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拆卸与装配康明斯柴油机气门座圈的方法

 

引言：柴油发电机的气门座圈在工作中因承受了高温、高压气体侵蚀和连续冲击载荷的作用，其工作锥面容易出现麻点、凹坑、金属剥落、磨损变宽等现象，从而造成气门关闭不严、缸压下降、柴油发电机动力不足等故障。当气门下沉量超差或气门底座损坏时，必须更换气门座圈，本文为你讲解正确拆卸与装配气门座圈的方法。

 

一、气门座圈作用和结构

 

      汽缸盖上的进、排气道与气门锥面相接合的部位称为气门座圈。气门座圈的锥角与气门锥角相同，一般也是30°或45°。气门座的锥角是与气门锥角相适应的，以保证二者紧密座合，可靠地密封。气门座的锥面由三部分组成。气门座圈与气门头部密封锥面配合密封汽缸，气门头部的热量经过气门座传出去，同时它还起到导向作用。

1、气门座的锥角

      气门座的锥角，如图1所示。45°(或30°)的锥面是与气门工作锥面相座合的工作面，其宽度b通常为1～3mm。过宽时，单位座合压力减小，且易堆积杂物，密封可靠性差；过窄时，面积小，气门头散热能力差。这一锥面应与气门工作锥面的中部附近相座合。15°和75°锥角便是用来修正工作锥面的宽度和上下位置的，以使其达到规定的要求。

2、气门干涉角

      为了减小气门锥角和气门座锥角之间的接触面积，提高单位压力，加快磨合速度，提高密封性，一般情况下，在制造时控制气门的锥角比气门座的锥角小0.5°～1.0°,这个角称为气门干涉角，如图2所示，气门干涉角还可以挤出气门锥角和气门座锥角之间的夹杂物，即具有自洁作用；在气体压力作用下产生弹性变形时，可趋向全锥面接触，即随气体压力的增加，单位压力变化较小。如果干涉角相反即产生负干涉角时，便将起相反作用，能防止加工时出现负干涉角。若产生负干涉角，除前述相反作用外，还使气门暴露在炽热燃气中的受热面积增加，使气门的热负荷增加。上述诸作用中，提高密封能力和加速磨合是主要的，随着走合期的结束，干涉角也逐渐自行消除，恢复了全工作面接触。

 

图1  柴油机气门座的锥角示意图

图2  柴油机气门座的干涉角示意图

 

3、气门座圈的结构形式

      气门座圈的结构形式主要分为整体式和镶嵌式两种。

（1）整体式

      结构外形如图3所示，整体式气门座圈在缸盖或缸体上直接镗出，这种形式修复困难，且不经济。

（2）镶嵌式

      现代柴油机上更多采用的是镶嵌式结构，外形如图4所示。镶嵌式汽缸套可以节省材料，提高使用寿命，便于更换修理。大多数发动机的气门座是用耐热合金钢或合金铸铁单独制成座圈，然后压入汽缸盖(体)中。镶嵌式结构气门座一般都采用较好的材料，如合金铸铁、奥氏体钢等。镶嵌式气门座导热性差，加工精度要求较高，如果装配不当，会发生松脱或与缸盖配合不好。

 

图3  整体式气门座.

图4  镶嵌式气门座圈

 

 

 

二、气门座圈常见磨损原因

 

1、磨损原因

（1）承受力过大

      在发动机工作中，气门座承受较大的往复冲击负荷，气门与气门座圈贴合的地方受到了持续性大量的碎屑或粉尘的撞击磨损导致气门座圈磨损直至消失。经过一段时间的使用，就会出现气门下陷量增大、密封不严等现象。当气门座圈工作锥面上边缘低于缸盖平面（顶置气门）或低于气缸体平面1.50mm，或装入的气门顶平面低于气门座顶面0.50mm时，即应更换。

（2）高温、高压及干摩擦

      当发动机工作时，气门座圈与气门始终处于高温、高压、干摩擦状态中，气门座圈还要受到气门工作锥面的长期撞击，气门座圈工作锥面会出现裂纹、残缺、斑点、腐蚀、孔洞和严重的烧损。这些缺陷不能修复时，应重新镶换气门座圈。

（3）气门座圈松动

      气门座圈与其座孔配合不当时，座圈就会松动，在它本身重量的作用下自然脱落。座圈脱落后如发现较迟，脱落的座圈破碎后导致气门头部折断，致使活塞破裂和气缸盖燃烧室开裂而报废。因此，一经发觉，即应更换。 

（4）进气道有异物

 

三、气门座拆卸

 

1、拆卸工具

（1）气门座拆卸器

      一种康明斯公司生产的发动机专用工具，用于从缸盖中拆卸气门座而不会损坏缸盖气门座。工具号：排气门为3376617（如图2）；进气门为3377396（如图3）。

 

图2 排气门座拆卸器（工具号3376617）

图3 进气门座拆卸器（工具号3377396）

 

（2）采用拉拔器

      气门座拆除前，应对进气门座的轴向高度进行测量（如图4所示）；如不符合规定，需要拆除气门座圈再进行检查或更换。

      气门座圈拉拔器是一种专用工具，如图4所示，可自制。它拆卸效率高、不会损坏缸盖。

      先在气门座圈内圆面上攻制螺纹，然后将相应尺寸的螺纹杆旋入气门座圈，在确保气门座圈和螺纹杆垂直的情况下，用铁锤轻轻敲击螺纹杆，直至拔出气门座圈。采用拉拔法基本上都会改变气门座圈底孔尺寸，尺寸改变量取决于拉拔工具的拉拔方式及其用力方式。

 

图4  气门座圈测量工具

图5  气门座圈拉拔器示意图

 

 

2、拆卸方法

（1）砸出法

      如用专业工具仍不能取出座圈，则可采取下述方法取出：将旧气门头部用砂轮磨得比气门座略小，然后将气门和座圈焊接在一起，最后用锤子将气门和座圈一起打出。

（2）加热法

      如锈蚀严重或没有专用工具时，可采取直接加热座圈（如使用乙炔焊加热座圈或直接在座圈上堆焊一层金属等方法使其升温，待其自然冷却收缩后撬出。

① 电焊加热法

      即采用电焊设备用焊条对气门座圈加热，以达到破坏气门座圈与气门座圈底孔过盈配合的目的。通常的做法是用焊条沿气门座圈的内表面连续均匀点焊，当气门座圈被加热发红时，立即在气门座圈上浇上冷水，此时气门座圈通常会断裂。采用此法不宜对气门座圈加热时间过长，一般以气门座圈被加热到发红为止。

② 感应加热法

      感应加热是利用电磁感应原理将工频电源变换成特定频段的电源从而加热金属材料的一种方法。感应加热系统主要由感应线圈、交流电源和工件组成。感应线圈中的交变电流使气门座圈产生电涡流，从而达到加热气门座圈的目的。试验证明，采用感应加热设备对气门座圈加热3—6s，可轻松将气门座圈从气缸盖中取出，气门座圈底孔尺寸及周围铸铁的金相组织没有任何变化。采用此法也不宜对气门座圈加热时间过长，否则可能会改变气门座圈底孔周围铸铁的金相组织。

（3）切削法

      即在机床上用刀具将气门座圈切削掉。由于气门座圈被切削到较薄时，气门座圈收缩并与气门座圈底孔失去过盈配合，在切削力的作用下气门座圈与刀具一起回转，结果可能会导致气门座圈底孔的尺寸变化，圆度不满足技术要求。因此，采用此法拆除气门座圈时，为确保气门座圈与气门座圈底孔良好的过盈配合，一般都需要用刀具扩大气门座圈底孔尺寸，同时采用相应加大外径尺寸的气门座圈与之配套使用。

 

三、装配

 

      在装配新气门座圈时，要测量确认座圈孔与座圈之间的配合是否符合要求。一般情况下，进气门座圈与座圈孔的过盈量为0.075～0.12mm，排气门的为0.10～0.16mm。镶入座圈后的端面低于缸盖平面的尺寸也应符合要求，否则应修整座圈高出部分。气门座圈的材料为耐热铸铁，如直接安装，往往会将座圈砸裂或镶不到位，损伤座孔。为避免机件损坏，可采取以下两种方法。

1、冷缩法

      有条件的可将座圈放入-196℃的液氨中保持15～20s，而后迅速放入座圈孔内。如无条件，则可将座圈置于-30℃的冷柜内保持2h以上，取出后迅速装入座圈孔即可。

2、加热法

      可加热座圈孔到100～180℃，再垫以软金属迅速将座圈压入座圈孔内。加热时最好对缸盖整体加热，以防缸盖受热变形。

 

图6  气门座圈外形图

图7  气门座圈安装位置图

 

 总结：

      气门座圈一旦磨损就会有不同程度的发动机故障问题出现，所以想要成功避开故障，而且能够保持良好的施工状况，那么平时挖掘机的保养工作一定不能懈怠，尤其是对滤芯这类保养件，更换一定要及时，另外也要注意选用有质量保障的保养件。

 

 

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