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使用说明书 |
柴油发电机组活塞连杆组的结构、作用、拆装和检测步骤 |
摘要：活塞连杆机构工作原理是将燃气作用在活塞顶上的压力转变为能使曲轴旋转运动而对外输出的动力。在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞作往复直线运动，经活塞销、连杆和曲轴 ，将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。发动机大修的操作中，各部件的装配质量直接影响到维修后的发动机性能，而活塞组的装配又是其中的重中之重，如果装配不当，很可能会造成部件损坏等严重后果。正确的安装活塞连杆组可以确保发动机正常运转，提高柴油发电机的性能和寿命。
一、活塞连杆组的基本结构
1、活塞
活塞的主要作用是承受气饰缸的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力;活塞的页部还与气新盖、气新壁共同组成燃烧室;
2、活塞环
活塞环包括气环和油环两种。活塞环工作时受到气缸中气体的高温高压作用，其温度较高，而且在气新中高速运动，加上机油高温变质，润滑条件变坏，其磨损严重。活塞环磨损失效后，发动机出现启动困难、功率不足、曲轴箱压力升高、机油损耗量大、排气冒黑烟，活塞边面积碳严重;
3、活塞销
活塞销的作用是连接活塞与连杆/小端 ，将活塞承豪的气体的作用力传递给连杆。活塞销为中空的圆柱体，一般采用低碳钢、低碳合金钢渗碳淬火或用45号中碳钢高频淬火;
4、连杆
连杆的功用是连接活塞和曲轴，把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将活塞承受的力传给曲轴。
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图1 活塞连杆组基本结构三维图 |
柴油机活塞连杆零件图 |
二、活塞组的拆卸与检查
1、活塞的检查
活塞磨损后，用外径千分尺测量其椭圆度和锥度。测量时测活塞裙上下两部分。测出的数据差值就是活塞的磨损量。测量时第一次测量部位应与活塞销孔成90°的方向，第二次测量时应在活塞销的轴线方向，这样测得的数据就可算出活塞裙部的锥度和椭圆度，用量缸表测量汽缸直径，便可算出汽缸与活塞的间隙。活塞裙与汽缸壁之间的间隙应符合产品说明书。
2、活塞环的拆装与检查
（1）活塞环的拆卸
活塞环上如果环面上有黑点或环槽内有大量积炭或环槽侧隙、槽隙超过允许的极限时需要更换活塞环。拆装活塞环可用活塞环钳或用三块薄钢片进行。由于活塞环的弹性是有限的，因此，拆装时用力不要过猛，以免拆断。拆出活塞时若发现活塞环已咬住，可浸在柴油（煤油或汽油也可以）中24h或更长一些时间，然后取出轻轻震击，不需要刮削活塞环即能松动。
（2）活塞环的检查
● 端隙的测量与检查
活塞环的端隙就是把活塞环放置在汽缸内壁中，在开口的位置应有间隙，留有这种间隙的主要作用是为了防止活塞环受热膨胀后卡死在汽缸内。活塞环端隙的大小与汽缸内径有关，在正常情况下，汽缸内径为100mm时，端隙应在0.25～0.4mm之间。端隙的检査一般用厚薄规进行测量，如图3所示。
● 环槽侧隙的测量与检查：
环槽侧隙即活塞环在槽内上下间隙或称端面轴向间隙。侧隙过大将会影响活塞的密封作用；若过小会使活塞环在工作时卡死在槽内。检查时，将活塞环放入槽内，用厚薄方法进行测量和检验（如图4所示）。
● 活塞环槽隙的检查：
活塞环放入活塞环槽内，活塞环应低于活塞环槽岸（0.20～0.35）mm，以免工作时卡死在汽缸内。通常气环槽隙为（0.15～0.35）mm，油环槽隙为（0.35～0.70）mm。
● 活塞环闭合间隙及端面轴向间隙的检查：
活塞环的闭合间隙是防止活塞环受热膨胀后被卡死在缸内，安装时必须保证这个间隙，活塞环闭合间隙及端面轴向间隙的测量，如果闭合间隙过小，应用锉刀进行修整。修整时应保证对口平整密合，锋边应倒去毛刺，以防安装后刮伤缸壁。
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图3 活塞环端隙的检查 |
图4 活塞环侧隙的检查 |
（3）活塞环修理
● 活塞环端隙的锉俢
在测量中，若发现端隙超过技术说明书中规定的数值，则应重新选配活塞环；若测量的数值小于规定的数值，则应用锉刀对环口的一端加以锉修，如图5所示，另一端留做检验平面，直至修理到规定的数值为止。
● 活塞环平面研磨
在测量中，如果感觉侧隙过小，则可将活塞环平放在有砂纸的地方进行研磨，如图6所示。若在测量时找不到规定的数据，则可按经验数据进行如下修配。
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图5 活塞环端隙的锉俢 |
图6 活塞环平面研磨 |
三、活塞连杆组的装配
1、活塞环的安装
活塞环有镀铬层的环应装第一道，若是扭曲环则内倒角的一面应向上；如果有外切角的环，则外切角的一面应向下。活塞环的开口应依次交错配置互隔120°。
2、活塞组的安装
以4缸发动机为例，活塞组装入气缸的顺序是1缸、4缸、2缸、3缸。转动曲轴，使1缸和4缸的连杆轴颈位于最低点位置，将专用工具套在活塞环外圆，使活塞环压缩到与活塞外圆平齐，将连杆大头端伸入气缸中。
3、连杆螺栓和螺母的装配
连杆大头与曲轴连杆轴颈的连接，是柴油机最重要的结合。连杆螺栓经常承受交变载荷，它常采用优质合金钢或优质碳钢制造，并经调质热处理，不能用普通螺栓代替，以免因强度不够而疲劳断裂。在使用过程中，应注意检查其固紧情况，防止松动；定期拆装检查它有无裂纹和过度伸长等情况，必要时应及时换新。
装连杆螺栓时， 要对连杆螺栓做全面检查，确认其无缩颈现象并且螺纹合格方可使用。应注意连杆螺栓和连杆螺母为英制螺纹，安装时螺纹上应涂抹一层发动机润滑油，将螺母平顺地拧到螺栓上。表1是几种机型连杆螺栓（母）扭紧力矩。在装配时，应分2～3次、交替均匀地将连杆螺栓拧紧到规定的力矩，不能过大或过小，以免工作中造成连杆螺栓断裂等事故。
4、连杆轴瓦的装配
连杆轴瓦装在连杆大端孔内。它是一种滑动轴承（只有极少数小型发动机用滚动轴承），由两个半圆形的瓦片组成，通常称为轴瓦。现代发动机大都采用薄壁轴瓦。薄壁轴瓦是在钢制的瓦背上浇铸一层减磨合金（0.3～0. 8 mm）。连杆轴瓦可以保护连杆大端孔和曲轴的连杆轴颈，使连杆和曲轴能够较长期地使用。
连杆轴瓦应成套更换，尺寸应与连杆轴颈的尺寸相对应。连杆轴瓦上下瓦可以互换。连杆与连杆盖是成对加工的，不允许更换。选配轴瓦时要先检查瓦片的弹性，当瓦片压入瓦盖后，瓦片与瓦盖要有一定的紧度，若瓦片能从瓦盖上自由掉下来，则瓦片不能继续使用；瓦片压入瓦盖后，应稍高于瓦盖平面，一般为0.05～0. 10 mm。
连杆轴瓦属易损零件，其磨损速率主要受润滑油的品质、配合间隙以及轴颈表面粗糙度的影响。机油品质差，杂质多，轴承间隙过小，容易造成轴瓦刮伤或烧瓦故障；间隙过大时，油膜不易形成，轴瓦合金层易产生疲劳裂纹甚至剥落。在选配连杆轴瓦前，应对连杆大端的端隙进行检查，连杆大端的侧面与曲轴曲柄之间有一定的间隙。一般发动机为0.17～0. 35 mm，柴油机为0.20～0. 50 mm，若超过规定值时，可修复连杆大端侧面。
安装连杆轴瓦时，必须保证按原来的安装位置装回，不得错装。瓦片和瓦座之间必须清洁和紧密贴合，并应保证轴瓦和轴颈之间的规定配合间隙。装配轴瓦时必须注意轴瓦的高度。高度过大时可锉修或用砂纸打磨；高度过小时应重新配瓦或修复座孔。注意严禁在瓦背加垫垫高轴瓦，以免影响散热和造成轴瓦松动、损坏。连杆轴瓦应该按配对号和顺序号装配，并按规定扭矩均匀地拧紧螺母和螺栓。连杆轴瓦上制有定位唇，安装时两个定位唇分别嵌入连杆大头和连杆盖上的相应凹槽内，防止轴瓦在工作中产生转动和轴向移动。
5、连杆盖的装配
连杆大头做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖。为保证连杆大端孔在装配和工作时的精确几何形状，通常连杆体与连杆盖配对加工，并在其上标有配对记号和标明第几缸的数字，安装时不可弄错，且记号在同一侧。此外，连杆体与连杆盖的配合都有定位措施，有止口定位、销套定位、锯齿定位和螺栓定位（即在连杆螺栓上加工出定位带）。
6、连杆衬套的装配
发动机大修中，在更换活塞、活塞销的同时，也要更换连杆衬套，以保证它们之间的配合要求。衬套与连杆小头孔的配合，不同的机型规定了不同的过盈量。过盈量过大会造成压装衬套困难，还易把衬套压坏。过盈量的测量，可用游标卡尺分别测量连杆小头孔内径和新衬套的外径，以此为根据选择具有一定过盈量的新衬套。同时，还要求衬套有一定的加工余量，如过厚，铰削次数多，容易铰偏，过薄不易铰成。经验的判断方法是：在衬套压入连杆小头孔之前，最好先与欲配的活塞销试套，如能勉强套上，则为合适。套不上，说明加工余量太大；套上后松旷，加工余量太小，均应重新选配。
新衬套在压装前先用比衬套内径稍大的铣子，铣出旧衬套，并检查衬套座孔有无毛糙卷边，否则应予修整，以防擦伤衬套外圆。将新衬套外圆有倾角一端朝向连杆小头座孔，放置端正，并用锤打入少许，然后放在虎钳上，慢慢夹紧压入。注意，对于整体式衬套应使衬套与连杆小头油孔对正；对于两个半截式的衬套，应使衬套压至连杆小头油孔的边缘。
7、装配注意事项
（1）安装连杆小头轴衬时，应将连杆小头和轴衬上的油孔对齐，轴衬表面必须先涂上机油，使轴衬槽内充满机油，保证活塞销和轴衬的润滑。由于连杆大头内孔是在连杆螺钉按规定力矩拧紧后进行加工的，因此，连杆体和连杆盖在同一侧面上均打有配对号码，重新装配时不许调错。新的连杆轴瓦具有互换性，但经使用过的连杆轴瓦，在拆卸后重装时就不能调错。
（2）活塞连杆组往汽缸内安装时，应注意方向位置，切勿装错。连杆和活塞上都会有方向标记，一般是凸起或箭头，这些标记通常应朝向正时系统方向，也就是连杆和活塞顶部标记应保持在同一侧。若活塞顶有凹坑的应朝向喷油嘴一边，连杆大端的轴承盖应朝向右侧的检查孔。活塞頂部气门凹陷处A应必须对连杆大头切口的相对位置。
（3）活塞连杆组件在装入汽缸之前，各零件必须涂以清洁的清油，将装活塞工具放在汽缸套上，转动曲轴把要安装活塞连杆组的连杆轴颈转到上止点后90°，然后，将活塞连杆组谨慎地装入汽缸内，最后从机体窗孔内将连杆盖按配对记号装上，按规定力矩（1765.2～1961）N·m拧紧连杆螺钉。连杆轴承及主轴承帽固紧后，应用开口销锁牢，以防松动脱出造成严重事故。
（4）在装入的过程中，要用手托住连杆大头端，以免连杆螺栓划伤气缸壁和曲轴。用非金属棒顶住活塞顶部，将其顶入气缸中。当连杆大头端与曲轴的连杆轴颈贴合后，安装连杆轴承盖，以规定力矩拧紧连杆螺栓。在所有活塞连杆组安装完毕后，转动曲轴，看是否有转动困难或忽松忽紧的现象，如果有需要查明原因。
总结：
依据具有曲柄连杆机构的发动机热效率理论公式：η＝1-1/cr（k-1）（η为热效率，cr为压缩比，k为绝热指数），柴油发电机较大的压缩比能够获得较大的热效率。但是，在柴油发电机处于全负荷工况时，受发动机内零部件强度和爆震等条件的限制，发动机的压缩比不能太大。理想的状态是，当柴油发电机处于部分负荷工况时，采用较大的压缩比以获得较高的热效率，而全负荷时使用较小的压缩比以获得较大的功率和扭矩。但现有发动机的压缩比是不可变的，因此，连杆组件的装配对其有着决定性的作用。通过以上的安装步骤，可以确保活塞连杆组的正确安装。正确的安装活塞连杆组可以提高发动机的性能和寿命，减少故障的发生。因此，在进行活塞连杆组的安装时，务必注意以上事项，并按照相关的步骤和要求进行操作。
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