保持良好潤滑的條件下,按照轉速由低到高,負荷從小到大的原則,認真按磨合規程操作,磨合期后的潤滑油應及時更換。

  (2)合理操作使用發動機,不要經常長時間超負荷作業,不要亂轟油門,不要缺水啟動。

  (3)保持冷卻水正常溫度70℃~95℃,避免發動機過熱。冬季啟動前應采取預熱措施。

  (4)加強空氣濾清器的維護保養,嚴防灰塵吸入氣缸內。

  (5)維護好潤滑系統,防止機械雜質和積炭混入機油內而加劇氣缸套的磨損。

  (6)維修時按照使用說明書的規定,正確選配活塞、氣缸套和活塞環,活塞環、活塞不能裝反,另外,在修理上還要注意活塞偏缸,同時要保證氣缸套的尺寸精度。

  (7)發動機出現異常情況(異響、高溫等現象)要及時停車檢查,防止事故進一步擴大。

  4. 結論

  總之,拉缸問題可造成發動機啟動困難、功率下降、機油消耗增加、噪聲增大等故障,使發動機不能正常工作。嚴重的會使發動機缸體、氣缸套、活塞和活塞環等關鍵零部件報廢。在使用過程要注意發動機的溫度不能過高,經常檢查冷卻系統、空氣濾清器、機油等方面。這樣才能減少或避免發生拉缸現象,提高發動機的使用壽命。

  參考文獻

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