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技术维修与康明斯知识

柴油发电机偏缸和连杆弯曲变形的检校方法

 

摘要：柴油机活塞与气缸的配缸间隙是极为重要的技术参数。不论何种发动机，其合理的配缸间隙都是同制造厂家根据发动机的特点材质，在未能吃透发动机结构特点和使用机理之前，不可随意减小配缸间隙。对于使用后的柴油发电机，由于发动机缸体等零部件的变形及其他因素，会导致配缸间隙位置精度的偏差，这时就容易出现偏缸故障。对此，康明斯公司在本文中介绍了活塞偏缸对发动机的不利影响，分析产生不同偏缸现象的具体原因。根据理论分析和对多台发动机活塞偏缸的拆检，提出了避免或减轻活塞偏缸的措施。

 

一、偏缸的危害和影响

 

      柴油发电机在修理过程中，其主要零件缸体、曲轴、连杆等。若修理质量差，在发动机装配时极易造成活塞在汽缸中发生偏斜的现象（俗称偏缸）。偏缸可导致汽缸局部不正常磨损，严重时，因活塞紧靠汽缸壁，侧压力过大，破坏了润滑油膜而造成活塞（主要是头部）与缸壁的拉缸现象，或是活塞环槽的拉缸变形，卡死了活塞环，使之不能正常工作。偏缸不仅使活塞与气缸产生磨损，破坏了汽缸的密封，也会造成曲柄连杆的其它机件加速磨损，直接影响发动机的使用寿命。

      为防止偏缸现象，在发动机装配过程中都有一个偏缸检查的工序，其方法一般时将未装活塞环的活塞连杆组装入相应汽缸内，按规定拧紧连杆螺栓螺母，然后转动曲轴使活塞分别处于上、下止点及活塞上下行时的中部位置，使塞尺检查活塞头部与汽缸壁之间的间隙（主要是发动机纵向前后的间隙）,若前后间隙不一致或一方根本无间隙，说明活塞向一方偏斜，即表未有偏缸现象。

1、活塞偏缸的危害  

      活塞偏缸是指活塞在汽缸中偏向缸壁一侧，或向一侧歪斜。活塞连杆组在装配中，如各零件的形位公差不符合要求，将使活塞在汽缸中产生歪斜，加重汽缸壁的磨损。据资料介绍，当活塞在汽缸中的同轴度误差在100毫米的长度上达到0.03毫米时，活塞对汽缸壁的压力可达150牛，而发动机装配后转动曲轴时所需的力矩将增至1.5~2.0倍。另外，活塞歪斜还使汽缸的密封性能变坏，恶化活塞和活塞环的润滑条件。

2、影响活塞偏缸的因素  

      其主要因素有汽缸中心线与曲轴主轴颈中心线的垂直度，连杆轴颈中心线与主轴颈中心线的平行度，连杆轴颈的圆柱度，连杆大、小头孔中心线的平行度，以及活塞销孔中心线与活塞中心线的垂直度等。

 

二、偏缸的判断方法

 

      检查活塞偏缸时，将不装活塞环的活塞连杆组按各缸标记分别装入汽缸，并按规定拧紧各道连杆轴承盖螺栓。首先检查连杆小头端面与活塞销座孔内端面之间的距离是否相等（如相差太大，多为汽缸中心线偏移所致）;然后转动曲轴，使活塞在汽缸的上止点、中部及下止点时，分别检查各汽缸活塞头部前、后方向与汽缸壁的配合间隙（如图1所示），视其是否相等来判断活塞是否偏缸。检查时，可能出现以下几种情况：

（1）对活塞在汽缸上、中、下各部位的间隙进行检测，测量方法如图2所示。当结果均相等即活塞无偏缸现象。

（2）当各汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸（歪斜），即汽缸中心线与曲轴中心线不垂直。

（3）个别或几个汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸，其原因可能是连杆弯曲，使大、小头孔的中心线不平行，或活塞销座孔及小头衬套铰偏，使活塞销座孔中心线或连杆小头中心线与活塞中心线不垂直。

（4）活塞在汽缸的上、中、下部位有不同方向的偏缸，综合测量方法如图2所示。其偏缸情况又可能有如下2种：

① 活塞在上、下止点改变偏缸方向，这可能是连杆轴颈圆柱度误差过大所致。

② 活塞在中部改变偏缸方向，这主要是由于连杆因扭曲而使连杆小头孔与大头孔不在同一平面所造成。

      因为活塞在上、下止点时，虽然活塞销中心线已相对于曲轴中心线扭转了一个角度.但仍与曲轴中心线平行，所以活塞在上、下止点时不显示偏缸。当活塞由上止点往下或由下止点往上运动时，由于连杆的扭曲而使活塞销中心线向前或向后的倾斜角逐渐增大，直至活塞到达中部位置时，其倾斜角达最大，因而活塞在汽缸中部向前或向后的偏缸也最大。从中部继续运动时，倾斜角逐渐减小，故偏缸也逐渐减小，直到活塞到达下止点或上止点时又居中。若连杆无扭曲现象，则连杆无论运动到什么位置，活塞销中心线都平行于曲轴中心线，而且两中心线方向一致，所以活塞不会偏缸。

 

图1  柴油机活塞偏缸检查方法

图2  柴油机气缸间隙测量方法

 

二、产生偏缸的原因

 

1、汽缸方面

      柴油发电机的活塞在汽缸上、中、下部位，向同一方向歪斜，可能是因镗缸不当（镗缸最大尺寸如图3所示），发生汽缸轴线与曲轴轴线不相垂直（向发动机前后倾斜），汽缸轴线向前后位移等。维修方法如下：

（1）汽缸体的搪削对汽缸汤磨后的位置公差起决定作用。搪削汽缸应选择立式搪床，尽量不要采用移动式镗缸机。在制造厂生产汽缸体时，汽缸及曲轴主轴承座孔的加工定位基准，一般都是汽缸体的下平面及下平面上的定位孔，用立式镗缸时采用的定位基准同样是缸体的下平面，与制造厂一致，所以能较好地保证汽缸轴线与缸体两端主轴轴承孔公共轴线的垂直度误差。

（2）在用立式搪床削缸时，也必须先认真检查缸体的下平面，不得沾有杂物，搪床在工作面也应擦干净，这样才能保证加工精度。修理车型单一的修理厂在使用立式搪床的同时，最好采用定位镗缸法。因定位镗缸时采用缸体两端的主轴轴承孔作为定位基准，不仅可保证汽缸轴线与缸体两端轴承公共轴线垂直，还可以保证各汽缸相互位置正确。

2、曲轴方面

      活塞在汽缸上（下）部位有不同方向的歪斜，可能因连杆轴颈锥形与主轴线不平行，或因曲轴箱变形和曲轴轴承配合不当，使曲轴轴线与汽缸轴线不相垂直，以及曲轴弯曲等'活塞在汽缸中部位置改变歪斜方向，是因为连杆轴颈轴线与曲轴轴线不在同一平面内（曲轴弯曲变形检查如图4所示）。修理方法如下：

（1）曲轴的光磨主要应注意检查精磨定位基准的完好情况，一般是用前端的正时齿轮轴颈及后端的飞轮装突端的外圆。在精磨主轴颈及连杆轴颈的两次装夹工件时，除定位基准必须选择一致外，还应保证两轴颈轴线的平行度公差要求。

（2）曲轴主轴承应在缸体轴瓦搪床上搪削加工，搪削时以缸体两端的主轴轴承孔定位，且各道主轴轴承孔定位，且各道主轴承使一次加工完毕。这样既保证了汽缸轴线的垂直度，又保证了各道主轴承孔轴线的同轴度。若与汽缸的定位镗缸相配合，两道工序的定位基准一致，则加工的位置精度将更高。

（3）手工刮削主轴不易保证各道主轴承的同轴度，跟无法保证主轴与轴线的垂直度。在发动机大修时应尽量不采用手工刮削轴承。

 

图3  柴油机气缸最大磨损值

图4  柴油机曲轴弯曲变形检查

 

3、连杆方面

      个别柴油发电机的活塞在汽缸上、中、下部位向同一方向歪斜，歪斜方向就是连杆小端自弯曲方向，在中部歪斜严重，上行和下行偏缸方向有改变，则为连杆扭曲。连杆有无弯曲、扭曲变形，一般是在连杆检验器上进行检验，连杆变形的检测如图5所示，变形检测如图6所示。

（1）检测前

      检测时，应将连杆大端轴承取下，将承孔清洁干净（轴承被镗削后的连杆在校正时不可将轴承拆下），然后将轴承盖装在连杆体上，并按标准力矩拧紧连杆螺栓，连杆大端安装在连杆检验器可调横轴上，拧动调整柄使半圆键向外扩张，将连杆固定在检验器上。

（2）检验工具

      检验工具是带有V形槽的三点规。三点规上的三个测点在同一平面上，并与V形槽相垂直，下面两测点的距离为100mm。而上面的一个测点，处在下面两测点连线的垂直等分线上，与下面两测点连线的距离也是100mm。

（3）检测时，将三点规放在连杆小端的心轴或活塞销上，使三点规的三个测点与检验器的平板相接触。根据三测点与平板的接触情况，便可判断连杆有无弯曲、扭曲变形。

① 若三点规的三测点都与检验器的平板相接触，说明连杆无变形。

② 若三点规仅上测点（或两下测点）与平板接触，且两下测点与平板间隙相等，说明连杆有弯曲变形。这时用塞尺测量测点（或两下测点）与平板接触处，如两下测点与平板间隙相等，说明连杆有弯曲变形。
这时用塞尺测量测点与平板的间隙值，便是连杆在100mm长度的弯曲值。

③ 检验时若只有一个下测点与检验平板相接触，且上测点与检验平板的间隙等于另一个测点与平板间隙的一半，则表明连杆发生了扭曲。其下测点与平板的间隙便是连杆在100mm长度的扭曲值。

④ 检验时若一个下测点与检验平板接触，但上测点与检验平板的间隙不等于另一个下测点与平板间隙的一半，则表明连杆同时存在弯曲、扭曲变形。下测点与平板的间隙为连杆在100mm长度上的扭曲值。上测点与平板的间隙和下测点与平板的间隙的一半的差值，为连杆在100mm长度上的弯曲值。

⑤ 使连杆大端端面与平板贴靠，测出连杆小端端面与平面的距离；将连杆翻转180°，用同样方法测出该距离，若两次测出的数值不等，说明连杆存在双重弯曲，两次测得的数值之差即为双重弯曲值。连杆双重弯曲的检查。汽车修理技术标准规定，连杆在100mm长度上弯曲值不应大于0.03mm，扭曲值不应大于0.06mm，超过允许极限时，应进行校正或更换连杆。

      连杆校正器是检验连杆弯曲和扭曲的专用工具，在柴油发电机的维修工作中用它既方便又能较好地保证质量，但根据工作条件和使用环境的不同，有的单位不一定具备，在这种情况下，可以采用柴油发电机的偏缸检查方法检查活塞连杆组的弯曲与偏斜现象。

 

图5  柴油机连杆变形检测

图5  柴油机连杆双重弯曲检查

 

总结：

      总之，柴油发电机的偏缸不一定是单一零件的问题，影响它的因素有很多，因此，必须根据检查情况多方分析，找出原因，加以修整。当发生偏缸后，应采用可靠的加工设备及合理完善的加工工艺，检验规范，并严格控制好诸如缸体、曲轴、连杆等主要零件每道加工工序的加工质量，就能从根本上杜绝偏缸现象。

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