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技术维修与康明斯知识 |
康明斯柴油发电机汽缸盖平面变形的检测方法 |
摘要：柴油发电机的汽缸体与汽缸盖在使用中发生变形是时常会发生的现象，其接触平面往往产生翘曲变形。一般汽缸体变形会严重影响柴油发电机的装配质量，而汽缸盖变形将造成在缸内密封不严、漏气、漏水和漏油等故障，甚至使燃气冲坏汽缸垫，导致柴油发电机功率下降。因此，确定缸盖变形的原因是首先要面对的问题。柴油机缸盖变形可能是由于发动机温度过高、发动机密封不好、水泵故障等原因引起的，需要仔细检查这些地方，找出导致问题的根本原因，才能进行有效的修理。
一、汽缸盖平面变形的原因
气缸盖是柴油机中结构最复杂的铸件，它与活塞和气缸套构成燃烧室。对于中小功率的柴油机来讲，多缸机的缸盖是将所有气缸的缸盖都铸在一起成为一个统一的多缸机缸盖，这样结构紧凑，体积小，如图1所示。使用中气缸盖的损伤最常见的是磨损和变形，模拟云图如图2所示。
1、材料问题
气缸盖是由多种金属材料制成的，如铸铁、铝合金等。这些材料在高温高压环境下工作，可能会发生变形。材料的热胀冷缩效应可能导致缸体缸盖变形。此外，材料本身的机械性能也会影响其变形程度。
2、制造工艺问题
制造时，未进行时效处理或时效处理不充分。因此，零件内应力很大，在发动机工作过程中受高温作用，内应力重新分配，达到新的平衡，结果造成零件的变形。此外，如果材料内部存在缺陷，如铸造缺陷、热处理不当等，也可能会在运行过程中导致变形。
3、温度变化
发动机工作时，温度变化可能会导致气缸盖变形。在高温环境下，材料会膨胀；而在低温环境下，材料则会收缩。这种温度变化可能导致气缸盖的翘曲变形。
4、机械负载过大
发动机的机械负载过大，如频繁加载减载等，都可能导致气缸盖变形。过大的机械负载会使发动机温度和压力升高，进而导致变形。
5、润滑不良
良好的润滑是发动机正常工作的关键。如果润滑不良，摩擦力会增加，导致发动机过热，进而导致气缸盖变形。此外，劣质机油也会加剧发动机磨损，进一步加剧气缸盖的变形。
6、维修不当
① 进行大修后，汽缸盖螺母的拧紧扭力过大、拧力不均或未按规定次序拧紧，使平面翘曲。
② 在高温下拆卸汽缸盖，使平面不平。
③ 新机器或大修后的机器走热后，汽缸盖螺母未重新进行紧固。
④ 用焊补法修理汽缸体或汽缸盖时，使其受热而变形。
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图1 柴油机气缸盖结构示意图 |
图2 柴油机气缸盖变形模拟分析图 |
二、气缸盖平面变形的检验方法
首先，我们可以通过外观来初步判断气缸盖是否发生了翘曲变形。仔细观察气缸盖表面是否有明显的凹凸不平，是否有裂纹、漏油现象。这些都是气缸盖翘曲变形的常见症状。
检验标准：
对于汽缸体上平面的平面度误差，在任意50×50（mm2）内不得大于0.05mm，六缸发动机在整个平面上不得大于0.25mm；四缸发动机在整个平面上不得大于0.15mm。对于侧置气门式发动机汽缸盖下平面的平面度误差，在任意50×50（mm2）内不得大于0.05mm。六缸发动机在整个平面上不得大于0.35mm（铸铁缸盖）或0.25mm（铝合金缸盖）；四缸发动机在整个平面上不得大于0.25mm（铸铁缸盖）或0.15mm（铝合金缸盖）。若汽缸体上平面和汽缸盖下平面的平面度误差超过上述范围，应予以修整。
1、直尺检验法
首先，清洁被测气缸盖平面；将直尺放于气缸体或气缸盖的结合面上，如图3所示；然后变换不同的方向，并用厚薄规测量直尺与结合面间的间隙，塞入厚薄规的最大厚度值即为结合面的平面度误差，如图4所示。气缸体上顶面的平面度误差应不大于0.20㎜，气缸盖下平面的平面度误差应不大于0.20㎜，平面度误差超出标准时，应予以修复。在正常情况下，压缩比越高的柴油机汽缸盖和纵向尺寸较短的汽缸盖不平度要求较高；反之则较低。
2、平面着色检验法
首先找一块非常平整的平板，并在其上部薄薄地涂一层红丹油，然后让平板与汽缸体或汽缸盖的结合平面接触，推动几次后，若在结合平面上有红丹油，则说明结合平面有凸起处：反之，有凹起的地方。这种方法虽然不能准确地测量出变形的数值，但能找出凸、凹不平处。
3、温度分布检测
在柴油机工作时，气缸盖的温度是不均匀的。通过检测气缸盖的温度分布情况，我们能够了解其变形程度。可以使用红外测温仪或者热像仪进行测量，将仪器对准气缸盖表面，观察温度分布图。若发现局部温度异常高，就可能存在翘曲变形的问题。
4、测笔法检测
测笔法是一种直观、简便的方法，通过观察测笔在气缸盖表面留下的痕迹来判断其是否发生了翘曲变形。使用测笔对气缸盖进行轻轻划痕，然后观察痕迹是否均匀。若有一侧较浅或者无痕迹，则说明气缸盖可能存在变形问题。
5、超声波检测
超声波检测是一种非接触式的检测方法，适用于检测气缸盖内部的缺陷。通过将超声波探头放置在气缸盖的表面，仪器就能够记录下超声波在材料中的传播时间和信号强度。若发现信号强度异常或传播时间延长，就可能存在翘曲变形的问题。
6、数字量测检测
数字量测检测是一种高精度的检测方法，通过使用高精度的测量仪器，能够测量出气缸盖各个部位的尺寸数据，从而判断其是否存在翘曲变形。这种方法适用于一些对尺寸要求较高的柴油机型号。
综上所述，对气缸盖翘曲变形的检查方法可以从多个角度进行。不同的检测方法有其各自的优缺点，因此在实际操作中可以综合运用，确保对气缸盖的检查结果更加准确可靠。及时发现和处理气缸盖的翘曲变形问题，不仅能够保证柴油机的正常运行，还能延长其使用寿命，提高柴油发电机组的可靠性。
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图3 气缸盖平面度检查方法 |
图4 柴油机气缸盖变形检测方法 |
三、气缸盖平面变形的修理
针对不同的情况选择不同的修理方法。发动机缸盖变形较轻微时，我们可以通过打磨来修复，但是缸盖变形严重时，就需要进行更为复杂的修理。因汽缸体与汽缸盖的变形部位及程度不同，其修理方法也有所不同，其常见方法有以下几种。
（1）汽缸体平面螺孔附近的凸起，可用油石磨平或用细锉修平。
（2）汽缸体和汽缸盖的不平，可用铣、磨的加工方法修复。
① 汽缸体的上平面采用铣、磨方法修理时，要始终以主轴承孔和汽缸孔中心线为加工定位基准。每个缸体上平面最多允许修理2次，每次修理量应小于0·25mm，其修磨总量不能超过0.50mm。
② 汽缸体上平面经过修磨后，应检查汽缸体的高度H（即曲轴主轴承孔中心至汽缸体上平面的距离），其值应在允许范围内。不同的发动机，其数值是有所不同的，在修理时要详细阅读说明书。
③ 与此同时，当汽缸体平面进行铣、磨后，为了保持活塞与气门间的正常间隙和汽缸原有压缩比，应选用加厚的汽缸垫。
（3）汽缸体和汽缸盖的不平也可用铲刀铲平或涂上研磨膏，把汽缸盖放在汽缸体上扣合研磨。
（4）汽缸盖的翘曲
① 敲压法修复汽缸盖的方法：
先将厚度约为汽缸盖变形量4倍的钢片垫放在汽缸盖与平板之间。把压板压在汽缸盖中部，拧紧螺栓，使汽缸盖中部的平面贴在平板面上，用小铁锤沿汽缸盖筋上敲击2~3遍，以减小受压变形时产生的内应力，停留5min后，将压板移装到全长1/3处敲击，最后再移到另一端1/3处进行压校敲击。若汽缸盖在对角方向翘曲，则压板应斜压在汽缸盖上。若压校过量，可以把汽缸盖放在锻工的烘炉旁烘热片刻即可消除。
② 磨削法来修整汽缸盖的方法：
缸盖磨削后，会使其厚度有所变薄，燃烧室容积变小，压缩比增大，从而引起柴油发电机的爆震。因此，当缸盖厚度比标准厚度小2mm时，应更换新汽缸盖，或在强度影响不大的情况下，多加一个汽缸垫继续使用。
汽缸盖变形经过磨削后容易出现燃烧室容积不等的现象，其容积变化差值，一般不应大于同一柴油发电机各燃烧室平均值的4％。对于一般柴油发电机燃烧室容积不应小于原厂规定的95％。否则会出现爆燃倾向。所以，汽缸盖修整后，应对燃烧室容积加以测量。
总结：
总之，柴油机缸盖变形是一种较为麻烦的故障，需要仔细检查和科学修复才能有效解决。在修理过程中，我们需要注意技巧和质量控制，保障修复效果和行车安全。只有这样，才能让柴油发电机组拥有更加良好的运行性能和寿命。除了以上提到的修理技巧外，还有细节上的注意事项需要注意。首先，我们需要保障修理的环境干净整洁，避免灰尘等杂质进入柴油机内部。其次，修理过程中需要注意人员的操作技能，避免出现操作失误而导致的二次损伤。
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