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新闻主题	柴油发动机气门弹簧断裂症状与原因

 

摘要：气门弹簧在柴油机工作时承受扭力，所以在气门弹簧圆截面上的应力分布是不均匀的，从近中心的原点到边缘各点，应力逐渐递增，表面所受的应力最大，就表面各点而言，正内侧表面承受的应力最大，且受平面应力的作用，因此一旦气门弹簧表面存在缺陷，缺陷处极有可能产生最大的应力集中，从而导致弹簧的早期断裂。

 

一、断裂症状表征和引发后果

 

      气门弹簧折断时，会产生一种连续而杂乱的金属敲击声，例如，在中间气门室内发出“嚓、嚓"的声音；有时空气滤清器回火或排气管“放炮”声音。这种情况的发生往往是由于气门弹簧折断所致。

1、气门敲击响

      在发动机怠速运转时发生气门杆尾端与其驱动件之间发生连续不断的敲击声，随转速增大而增强，发动机温度改变或断火时声响无变化。

2、气门漏气响

      气门漏气响在气门室外，在高负荷、低转速时较为明显，响声随负荷增加而增强，主要原因是气门座歪斜或气门间隙小，致使气门烧蚀引起气门关闭不严而漏气响。

3、易落入气缸

      因气门弹簧折断，顶置式气门杆尾端凹槽内的两块剖分锥形锁片失去气门弹簧的张紧力而掉落，气门因无支承而落入缸孔内。

4、发生异响

      因气门弹簧折断，侧置式发动机虽然气门不会掉入缸内，但气门不能打开，不能进、排气，并且发动机将产生紊乱的金属敲击声。

 

二、气门弹簧折断的原因

 

       气门弹簧断裂的原因，除制造上存在缺陷外，使用方法不当也可能使其遭受早期损坏，常见的原因如下：

1、疲劳磨损

      一般气门弹簧折断的原因是使用日久，已到达了其使用寿命的限度。有时因材料不好，也会过早折断。

      气门弹簧的寿命与发动机的转速有很大关系，因为发动机的转速过高或超出了气门弹簧的临界速度，就可使弹簧内部发生极高的危险应力而造成折断。为了防止这种情况的发生，有些农用车气门弹簧各圈间的距离略有不同，称为非等节距弹簧，一端圈间距较密，在安装时应注意较密的一端在上面。如果使用高频率（频率为每分钟振动的次数）弹簧、双重气门弹簧也可避免剧烈振动现象（称为共振现象）的发生。

2、弹簧表面缺陷

     因保管不当， 如库存的经磷化处理的气门弹簧，没有涂防锈油或防锈油质量差时，造成弹簧表面形成麻点和腐蚀坑。而当弹簧承受较大扭力时，在腐蚀坑处易引起应力集中，使气门刚度增大，最终导致弹簧疲劳断裂。

3、弹簧中心线歪斜

      气门弹簧的2个端面若与弹簧中心线不垂直，则弹簧长期在高速下工作，其金属材料易因疲劳而断裂。

4、气门导管窜动或凸轮轴轴承松动

      使用中，若发生气门导管窜动现象，极有可能导致气门弹簧在被压缩时因受弯曲应力的作用而折断，凸轮轴轴承松动会引起气门弹簧产生共振，也会促使其折断。

5、操作不当

      柴油发动机在运转过程中若转速经常性突然变化，会使气门弹簧被压缩和伸张的频率突然猛增，导致其疲劳断裂。

6、错误安装

      装配气门弹簧时有的机型有特殊要求，例如五十铃6BBI柴油发动机要求将弹簧涂有蓝色的一面朝向气缸盖上平面，否则弹簧易折断。

7、气门弹簧质量次

      如弹簧的钢丝材料、钢丝直径、中径、有效圈数与原厂家设计的不同时，发动机转速的角频率很容易达到气门弹簧的固有频率，产生共振，造成弹簧折断。

      弹簧的材料为0.5%～1.0%的碳钢，良好者则用合金钢制造。若所用材料不合规格，热处理不当，加工不良，都可造成气门弹簧寿命的缩短。

8、间隙过大或过小

（1）配合间隙过大

      气门杆与气门导管配合间隙过大，气门往复运动时歪歪斜斜，引起弹簧上下弹跳，使气门弹簧内应力发生变化，造成折断。

（2）气门的间隙过小

      高温时由于气门和导管的膨胀系数不一样，从而引发气门在导管内活动时受到的阻力过大，造成气门弹簧折断故障。

（3）气门下陷量不足

      气门在气门座中的下陷量太少，气门下陷不足够导致的。所以当在运转的时候，活塞就会顶撞到气门，经过活塞的多次冲击，这就会使气门杆断裂，气门弹簧被折断。

 

三、检查和测量方法

1、缺口检查

      不得再次使用第一圈中有缺口磨损的气门弹簧。

（1）弹簧的两端会磨损第一圈，形成磨损缺口。

（2）如果能够看到或感觉到磨损缺口，不得再使用气门弹簧。

（3）通常具有这些缺口的弹簧会产生“咔嗒”的噪音。

（4）压缩弹簧，直到第一圈的端部完全压缩，以检查有无“咔嗒”声。

      由于大的缺口将造成“咔嗒”声。因此，要检查弹簧的两端有无“咔嗒”声。

2、气门弹簧垂直度的检查

      先将弹簧垂直放在平板上，用一直角尺靠在弹簧最下边一圈上，然后将弹簧旋转一周，测量最上边一圈弹簧与直角尺距离的最大值，通常情况下，气门弹簧对垂直线的倾斜距离为1~1.5mm，若超过此值最好换用新件。

3、自由长度和弹力测量

      使用气门弹簧压缩测试仪（零件号 3375182）检查所示测试高度处的弹簧力和张力。

      气门弹簧压缩测试仪是一种专门用来测试弹簧弹力大小的装置，可以由此得知弹簧的自由长度和弹性。

 

4、对比观察法

      当现场无专业工具时，可以从市面上找一根相同的弹簧来进行比较，如果弹簧受压后的圈距相同，则代表我们的弹簧还可以用，否则我们就应该更换新的弹簧。

 （1）新气门弹簧的检查方法：

      将弹簧夹在台虎钳上压缩到最小长度，使圈与圈之间尽可能没有空隙，并保持48h，如果弹簧表面有瑕疵存在，在经过这种压缩处理后就会断裂，这是因为弹簧内部应力在瑕疵附近高度集中致使弹簧断裂。

（2）旧新气门弹簧的检查方法：

      气门弹簧弹力的强弱可用对比法加以识别，具体做法是先将被检查的一只旧气门弹簧与一只新气门弹簧串联在一起，并且中间用一钢片垫圈隔开。然后在一只气门弹簧上加一定的压力，观察新旧弹簧压缩的程度，若旧弹簧的弹力不足，则此时必定先被压下去。

 

图1  气门弹簧垂直度测量

图2  气门弹簧测试仪检查弹力

 

 

四、气门弹簧拆装步骤

 

1、拆卸

（1）拆下气缸盖。

（2）如图3所示，使用合适尺寸的套筒和塑料锤，轻轻地敲击弹簧挡圈，以松开气门锁片。

（4）安装气门弹簧压缩器。压缩弹簧，拆下气门锁片。

（5） 拆下气门杆油封，如图4所示。

（6）拆下气门弹簧座平垫圈，如图5所示

      使用压缩空气和磁棒，拆下弹簧座平垫圈。按正确的顺序摆放气门弹簧座平垫圈。

（7）拆下半圆键，如图6所示。

      拆下凸轮轴半圆键，将每个轴承盖的固定螺栓松几圈，用软锤(橡皮锤)敲振凸轮轴后部，使轴承盖振松。

 

图3  柴油机气门弹簧拆卸图	图4  柴油机气门杆油封拆卸工具
图5  柴油机气门弹簧座平垫圈拆卸.	图6  柴油机凸轮轴半圆键拆卸

 

2、安装

（1）在气门杆上涂抹一层新的发动机机油。将气门安装到气门导管中。

（2）检查并确认气门能平稳地上、下移动。

（3）将弹簧座安装在气缸盖上。

（4）如图7所示，用气门杆密封件安装工具安装新的气门密封件。

注意：排气门密封件上有黑色弹簧标记；进气门油封上有白色弹簧标记；它们不可互换。

（5）安装气门弹簧和弹簧挡圈。将带有紧密缠绕弹簧圈的气门弹簧端部朝向气缸盖放置。

（6）安装气门弹簧压缩器，如图8所示。压缩气门弹簧并安装气门锁片。

（7）拆下气门弹簧压缩器。

（8）用塑料锤轻轻敲击每个气门杆端部2次或3次，以确保气门和气门锁片正确就位。仅允许沿着气门杆的轴线敲击气门杆，这样不会弄弯气门杆。

 

 

图6  柴油机气门密封件安装图

图7  柴油机气门弹簧安装图

 

总结：

 

      在拆装柴油机气门机构后，要进行调试和检查，确保气门的密封性和开启顺序等符合技术要求；同时要注意气门弹簧的平衡性，避免出现不平衡的情况，以免影响发动机的性能和寿命。总之，气门的拆装需要注意安全，比如拆装气门时，要根据气门弹簧的压缩情况，将气门弹簧的顶部或底部先取下，避免弹簧弹出伤人。其次，必须使用专门的工具和设备，保持作业区域的干净和整洁，以保证柴油发电机组的性能和寿命。

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