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技术维修与康明斯知识 |
康明斯柴油发电机气缸套活塞环早期磨损 |
摘要：柴油发电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柴油发电机造成的危害，以及缩短柴油发电机使用寿命，根据自己工作的体会，谈谈如何避免这类故障的危害。
一、气缸套磨损的规律
1、使用不当
气缸套的工作环境十分恶劣，造成磨损的原因也很多，受热状态模拟图如图1所示。通常由于构造原因允许有正常的磨损，但使用不当，就会造成非正常磨损。柴油发电机在工作时高速旋转，气缸套磨损由于活塞位于不同位置时的工作条件不同，其磨损量有明显区别。一般规律是活塞在上止点8度至12度（曲轴转角）位置时，第一道活塞环与气缸壁接触部位磨损最严重，在一个大修时间的使用期中，最大径向磨损可达0.2至0.3mm，由上往下，磨损量显著减小，这种上大下小的磨损，使气缸成为“锥形”。
2、保养不当
在特殊情况下，如机油中未滤清的金属屑和杂质随机油溅到缸壁表面产生磨料磨损时，则磨损成类似“腰鼓形”。这是因为金属屑和杂质，随活塞在气缸中部运动速度最大，因而对缸壁磨削作用也最大，在缸壁上部不与活塞环接触的部位，几乎没有磨损，故形成一道明显的台阶，俗称“缸肩”
3、维修不当
（1）气缸套安装位置不当。
在安装气缸套时，若存在安装误差，气缸中心线和曲轴轴线不垂直，会造成气缸套非正常磨损。
（2）连杆铜套孔偏斜。
在修理中，铰削连杆小头铜套时，铰刀倾斜而造成连杆铜套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平行，迫使活塞向气缸套的某一边倾斜，也会造成气缸套非正常磨损。
（3）连杆弯曲变形。
由于飞车事故或其它原因，受撞击的连杆会产生弯曲变形，若不及时校正而继续使用，也会加速气缸套的磨损。
气缸磨损除上述规律外，还会使气缸失去正圆形状而成椭圆形，即“失圆"。气缸失圆的原因随车型，结构及维护，使用条件的不同而不同。柴油机一般由于气缸套侧面冷却效率较高（冷却水从缸体侧面进入）及活塞的侧压力较大，使气缸壁的横向磨损大于纵向磨损而造成失圆。此外，多缸柴油发电机各缸的磨损量也不均匀，一般冷却强度比较高的缸磨损量比较大。
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图1 柴油机气缸套高温受热状态模拟图 |
二、减少气缸套磨损的措施
根据上面对气缸套磨损规律的分析和了解，可以得出，减少气缸磨损除在设计制造上采用抗腐蚀、耐磨损的措施外，还可以从下面几点中做到减少气缸磨损。
1、正确安装气缸套
（1）检查机体机面各止口是否有铁屑，污物，毛刺，磕碰伤等。若有污物用毛巾擦净，铁屑用毛刷清扫，毛刺和轻微磕碰伤用油石打磨，用干毛巾擦拭干净并用755清洗剂清洗干净，先把各胶圈装入缸套相应环槽内，各胶圈应完好无损，不得扭曲，并在密封圈和环槽处涂适量润滑油。在机体缸孔密封带涂适量润滑油，各止口处涂密封胶然后把缸套装入机体，用玻璃胶枪在机体顶面止口处涂φ2.5左右均匀连续的密封胶。
（2）气缸套安装的注意事项
① 气缸套检查合格后，装上新密封胶圈，保证密封胶圈平整而不扭曲，不得沾油，以免橡胶变软，弹性减弱失去密封作用。
② 将气缸套放入气缸体气缸孔中，双手均匀用力将气缸套压装到位（装配时不能敲击气缸套）。
③ 如有条件，应在装好气缸垫，气缸盖后，用2-4kpa的压力进行水压试验，以不渗漏为合格。
2、正确启动和运行
冷车启动时，由于温度低，机油粘度大，流动性差，使机油泵供油不足。同时，原缸壁上机油在停车后沿缸壁下流，使启动瞬间得不到工作时那样良好的润滑，致使气缸壁磨损大大增加。为减少磨损，初次启动时应将柴油发电机转几圈，待磨擦表面得到润滑油后再供油启动，燃料而不装空气滤清器，这是绝对不允许的。据试验，在沙土路面上不装空气滤清器造成的磨损，比装空气滤清器的大几十倍甚至百倍。机油滤清器和柴油滤清器如发生短路或堵塞会引起柴油发电机润滑不良，造成各个零件的不正常磨损。
3、保持温度
保持柴油发电机的正常温度在80℃—90℃，因为温度过低，不能保持良好的润滑，增大缸壁磨损，气缸内的水蒸气易于凝结成水珠溶解废气中的酸性气体分子生成酸性物质，使气缸壁受到腐蚀磨损，试验证明，当气缸壁温度由90℃下降到50℃时，气缸磨损量为90℃时的4倍，反之温度过高，会使气缸强度降低而加剧磨损，甚至可能使活塞过度膨胀而造成“胀缸”事故，使气缸套报废。
4、保持良好的润滑
（1）除要求保持机油正常温度外，还应保证机油压力符合原厂说明书的规定。
（2）经常检查和保持机油的数量，质量，按季节选用适当粘度的机油。（3）在保修换环作业中选用弹力适当的活塞环（弹力过小会使燃气窜入曲轴箱吹落缸壁上的机油，增大缸壁磨损，弹力过大会直接加剧缸壁的磨损或因缸壁上的油膜遭到破坏而加剧磨损）。
5、加强“三滤”的保养工作
应经常检查滤清器是否短路，这是防止机械杂质进入气缸，减轻缸壁磨损延长柴油发电机使用寿命的一项重要措施，这在多风沙地区尤为重要。有的为了片面追求节约，不对空滤进行经常性更换。
6、提高保修和装配质量
严格按照发电机组的技术标准进行保修作业，防止因修理和装配不当而加速活塞与气缸壁的磨损，因此应注意：
（1）选用与气缸套分组记号相同的气缸套，以保证气缸套与其座孔的配合间隙正常，防止气缸套变形或工作时产生振动，减轻气缸套磨损和“穴蚀”损坏。同时，活塞也要相应选配，以保证活塞与气缸套的配合间隙符合要求。
（2）应清除气缸体内的铁锈，污垢及其它杂质，并用细沙布轻擦气缸体与气缸套的结合处，使其露出金属光泽，特别是与密封胶圈的接触处必须光滑、平整、以免漏水。新缸套内外表面的防锈油和杂质应洗净擦干。
（3）检查气缸套圆度公差（内腔同一平面选取三点测量）不超过0.01mm。
（4）将气缸套装入气缸体气缸孔中检查其凸肩高出气缸体顶面的高度是否符合要求（一般为0.02—0.13mm见图1放大图），以保证气缸垫有良好的密封作用。并检查各气缸套高出缸体上平面高度差（不大于0.05mm），以免拧紧缸盖螺栓时缸盖变形或密封不严。
三、故障案例分析
1、故障案例现象
一台康明斯6CTA8.3系列柴油发电机，保修原因为柴油发电机无力，排气管冒黑烟。进一步检查，加机油口及曲轴箱通风管处窜油烟，用长螺钉旋具或金属棒顶在气缸体中上部，能听到类似金属敲击的异响，异响随转速的升高而加重。初步判断为气缸套或活塞环严重受损。
2、故障查找分析
拆下6个缸的活塞连杆组件，用量缸表检查各缸缸套均有磨损（如图2所示），其中第6缸缸套最大磨损为0.15mm，圆柱度为0.08mm，圆度为0.05mm。活塞环也严重受损，且不规则，一边薄一边厚，最大相差1.5mm，因而，该柴油发电机需要大修，该机投入运营仅4个多月，运行3000多小时，可以判断该柴油发电机属于早期磨损。具体测量方法如下：
测量气缸套内径是在沿气缸套纵向几个确定的测量点的横截面上首尾方向（y-y），即平行曲轴方向)和左右方向（x-x），即垂直曲轴方向)的气缸直径，如图3所示。中、小型四冲程筒形活塞式柴油机如无测量用的定位样板，又缺少说明书等资料时，可参考以下4个位置进行缸套磨损测量：
（1)当活塞在上止点时，第一道活塞环所对应的缸壁位置。
（2)当活塞在行程中点时，第一道活塞环所对应的缸壁位置。
（3)当活塞在行程中点时，末道刮油环所对应的缸壁位置。
（4)当活塞在下止点时，末道刮油环所对应的缸壁位置。
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图2 使用量缸表测量缸套磨损程度 |
图3 柴油机气缸套测量部位 |
（1）冷却系统工作不良
康明斯6CTA8.3系列柴油发电机冷却系统的特点是水套小，水道孔狭窄。以6BT系列柴油发电机为例，散热器管界面截面尺寸仅为14mm×2.5mm。按规定，使用环境温度在-40℃以上时，要求使用50%水+50%乙二醇防锈防冻液。但该机操作员将未做任何处理的自来水直接加注到水箱中，由于自来水硬度高（特别是该地区） ，水在狭窄的水道中容易形成水垢，将水道堵塞，造成通水不畅，水温过高，导致冷却效果降低，气缸易早期磨损。此外，冷却系统中的水泵、节温器等元件有损伤时，也会导致冷却系统的能效降低，应立即更换总成或修复。
（2）进气系统失效
据相关资料指出，当空气滤清器丧失工作能力后，气缸磨损将增加8倍，活塞磨损将增加3倍，活塞环磨损将增加9倍，从而大大缩短了柴油发电机的工作寿命。经检查，发现操作员未对空气进气系统特别是空气滤清器予以良好的保养和维护，空气引入管及空气滤清器的进气卡箍在发电机组运动中松脱，加之大气状况差，导致气缸磨料磨损。
（3）活塞环故障
康明斯6CTA8.3系列柴油发电机对活塞环的要求较高。当气环磨损后端隙变大或油环磨损后控制润滑油能力变差时，就会造成润滑油上窜，在活塞环槽内形成积炭，使活塞环卡死，划伤气缸壁，同时部分混合气窜入曲轴箱内，漏入曲轴箱稀释润滑油，恶化润滑油品质，是气缸壁润滑环境恶化，导致气缸壁早期磨损。
康明斯发动机活塞环维修参数要求
（4）使用不当
该机为追求经济效益，经常超载，并人为将康明斯6CTA8.3系列柴油发电机的标准怠速750r/min调高至900r/min，以避免熄火。这样，活塞与气缸壁工作条件更为恶劣，气缸壁易烧蚀而造成早期磨损。
3、维修应注意的问题
综上所述，针对康明斯柴油发电机气缸早期磨损的原因，发电机组操作和维修人员在操作过程中和对发电机组进行维修时，应注意下列问题：
① 冷却系统应加注防冻液，并使用添加剂；
② 不要随便增大发电机组负荷，调高柴油发电机怠速转速；
③ 修理装配过程中应按标准操作，安装合格配件；
④ 注意日常维护及保养，特别是进气系统。
总结：
气缸套是一台柴油发电机内部零件中的重要组成部分，它的磨损和是否正确装配都会给柴油发电机的正常使用带来极大的危害，并造成柴油发电机的动力性、经济性和使用寿命不同程度地下降。由于部分操作者对气缸套的磨损和是否正确装配的成因及危害认识不足，还有气缸套安装位置不当。在安装气缸套时，若存在安装误差，气缸中心线和曲轴轴线不垂直，会造成气缸套非正常磨损。至今，仍未引起足够重视和采用有效的措施加以预防，结果造成一些柴油发电机的早期损坏，造成不必要的经济损失，给企业经济效益带来了一定的影响。
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