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故障检修与技术维护 |
汽缸磨损规律、测量步骤、原因分析和预防措施 |
摘要：气缸的磨损程度是判断发动机技术状况是否良好、是否需要大修的重要依据。气缸磨损至一定程度，柴油发电机动力性能显著下降，油耗急剧增加，工作性能变坏，甚至不能正常工作。因此，了解气缸磨损原因和规律，不仅能正确地对其进行修理，而且对于正确使用和管理柴油发电机组，减少气缸的磨损，延长柴油发电机的使用寿命，有着重要的指导意义。康明斯公司撰写的本文从汽缸结构特点出发，提高用户和经销商对汽缸的认识，对汽缸磨损故障进行了分析，提出预防柴油机气缸磨损的关键措施。
一、气缸的磨损规律
柴油发电机汽缸呈圆筒形，内装有作往复运动的带环活塞，并用汽缸垫和汽缸盖加以密封，形成一个容积可变的密封空间。汽缸内表面给活塞运动导向作用，也称之为汽缸壁。汽缸壁承受高温、活塞的侧压力和润滑条件较差，空气中的尘粒和油中的机械杂质都会使缸壁产生较严重的机械磨损，同时废气中含有酸对缸壁还会产生较重的腐蚀性磨损，通常所说的汽缸磨损就是指汽缸壁的磨损。由于气缸是在润滑不良、高温、高压、交变载荷和腐蚀性物质作用下工作的。因此，气缸磨损是不均匀的，但正常情况下有一定的规律。
1、气缸轴向磨损规律
从气缸的纵断面看，活塞环行程内的磨损一般是上大下小，即称为“锥形”或“锥体”，如图1所示。
（1）磨损的最大部位在活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸壁。在气缸内活塞环接触不到的上口，没有磨损而形成了明显的台阶，称为“缸阶”或“缸肩”〔图1a）〕。
（2）气缸下部活塞运动区域外的气缸壁，由于润滑条件比较好，温度适中，没有活塞环摩擦作用，气缸也几乎没有磨损。在特殊情况下，气缸的磨损不在上部，而是在中部，形成中间大的“腰鼓形”磨损〔图1（b）〕。
在同一台柴油发电机上，不同气缸磨损情况不尽相同，一般水冷柴油发电机的第一缸前壁和最后一缸的后壁处磨损较为严重。
2、气缸径向磨损规律
从气缸横断面来看，气缸的磨损也是不均匀的，磨损成不规则的椭圆形，如图2所示。各气缸沿圆周方向的最大磨损部位随气缸结构、机型、使用条件的不同而不同。
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图1 气缸轴向磨损量示意图 |
图2 气缸径向磨损示意图 |
二、气缸磨损的原因
气缸磨损主要是由机械磨损、腐蚀磨损和磨料磨损及纯腐蚀异常磨损等造成的，如图3、4所示。
1、机械磨损
柴油发电机工作时，活塞环的自身弹力和高压气体窜入活塞环背面致使活塞环对气缸壁的正压力大，摩擦力也大，润滑油膜被破坏，形成半干摩擦或干摩擦，造成活塞位于上止点时，第一道活塞环对应的气缸壁磨损最为严重，形成沿气缸轴向上大下小的锥形磨损。
2、腐蚀磨损
气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物CO₂、SO₂、NO₂，它们溶于水而生成矿物酸，对气缸表面产生腐蚀作用，造成腐蚀磨损。由于气缸体上部不能完全被润滑油膜覆盖，其腐蚀作用更加严重。腐蚀磨损还随柴油发电机冷却水温的降低而增加。
因此柴油发电机未达到工作温度时，其负荷不要过大，并且应尽量缩短低温运行时间，加快柴油发电机的升温，以减少腐蚀磨损。对于多缸柴油发电机，两端气缸的前后壁冷却效率较高、进气门对面被较冷的可燃混合气冲刷，润滑油膜难以形成，致使这些部位受到严重的腐蚀磨损。这是气缸上部磨损大并形成明显椭圆的主要原因。
3、磨料磨损
空气中的尘埃、润滑油中的机械杂质和柴油发电机自身的磨屑等进入气缸壁间造成磨料磨损。空气中的灰尘被吸入气缸上部，其棱角也锋利，因而气缸上部磨损最大。在风沙严重的地区，大量的灰尘进入气缸后，由于活塞在气缸中部运动速度最大，致使气缸磨成“腰鼓形”。
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图3 柴油机气缸磨损曲线图 |
图4 气缸异常磨损纵向和横向磨损曲线 |
三、气缸磨损的测量
测量柴油发电机气缸磨损的目的，主要是确定气缸磨损后的圆度和圆柱度。根据气缸的磨损程度，确定柴油发电机是否需要大修，以及确定气缸的修理尺寸。测量气缸通常使用量缸表，其测量方法如下：
（1）测量准备
根据气缸直径，选择相应尺寸的测量接杆，并将其固定在量缸表杆的下端。按规定接杆固定好后与活动测杆的总长度应与被测气缸的尺寸相适应。
（2）校正量缸表的尺寸
气缸测量时，先将千分尺校正到被测气缸的标准尺寸，再将量缸表校准到千分尺的尺寸，并使伸缩杆有2mm左右的压缩行程，旋转表盘，使表针对准零位。这样测出的读数加上气缸的公称尺寸，即为磨损后的气缸直径。
（3）测量步骤
气缸上、中、下三个位置的纵向和横向上的气缸直径，如图5所示。气缸上部应测量第一道活塞环在上止点位置时所对应的气缸壁（上平面10mm处）；气缸中部和气缸下部应测量距离气缸下边缘10mm左右处。按A、B两个方向分别测量一次。
注意：不要在柴油发电机修理台架上测量柴油发电机气缸的内径，以防因缸体被夹紧变形而测量不准。
由柴油发电机气缸磨损规律可知，柴油发电机一般前后两缸磨损最为严重。因此，测量时可重点测量前后两缸，或“缸肩”较深的气缸。为保证测量准确，量缸表测杆与气缸轴线要保持垂直。测量时应转动量缸表，指针指示的最小值即为被测值，如图6所示，并将测量值逐一记录下来，计算圆度与圆柱度误差。柴油机的圆度误差超过0.065mm、圆柱度误差超过0.25mm，超过极限值则进行更换。
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图5 柴油机气缸量缸方法示意图 |
图6 量缸表测量圆柱度误差步骤图 |
四、汽缸磨损故障的分析与预防
1、汽缸磨损的现象
（1）汽缸压缩力降低。不减压摇转曲轴到活塞压缩行程直至上止点时，比正常情況下省力。与此同时，打开加机油口盖，从曲轴箱加机油口处可以听到"哧哧"的气体内漏声；从空气滤清器和排气管处听不到"哧哧"的声音，说明进气门和排气门密封是严密的。柴油发电机着火时下排气增大，水温不过高，轰油门水箱内无汽泡，说明汽缸垫密封是良好的。由此可判断汽缸压缩力降低是由于汽缸磨损导致的。
（2）由于汽缸压缩力降低，不但柴油燃烧不完全，柴油发电机排气冒烟；而且功率下降，启动性能、加速性能和负荷性能变坏。
（3）柴油发电机排气冒蓝烟，甚至窜机油，机油消耗率明显增加。又由于柴油燃烧不完全，不但柴油消耗率显著增加，而且残余柴油从活塞环与汽缸套之间内漏，导致稀释机油。
2、汽缸磨损的具体原因
（1）润滑油滤清器滤清效果差，含有大量硬质颗粒的润滑油使汽缸套内壁磨损加剧。
（2）空气滤清器滤清效率低，空气中所含的尘土和沙粒，导致汽缸磨损。
（3）长时间低温运转，造成燃烧不良，引起电化学腐蚀。
（4）经常使用劣质润滑油，汽缸磨损量比正常值大1～2倍。
（5）汽缸套安装位置不当，汽缸中心线和曲轴轴线不垂直，会造成汽缸套非正常磨损。
（6）连杆弯曲变形，若不及时校正而继续使用，也会加速汽缸套的磨损。
3、预防措施
（1）不要在低温时频繁启动。初次启动时，应先使柴油发电机空转几圈，待摩擦表面得到润滑后再启动。启动后应怠速运转升温，严禁猛轰油门，待机油温度达到40 ℃时再起步。
（2）正确选用润滑油。要严格按季节和柴油发电机性能要求选用最佳黏度值的润滑油，不可随意购用劣质润滑油，并经常检查和保持润滑油的数量与质量。
（3）加强滤清器的保养，避免空气、燃油、润滑油中的磨料粒子进入汽缸中。
（4）保持柴油发电机正常工作温度80～90 ℃，水温低于50 ℃以下时进行负荷作业与90 ℃水温时相比，汽缸壁的磨损量是90 ℃时的3～4倍，过高容易引起粘缸，同时加剧活塞环、活塞的磨损量，严重时烧机油，引起机油的消耗量增多。
（5）提高保修质量。柴油发电机大修时，要严格检查校正曲轴、连杆的弯曲度。汽缸安装时，要使用专用的安装工具，缓慢的将缸套完全压装到缸体内，使台肩与缸体止口上平面紧密贴合，不允许使用手锤用力猛砸。
总结：
汽缸是柴油发电机核心部件之一，汽缸与活塞环是一对摩擦副，长期工作过程中磨损是不可避免的。柴油发电机是否需要进行大修，主要看汽缸的磨损程度。我们所要做的工作是预防汽缸非正常磨损的发生，或让其磨损的速度变慢。从汽缸结构特点出发，分析汽缸非正常磨损的原因，以做好预防工作，对提高柴油发电机的使用经济性有十分重要的意义。
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