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故障检修与技术维护 |
干式和湿式气缸套的特点与安装要求 |
摘要：汽缸套是柴油发电机重要而又易于损坏的零件，当汽缸工作表面出现拉伤或磨损量超限时，必须进行更换。缸套分为干缸套和湿缸套两大类。背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套，背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套，外表面上、下均加工有凸出圆环以保证径向定位，壁厚一般为5~9mm。干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，有利于发动机的小型轻量化。康明斯公司在本文阐述了汽缸结构特点、安装要求与安装方法，以提高柴油发电机的维修质量。
一、汽缸套的结构特点
由于气缸体的材料一般采用优质灰铸铁、球墨铸铁，为提高耐磨性，有时在铸 件中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等，有些气缸进行了表面处理，如表面淬 火、镀铬、磷化等；有的则可从材料、加工精度和结构等方面来考虑。因铝合金缸体耐磨性不好，必须在气缸体内镶人气缸套，形成气缸工作表面。康明斯汽缸套根据其外壁是否直接与冷却水接触，分为湿式缸套和干式缸套两种。
1、干式缸套
如图1（a）所示，干式缸套外壁不直接与冷却水接触。J285T型柴油发电机即为干式缸套，其缸套厚度为2～4 mm。干式缸套的优点是：柴油发电机机体重量轻，刚度较好，不易发生漏水现象，缸套可用高级材料制造，有较高的耐磨性。因此在整体式机体中经过几次大修镗磨后，常镶入干式缸套，以恢复汽缸的孔径。
干式缸套凸缘顶面高出汽缸体上平面约0.02～0.10 mm，机体座孔与缸套间的间隙为0.021～0.048 mm。当柴油发电机运转到正常温度时，汽缸套受热膨胀而机体座孔由于受冷却水的冷却，温度较低，膨胀小，因此汽缸套的孔壁能紧贴于机体座孔，将热量传给冷却水。但由于加工误差和缸套、机体在工作中的变形，缸套外壁与机体内孔之间的实际接触面积会小于设计时的规定值，使传热变差，降低散热性能。所以缸套内外壁必须精确加工，方能保证其紧密配合，然而这又会造成加工和拆装的困难，这些缺点限制了干式缸套的广泛使用。
2、湿式缸套
如图1（b）所示，湿式缸套的汽缸体上无封闭的水套夹层，缸套外表面直接与冷却水接触。湿式缸套壁厚约为5～9 mm。汽缸套的上端有凸缘，为缸套安装起定位作用。将缸套装入汽缸体后，缸套凸缘顶面高出汽缸体上平面约0.06～0.16 mm，在缸盖螺栓压紧下使凸缘的下端面与机体缸套座孔的上端面紧密贴合；凸缘上端面则与汽缸盖下端面（中间加有汽缸垫）紧密贴合，以保证汽缸垫压紧后在燃烧室四周产生较高的压紧力，密封住汽缸和冷却水腔。
汽缸套外圆有下定位面和上定位面，上定位面直径略大，下定位面有两道环槽，环槽内装有橡胶封水圈，封水圈具有弹性，其外径略大于座孔直径，以便安装后产生弹性形变而将汽缸套定位面与座孔之间的间隙密封，阻止冷却水漏入曲轴箱。所以选用封水圈时要注意其尺寸，不宜过小也不能过大，以免密封不严而引起漏水，或因装入座孔时过盈量太大，使其体积难以压缩而引起缸套变形;同时还要注意在压装后应保持封水圈平整性，不能扭曲变形。若发现损坏或安装位置不当，要及时更换、修正，以防冷却水渗漏至油底壳。
湿式缸套的优点是散热性能好，简化机体的制造工艺，拆装方便。其缺点是冷却水腔密封困难，柴油发电机机体常见有漏水故障，且冷却水对缸套外壁腐蚀严重。湿式缸套根据结构又可分为槽顶缸套、平顶缸套和带工厂垫片缸套，如图2所示。
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图1 干式和湿式气缸套的区别 |
图2 柴油机气缸套类型识别 |
二、干式和湿式缸套优缺点
1、干式缸套
背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套。湿式气缸套的生产执行标准为GB/T1150-2010，本标准适用于气缸套直径小于或等于200mm的往复活塞式内燃机湿式铸铁气缸套。
（1）优点：不易漏水漏气 。
（2）缺点：工艺复杂散热不良，而且拆装不方便。
2、湿式缸套
背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套。干式气缸套的国家标准为JB/NQ 56.1~56.3-87，通用的干式气缸套壁厚为4mm。
（1）优点：散热性能好，冷却均匀，拆装比较方便。
（2）缺点：容易漏水，通常下部安装有1~3道橡胶密封圈。
三、汽缸套检查
1、缸套突出量测量
对于平顶缸套，所测量的缸套突出量应是缸套法兰高于缸体表面的高度，而与法兰或防火圈高度无关。
（1）测量缸套时，缸套必须处于夹紧状态。对于耐磨环缸套，耐磨环应保持安装状态以便为缸套安装工具压板定心。
（2）将缸套安装工具（零件号 3164606）安装并拧紧到卡箍上。
（3）旋转压板，直到突出量待测区域露出。扭矩值：136n•m。
（4）平顶缸套应使用深度规（零件号 3164438）测量夹紧状态下的突出量，如图3所示。
注：拆卸任何缸套前，测量所有六个气缸。
表1 柴油机各单个气缸的测量值
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单缸突出量（单个气缸四周的测量差值）：
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mm
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in
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0.0381
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最大
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0.0015
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缸套突出量（单个气缸四周）：
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0.18
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最小
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0.007
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0.36
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最大
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0.014
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（5）对每个气缸进行总共六次测量，排气侧三次，进气侧三次，如图4所示。如果任何一个单独测量值与其他五个测量值的差异超过上面列出的技术规范，或超过上面列出的最小/最大值技术规范，参考下面的维修方法。
① 采用上面获得的测量结果，计算得到每个气缸所有六个读数的平均值。将平均读数应用到下列技术规范中：
缸体至缸体之间的测量值：最低缸套和最高缸套之间的差值不能大于 0.102 mm (0.004 in]；相邻气缸的最大允许差异为 0.051 mm [0.002 in]。
② 如果缸套平均测量值不符合上述技术规范，则参考以下的维修说明：
拆下所有缸套。检查所有的缸体沉孔垫片和沉孔台阶有无磨蚀和磨损。，以检查沉孔台阶表面区域有无点蚀、磨蚀或磨损的痕迹。
③ 如果任何气缸上出现磨蚀或磨损，必须对所有六个气缸进行机加工并更换缸套。
④ 如没有磨蚀或磨损，安装新缸套并重新测量缸套突出量。如测得的突出量不符合技术规范，那么必须对沉孔进行机加工；如测得的突出量符合技术规范，那么进行维修。
注：对于缸体沉孔经过机加工的发动机，无法用固定式工厂黄铜垫片替代维修垫片。
2、汽缸体水套水压试验
（1）用工艺压板压住各缸套，向缸体水道注水，做汽缸体水套水压试验，在 0.3～0.4 MPa的压力下，3～5 min内不得有渗漏。
（2）若有问题应及时排除，以免试机时油底壳进水而被迫再次返工。
（3）最后，用量缸表检查缸套的圆度与锥度是否在技术标准规定范围之内；若误差过大，应查明原因并予以排除，否则柴油发电机不准进行总装、试机。
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图3 气缸套突出量测量 |
图4 气缸套突出量测量点分布 |
四、 汽缸套安裝
1、汽缸套的安装要求
（1）安装后变形小，圆度和圆柱度不能超过规定值。
（2）缸套台肩上平面应高出缸体一定的距离。
（3）缸套安装在缸体中应保持一定的间隙。
（4）缸套安装在缸体中不能偏斜，即汽缸中心线垂直于曲轴的轴心线不能超过允许值。
（5）湿式缸套安装后，阻水圈要起到密封作用，不能漏水。
（6）湿式气缸套密封：
气缸套的上支承定位带直径略大，与气缸套座孔配合较紧密。下支承密封带与座孔配合较松，通常装有1-3道橡胶密封圈来封水。常见的密封结构型式有两种。一种型式是将密封环槽开在缸套上，将具有一定弹性的橡胶密封圈装入环槽内。另一种型式是将安置密封圈的环槽开在气缸体上，这种结构的工艺性较差，故应用较少。
2、 湿式汽缸套的安装
汽缸套拆装示意图如图5所示。为了防止汽缸套台肩在拧紧汽缸盖时被压断，在安装汽缸套时，应先不装防水橡胶圈，将缸套擦干净后放入机体内，测量汽缸套高出机体平面的尺寸，如过高，可对机体台肩平面进行铣削，增加台肩深度。
（1）专业工具安装方法
① 如图6所示。组装前使用植物油润滑缸套 O 形密封圈，缸套必须在润滑阻水圈后的 15 分钟内安装完成。
② 将 O 形密封圈安装到缸套上，确保阻水圈平座在阻水圈槽中。
③ 将缸套装进缸体。安装可继续使用的缸套时，将缸套从最初在发动机的位置上旋转 90 度。推力和止推表面必须朝向缸体的前部和后部。可使用缸套安装组件（零件号 3162461）座入缸套。
④ 如果缸套没有正确入座，将其拆下并检查缸套孔座和缸套有无拉痕、毛刺、污垢或垫片（如果配备）失位。重新安装缸套。
（2）非专业工具的安装
没有专业设备时，可按如下方法安装：
① 在汽缸套上先套入阻水圈，双手把握汽缸套并边转边推压，将缸套压进机体缸口上部的配合面，在缸套上端面垫一块方木，一手扶着方木，一手拿着铁锤敲打方木。当听到缸套台肩和机体承压面碰撞的金属响声，且敲打时手感到有反弹力，则说明缸套被压到位。缺点是：因用铁锤敲击，压入受力不够均匀，易使阻水圈被剪切而挤坏，还有缸套台肩处与机体承压面接触时受冲击，极易产生裂纹，从而引起漏气、漏水。
② 先把阻水圈装入缸套环槽，再用双手将缸套推进机体。然后，装上汽缸盖，延对角线顺序拧紧缸盖螺栓，利用紧固缸盖、靠缸盖平面压缸套端面的方法把缸套压装到位。此方法的缺点是：轻者缸盖会产生变形或裂纹，重者因缸套放不正会啃坏凸肩或使螺栓拉长、滑扣、拔出。
缸套装入后，由于阻水圈具有一定的紧度，可能引起缸套变形。需要进行检查，用量缸表检测内孔圆度误差，应该符合技术要求，误差不允许大于0.03 mm。如果超限，检查阻水圈的安装状态、厚度以及安装表面的清洁度，并加以纠正。
3、干式缸套的安装
干式汽缸套安装方法与湿式汽缸套基本相同，所不同的是干式汽缸套紧装在汽缸体的座孔中，外表面不与冷却水直接接触。因此，在安装时应注意的是，必须将汽缸套和机体座孔表面擦拭干净，不可涂抹机油，以免影响两者间的接触和散热，造成缸套早期磨损。
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图5 拆装气缸套示意图 |
图6 缸套O形密封圈涂抹润滑油 |
总结：
汽缸套上部内表面是燃烧室的组成部分，直接受到燃气的高温、高压和腐蚀作用，与活塞组件的相对运动使其承受侧推力和强烈地摩擦，汽缸套外圆表面与汽缸体内壁组成冷却水腔，受到穴蚀和电化学腐蚀作用。汽缸套是柴油发电机重要而又易于损坏的零件，使用者应了解汽缸套的结构特点，了解汽缸的安装要求与安装方法，对提高柴油发电机修理质量有重要的意义。
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