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故障检修与技术维护 |
气缸套的磨损量计算、检测方法及拆装步骤 |
摘要：发动机气缸套和活塞环是在高温、高压、交变载荷和腐蚀的情况下工作的一对摩擦副。长期在复杂多变的情况下工作，其结果是造成气缸套磨损变形，影响了柴油发电机组的动力性、经济性和使用寿命。认真分析气缸套磨损变形的原因，对于提高柴油发电机组的使用经济性有十分重要的意义。气缸套的工作环境十分恶劣，造成磨损的原因也很多。通常由于构造原因允许有正常的磨损，但使用和维修不当，就会造成非正常磨损。针对柴油机气缸套磨损对发电机组造成的危害，以及缩短发动机使用寿命，根据康明斯发电机厂家的经验谈谈如何避免这类故障的危害。
一、气缸套的技术要求
康明斯柴油发电机目前大多使用水冷却方式，冷却效果直接影响柴油发电机的工作状况和寿命，目前。作为柴油发电机关键零件的气缸套，承受高温、高压和高速摩擦，其工作状况非常关键，目前应用广泛的是与冷却水直接接触的湿式缸套。所有湿式缸套采用的是顶端设置定位凸台压紧方式进行固定,该压紧方式缸套头部凸台在装配过程中，容易在压力过大情况下破碎，造成故障；同时，在尾部采用外圆定位，而缸套中部无支撑定位，受侧向力后缸套易变形，柴油发电机排放和动力性能恶化，同时振动和噪声变大，易产生穴蚀，造成早期失效。
1、干式气缸套
康明斯B系列柴油发电机（4缸或6缸）采用无气缸套式缸体，为了提高气缸孔的耐磨性能及活塞与气缸孔间的良好磨合，精加工后采用交叉小平顶珩磨工艺，在内壁形成网纹，有利于工作时存油，以及提高摩擦副的耐磨性能。当气缸磨损后，可在机体上加装薄壁干式气缸套。
康明斯B系列柴油发电机镶干式气缸套时，必须先按规定尺寸镗缸体底孔并留下止口，然后采取下述工艺压装。
（1）将气缸套放入冰箱内冷却到零下20℃，保持1h以上。
（2）气缸套冷却后将每个气缸孔内表面涂loctite620胶（乐泰620胶），此胶具有抗高温耐腐蚀并能有效保护缸体与缸套的过盈配合的特点。
（3）双手戴好防护手套，将冷冻后的气缸套（外径减少0.05~0.07mm，气缸体与气缸套的过盈量为0.05~0.07mm）压入气缸孔。
（4）用专用工具轻轻敲打气缸套，使气缸套与气缸体的下止口面充分接触。
若不按上述工艺，而是按规定尺寸镗好缸底底孔后直接把气缸套压入，会导致气缸套不同程度的缩变，柴油发电机使用后不久会出现缸套窜动、冷却不良等现象。
2、湿式气缸套
康明斯C、N、K系列柴油发电机采用单体可拆卸合金铸铁制成的湿式气缸套，缸套内表面有磷化物涂层，增强了储油能力和抗磨能力。上径向定位带（称为上支承定位带）和气缸套座孔之间的配合为过盈配合，过盈量为0.02~0.08mm。下径向定位带（称为下支承密封带）与气缸体为间隙配合。气缸套装入座孔后，气缸顶平面略高于气缸体上端面，C系列柴油发电机的缸套凸出量为0.025~0.122mm，K19型柴油发电机的缸套凸出量为0.08~0.15mm，K50型柴油发电机的缸套凸出量为0.152~0.203mm。
（1）6CTA8.3系列柴油发电机气缸套的下支承密封带位于缸套的中部，一道密封环槽，仅靠一道橡胶圈实现密封。
（2）NTA855系列柴油发电机气缸套下部共有三道密封圈，第一道缝隙密封圈挤压在机体内孔斜面上。可减小缸套工作时摆动的幅度，避免缸套穴蚀，最下一道密封圈的材料为耐油耐热性较好的有机硅，以防止机油渗入冷却水中。缸套较短较厚，不易振动。
（3）KTA19系列柴油发电机气缸套的下支承密封带位于缸套的中下部，三道密封环槽，安装三道密封圈实现密封。第一道密封圈为矩形圈，材质为腈橡胶密封环，装入后，部分和冷却水接触，既能防止配合面生锈，便于拆装，又能借其吸振，减轻穴蚀，表面呈蓝色。中间一道为圆形圈，材质为乙烯丙烯合成橡胶密封环，抗热性和耐压缩性好，表面为黑色。底部一道也是圆形圈，材质为硅树脂橡胶，耐油性好，表面为红色。三道密封圈的相互位置在维修更换时不能装错。
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图1 无气缸套式机体 |
图2 湿式缸套结构图 |
二、气缸套磨损测量
气缸套是构成柴油机燃烧室空间和气缸工作空间的重要部件。由于工作时柴油机要利用这些空间来完成每个循环的二次能量转换，因此气缸套的工作条件十分恶劣。
1、缸套检查的目的
气缸套内表面受到燃气的高温高压、腐蚀作用和活塞组件相对运动的摩擦作用。由于缸套摩擦表面各部位的工作条件不同，这种摩擦引起的磨损也不同。一般缸套上部相应与活塞位于上止点时，第一道环所处的位置磨损最大。对于筒状活塞式柴油机由于侧推力的作用，使缸套横向磨损大于纵向；二冲程柴油机气口附近也因不同的换气形式有各自的磨损特点。这说明，缸套使用一定时间后不仅内径会增大，而且还会出现一定的圆度和圆柱度。当磨损过大，圆度、圆柱度超过一定范围时，会产生明显的漏气、窜油、敲缸，使柴油机功率下降、耗油增大，工作可靠性变坏。因此，对缸套应进行定期的磨损测量。
缸套外表面与气缸体内壁面组成冷却水腔，以使用通过缸套把活塞组件及本身的热量传递给冷却水，使之工作在适当的温度下。这就使得缸套外表面受到穴蚀和电化学腐蚀作用。它们引起缸套壁面变薄、应力集中，产生裂纹或穿孔。另外由于气体脉动应力及热应力造成机械疲劳与热疲劳，或者安装应力过大，也会使缸套产生裂纹。长期使用的缸套密封圈会因老化弹性而失效。因此，对缸套定期进行拉出检查。
2、检测步骤
（1）检查百分表的灵敏性和准确性，确认完好。按缸套的名义直径选择合适的可换量头。旋动可换量头使两量头间的间距比缸套名义内径大1~2mm拧紧滚花螺母紧固可换量头。
（2）将百分表装在表杆上，使百分表小指针有0.5mm左右的读数。
（3）调整好外径千分尺，擦净外径千分尺的两测量面，并用随尺提供的标准棒校准外径千分尺。外径千分尺微分筒“0”刻度应与固定套筒上的水平线重合以及微分筒边缘与固定套筒上的“0”线右边缘恰好相切，如果“0”位校对不对，要重新调整。
（4）将外径千分尺两测量面距离调至缸径到额名义直径，锁住微分筒保持此距离。
（5）用内径量表测量调好缸径的外径千分尺，转动百分表盘，使大指针对“0”，注意在以后的测量中均不能转动表盘，记下百分表小指针的读数，再复查一下可换量头是否紧固。
（6）清洁缸套内表面并确定沿气缸套轴线方向的4个环带测量位置：
① 活塞在上止点时第一道气环对应的缸壁位置；
② 当活塞位于行程中点时，第一道活塞环对应的缸壁位置；
③ 当活塞位于行程中点时，未道刮油环对应的缸壁位置；
④ 活塞在下止点时最未道油环对应的缸壁位置。
每个环带上测量两个方向：平行于曲轴中心线方向X-X和垂直于曲轴中心线方向Y-Y，
（7）用右手握住内径量表表杆，左手两指将表的定心架压在缸套壁面，可使量头进入缸内，如图3所示。
（8）将定心架放在要测量的部位，右手握住表杆前后稍做摆动，这样，可换量头沿缸套母线稍做上下移动，观察表杆摆动时表面大指针的偏转使表杆向表针转动的减值方向摆动，到表针刚要反转时，表杆立即停止摆动，此时，百分表的读数为该处内径的相应尺寸。将百分表的读数记下。将内径量表分别移到其它要测量的部位，按上方法可测得各处内径的相应尺寸，如图4所示。
3、缸套磨损值计算方法
（1）磨损量计算：
缸套实测缸径与其名义直径的差值的一半，即为累计磨损量，这样可得到一组磨损量，选取其中最大的一个作为本缸套的累计磨损量，如果将最大磨损量比上运行小时数即可得出磨损率。通常缸套的磨损量用缸径最大增值来表示，即实测缸套最大值与名义直径的差值。
（2）圆度：
同一测量环带上X-X和Y-Y方向上测量尺寸之差的一半。取四个环带中最大差值的一半为最大圆柱度。
（3）圆柱度：
沿X-X或Y-Y方向各测量尺寸的差值的一半，取其中的最大差值的一半为最大圆柱度。
4、注意事项
（1）测量值读数要根据大指针离开“0”位的格数和指针偏转方向来决定。百分表大指针每偏转1格为0.01mm，偏差的正负可在测量前用手按动量头观察大指针的转动方向来确定：用手按动量头，诺大指针顺时针转，则当表杆在缸内摆动时，指针按反时针方向偏转，距“0”的偏转格数为缸径比公称值的最大量，即实际测量尺寸为正偏差，反之，指针按顺时针方向偏转，距“0”的偏转格数为缸径比公称值的减小量，为负偏差，注意不可搞反。
（2）也可使装配好内径量表进入缸套上部调“0”作为该缸磨损量测量依据。将缸套上部未磨损部位去除积碳，擦干净，内径量表在该部位如上述测量缸套方法一样略作摆动，当大指针向减值方向偏转至刚要反转时，停止摆动，将表面转动，使表针对“0”。再将可换量头紧固后，以用它作为比较标准，去测量规定部位的尺寸，可读得相对磨损量。
（3）在观察表的读数时，视线应与表盘相垂直。因为指针与表盘之间有一段距离，视线歪斜时，会造成读数误差。
（4）内径量表使用完毕后，应从表杆上卸下百分表、可换量头、螺母等，擦干净后置于产品盒内，妥协保存，防止随意碰撞而损坏。
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图3 柴油机气缸套内径测量方法 |
图4 柴油机气缸测量内部位置 |
三、气缸套拆卸步骤
1、拆卸前的准备工作
准备好起重设备和专用工具，并检查确认其技术状态的完好性。在曲柄销上部遮上帆布以免杂物污染油底壳，清洁缸套顶部，确认定位标记。
2、安装好拆卸专用工具
（1）在缸体上端面放上垫鉄，将压板跨越缸套直径放在垫鉄上。
（2）从压板中孔穿入拉杆螺栓，从装有缸套下部的托板中孔穿出拧上螺母，将缸套夹紧在压板和托板之间。
3、拉出缸套
（1）拧入拉杆螺栓上部的螺母将缸套逐渐拉出，待缸套下部密封胶圈越过配合面后缸套即处于自由状态。
（2）继续拧入拉杆螺栓上部的螺母使缸套夹紧在托板和压板之间。
（3）调整吊钩使其位于气缸轴线的延长线上，挂于锁具将缸套吊出放于垫木上。
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图5 柴油机气缸套拆卸工具结构图 |
图6 柴油机缸套拆卸步骤示意图 |
4、拆卸注意事项
（1）拆卸前应注意定位标记，若无标记可在合适的地方做上记号。放置垫鉄应注意勿压住缸套。
（2）起吊操作人员应服从指挥，操作不宜过快过猛，并注意吊运安全。
5、密封件或密封面的处理
（1）清洁缸套与缸体上密封面，对采用紫铜垫片密封时，应将密封件退火恢复塑性；对采用铝垫片密封时，应换新密封件；对采用金属平面密封时，应用色油法检验缸套与缸体结合面的贴合状况，若贴合不良则应进行刮削研磨至贴合符合要求。
（2）清洁缸套与缸体下密封面并消除锈迹及毛刺，必要时应测量它们之间的配合间隙。
（3）用积碳清除剂，将柴油发动机缸套上部的积碳清除，如图7所示。
（4）对缸套密封橡胶圈进行外观检验，拉伸法弹性试验和自由长度测量。
6、装配步骤
装配步骤是拆卸的反顺序，但应注意以下几点：
（1）密封橡胶圈的安装：组合外观如图8所示。将橡胶圈稍稍拉长装入缸套橡胶圈槽内，用手指沿圆周方向将橡胶圈理顺，然后再用深度游标卡尺测量橡胶圈高出缸套外园表面的高度，一般应为1~1.5mm。
（2）应注意金属密封垫片装配正确，若需要涂密封胶时应涂上密封胶，在橡胶圈处涂润滑剂以利缸套落位。
（3）应注意缸套的装配标记。
（4）缸套装配落位后，应用内径量表测量缸套密封橡胶圈处的内径变形情况，一般缩小不得超过0.03mm。
（5）缸套装配落位后，应进行水压试验，检查其密封性。
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图7 清除气缸套上部的积碳步骤 |
图8 气缸套及密封件外观示意图 |
总结：
为了检查缸套是否有缺陷，对缸套应进行定期检查，以便保持柴油机正常的运行状态。为此本项目包括缸套拆卸和装配；缸套磨损测量及圆柱度、圆度的计算；缸套密封件的预处理和安装。
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