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故障检修与技术维护 |
产生气门座圈松动的原因及其拆装技术 |
摘要：通常气门座圈松动后柴油发电机会发出一种“嚓、嚓、嚓”的敲击声。在机器将要熄火的瞬间，响声尤为明显。本文中康明斯公司重点阐述了柴油发电机气门座松动时的外在表现及判断方法，分析了柴油发电机组气门座松动产生的原因，同时介绍了气门座圈拆卸与安装技术要点。
一、气门座圈的作用和材质要求
1、气门座圈作用
汽缸盖的进、排气道与气门锥面相贴合的部位称为气门座。它与气门锥面紧密贴合以密封汽缸，同时接受气门头部传来的热量，上直接镗出，但大多数发动机的气门座是用耐起到对气门散热的作用。气门座可在汽缸盖热合金钢单独制成座圈，称气门座圈（见图1和图2），将其压入汽缸盖中，以提高使用寿命和便于维修更换。其缺点是导热性差，加工精度高，在工作时座圈可能因加工精度差造成脱落，造成重大事故。
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图1 康明斯气门座圈实物图 |
图2 柴油机气门座圈装配外观图 |
2、密封性要求
为保证气门座与气门的密封性，气门座上加工有与气门相适应的锥角和锥面，气门座的锥角由3部分组成，如图3所示。其中，45°（30°）的锥面与气门密封锥面贴合。要求密封锥面的贴合宽度b为1～2.5 mm，以保证一定的座合压力，使密封可靠，同时又有一定的导热面积。有些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5°～1°，该角称为密封干涉角，如图4所示。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期结束，干涉角逐渐消失，恢复了全锥面接触。
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图3 柴油机气门座圈锥角示意图 |
图4 柴油机气门座圈干涉角位置图 |
3、材质要求
柴油发电机的气门座有些是用耐磨合金铸铁制成镶圈，镶在汽缸盖上。这种结构的气门座，磨损后易于更换，而不至于报废整个汽缸盖。气门座圈压入汽缸盖时会产生一定的装配应力，工作状态下气门座圈（特别是进气门座圈）圆周上的温度分布是不均匀的，因而易产生一定的热应力，而引起座圈的翘曲变形。所以，在结构上要求一定的壁厚和一定的高度，以增强其刚性，并确保它与气门密封锥面贴合良好。进气门座圈内孔一般还制成截面渐扩型式，以对进气流起引导作用，减小流阻。为达到上述要求，气门座圈一般采用中铜（含铜量为0.8%～1.2%）铬钼合金铸铁材料。但随着柴油发电机的高速化趋向，往往要求采用耐磨性能和热强度更好的高铬（含铬量为12.5%～14%）合金铸铁材料。这两种材料的硬度均须低于气门头部硬度3～5个洛氏单位，以达到良好匹配，并且使切削性能不至于恶化。
应该注意并需要知道，在柴油发电机使用过程中，气门座会发生松动现象，引起气门间隙的变化，使发电机组功率下降，甚至无法工作。
二、气门座圈松动的原因与判断
1、气门座松动时表现
气门座松动时，会有以下外在表现：
（1）柴油发电机突然出现异响，汽缸上部有明显的敲击声。着火时出现“缺腿”现象，功率下降、严重者不能工作。
（2）排气管出现有规律的、间断的冒白烟（有时冒黑烟）现象，并多呈雾状。
（3）加大油门或加大负荷作业时，有严重的气门敲击活塞声。
（4）有窜气现象，严重时从曲轴箱通气孔向外窜气。
2、气门座松动故障的判断方法
（1）柴油发电机工作时，用手触摸进气支管有烫手的感觉，且该缸进氣支管比其他缸热，说明进气门座松动。再对进气支管旁边侧耳听诊，会有“啪、啪”的响声，这是在压缩行程中，可燃混合气体倒流进入空气滤清器的缘故。
（2）侧耳听诊在排气支管处有“扑、扑”的响声，且柴油发电机在工作时，该缸的排气支管比其他缸的排气支管温度低，则说明排气门座松动。
（3）在小油门工况下，逐缸拧松高压油管，当松开某缸高压油管，冒白烟现象消失，并听到“嚓、嚓”的声音，伴随这种声音的还有一股气流声（柴油发电机将要熄火时刻听得非常清楚），则可断定该缸气门座松动。
（4）若是该缸气门座松动或脱落，该缸会产生漏气、压缩压力不足、压缩压力比其他缸的压缩压力小，或无压缩力。在压缩过程中进气或排气支管会出现明显的“嘶、嘶”漏气响声。
（5）熄火进行检查，气门座松动的气门杆常升不到最高点。调好气门间隙后，摇转曲轴复查时，其间隙会出现时大时小，气门在导管内的往返运动有滞涩或发卡现象。
3、气门座松动的原因
（1）气门座严重磨损、下陷量过大，气门座烧损或产生裂纹等都会造成气门座松动；缸盖螺栓扭力不均或柴油发电机在高温时骤加冷水，使缸盖变形或产生裂纹，也会导致气门座松动。
（2）在生产装配或修理时，选购、更换的气门座圈外径过小，使镶嵌紧度不够，也会造成气门座松动。维修时，扩铣气门座圈孔座的精度不够（圆柱度及圆度超限）、表面粗糙度不合格等，使座圈镶入座孔后配合紧度不够，接合不牢，造成气门座圈变形、松脱。
（3）柴油发电机长期超负荷作业或使用时间较长，经高温高压气体不断冲击，致使座圈与座孔的配合逐渐松动。另外，汽缸盖上的气门座孔经过多次拆装，座孔口径增大，若配上原来尺寸座圈，气门座圈也会松动。
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图5 气门座边缘厚度检查 |
图6 气门座的检测方法 |
三、气门座圈的拆装
1、拆卸
由于气门座圈与汽缸盖座圈孔是过盈配合，因此，在更换拆卸气门座圈时，要用专用的工具进行拆卸（如图7）。若没有气门座圈拉出器，可用旧气门阀在砂轮机上磨削成錾子后，将旧气门阀分别从进、排气管安装座孔插入气门座圈凸缘或贴合面之间，然后用锤子敲击旧气门阀头部。这样转过几个角度，进、排气门座圈便能卸下。
2、安装
（1）加大尺寸法
即重新车制加工气门座圈。只需稍微加大气门座圈的外径尺寸，提高其配合紧度，实际尺寸应根据气门座孔的口径尺寸来确定。冷镶时过盈量为0.10～0.15 mm，热镶时过盈量为0.2～0.25 mm。气门座圈其余的尺寸，如高度、内径、斜面、角度等技术要求应和原来的气门座圈相同。
（2）冷镶法
将气门座圈放正于汽缸盖座孔后，分别用原机型的废旧进、排气门阀头部圆面对准进、排气门座圈（要基本保持同心），然后用锤子平稳地敲击气门杆顶部，就能把气门座圈装上。
（3）胶粘法
即选购原来型号的气门座圈，用磷酸一氧化铜无机胶粘接，具体操作方法是：
① 先将缸盖上的气门座孔、气门座圈的脏污、积碳清除干净，然后用脱脂棉沾上丙酮擦去接合面上的油渍。
② 制胶时，将固体粉状的氧化铜与液态磷酸，按1 mL磷酸溶液加3.5～4.5 g氧化铜粉配比，并按使用说明搅拌均匀。
③ 将配制的粘胶厚薄均匀地涂在座孔与座圈的接合面上，把座圈装入座孔内，再用小锤轻轻敲击座圈，经过振动使粘胶充分填满缝隙。
④ 在室温下自然固化3～4 h后，即可铰削研磨气门，如图8所示。
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图7 气门座圈拆除工具 |
图8 气门座手工铰削示意图 |
总结：
为提高柴油发电机配气系统的可靠性与耐久性，对于工作条件恶劣的进排气门座大多采用合金铸铁材料制做.但是随着机器运转时间的增长，往往会发生气门座松动的故障，从而导致柴油发电机功率下降，排气冒烟，曲轴箱窜气及缸盖部分出现敲击声等的不良后果，严重时发动机停止运转。以上所述，就是对排气门座松动的原因分析和解决办法。
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