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活塞的作用、构造和安装以及更换方法
发布时间:2022-06-19 18:41:28  ▏阅读:

 

 

使用说明书

柴油发电机组活塞的作用、构造和安装以及更换方法

 

柴油发电机的活塞一般由铝合金铸造或锻造制成,少数低速柴油机活塞采用铸铁制成,个别高速柴油机如康明斯柴油机活塞则采用共晶硅铝合金铸造而成,它是柴油机的主要运动部件,也是柴油机燃烧室的重要组成部件之一。功用:与气缸盖、气缸套构成柴油机燃烧室,承受燃气作用力,并通过活塞销和连杆传给曲轴,以使曲轴旋转而输出动力。同时,在压缩过程中还要承受连杆的推力。 

 

一、活塞的作用

 

      活塞的作用是承受燃烧气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,近年来,由于发动机强化程度的不断提高和排放要求的日益严格,活塞作为发动机的核心部件承受了更高的热负荷和机械负荷,因此,目前对活塞的结构及材料的要求更加严格。越来越多的国内企业开始研发钢活塞,钢活塞是一种采用钢材代替铝材的一种活塞,具有良好的强度,目前大部分钢活塞采用整体式结构或两段式结构,其中整体式结构的钢活塞加工过程非常困难,特别是在加工活塞冷却液槽时非常的复杂,而且,在现有技术中,有一种活塞是在活塞本体上开设周向的环形沉孔,在环形沉孔内固定镶嵌有镶套,在镶套的外壁上开设有周向设置的环形槽,然后在环形槽内设置活塞环;这种结构的活塞在长时间工作过程中,由于受到活塞往复轴向运动的拉力及剪切力的影响,在环形沉孔内固定镶嵌的镶套容易松动和脱落,影响活塞的密封性,严重的还会导致活塞无法正常工作而失效,缩短了活塞的使用寿命。

      为解决现有技术的不足,康明斯公司提供一种发动机活塞,有效降低加工活塞冷却液槽的难度,保证活塞的长时间稳定工作,提高活塞的密封性,延长活塞的使用寿命。康明斯公司所采用的技术方案其特征在于:包括活塞本体,在活塞本体头部的外侧壁上形成有沿活塞本体周向设置的环形卡槽,所述环形卡槽的深度方向与活塞本体的径向方向一致,在所述环形卡槽的开口处固定镶嵌有用于封堵环形卡槽开口的封堵环,被封堵环封堵开口后的环形卡槽内部空间构成活塞冷却液通道,所述封堵环的外侧壁上形成有沿封堵环周向设置的活塞环槽。

 

二、活塞的构造

 

      活塞的构造可分为顶部、环槽部、裙部三个部分。活塞的顶部与气缸盖、气缸套组成燃烧室,环槽部是为安装活塞环而设计

1、顶部

      活塞顶部与气缸盖和气缸套组成燃烧室,其结构形状与所选用的燃烧室形式有关。柴油机的活塞顶部多呈凹形,其形状是根燃烧室形式及混合气形成方式而设计的。不同型号柴油机的活塞顶部形状不同,同系列柴油机活塞顶部的形状也有很多不同之处,例如:以康明斯系列柴油机活塞顶部的形状就有很多不同之处。在更换活塞时必须选用同形状、同重量的活塞。

2、环槽部

      活塞的环槽部又称为防漏部或身部,在身部切有几道环槽即气环槽和油环槽,专门用来安装气环和油环使用。上部一般用来安装气环,目的是用来阻止高温燃气进入曲轴箱,并将活塞吸收的部分热量传给气缸壁。下部环槽用来安装油环使用。在油环槽的底部上钻有许多径向小孔,使油环从气缸壁上刮下来的多余润滑油,经小孔流回曲轴箱。    

3、裙部

      活塞环槽以下部分称为裙部。活塞的裙部直接与气缸壁接触并对活塞的运动起导向作用。在活塞裙部设有的销孔专门用来安装活塞销使用。在销孔内部各有一个卡簧槽,当活塞销装入销座孔后,再将卡簧分别装入槽内,目的是防止活塞销来回窜动。

 

活塞结构示意图-康明斯柴油发电机组.png

活塞结构示意图

 

三、活塞的更换和安装

 

1、活塞定向安装

      为了增加工作效率,发动机的压缩比日益提升,活塞运行上止点与气门之间的距离越来越近。这样的应用引发了一个问题,活塞上行可能会在上止点撞到尚未关闭的气门。因此,内燃机工程师在活塞顶部设计了凹槽,为气门留出空间。由于进/排气门数量和气门升程的差异,部分活塞的顶部凹槽并不对称。这样的设计使得此类活塞必须以正确的方向安装,否则就无法避免活塞顶部与气门相撞。有些柴油发动机的活塞裙部被加工出一个缺口,以避开安装在活塞下止点附近的活塞冷却喷口,这样的活塞也有安装方向。

2、活塞销偏距

      活塞销孔的轴线与活塞中心线并不相交,两根中心线之间的偏差距离就是活塞销偏距。内燃机学将活塞下行时与气缸壁接触的一侧定义为主推力面,将活塞上行时与气缸接触的一侧定义为副推力面。

      当活塞的压缩行程结束,做功行程开始,活塞由次推力面贴紧气缸壁转变为主推力面贴紧气缸壁。在可燃混合气爆燃膨胀的压力作用下,活塞会与气缸壁产生敲击,发出噪声。为了解决敲击噪声的问题,设计师将活塞销孔的轴线移向主推力面一侧,偏移量大约1毫米。使用这种设计的活塞在运动换向时,因杠杆原理的影响,主推力面的裙部会率先与气缸壁接触,这样可有效避免缸内出现敲击声。

      活塞销中心线存在偏置,则无论活塞顶部是否设置有躲避气门的凹槽,都必须按照规定的方向进行安装,以避免发动机在运转时发出敲缸异响。

 

活塞的定向安装-康明斯柴油发电机组.png

活塞的定向安装图

 

3、判断活塞的安装方向

       安装全新的活塞时,需要关注活塞顶部的凹槽及各种标记。顶部设有非对称凹槽的活塞,将凹槽与进气门相对应是一种简便的判断方法。而顶部采用对称设计的活塞,都会预设有标记。常见的标记方式如上图所示,箭头指向发动机前部,即安装有曲轴皮带轮的一侧。英文EXH代表排气,即此处是为排气门设置的凹槽。而LEFT或RIGHT的字样只有在非直列发动机上才会出现,分别代表左右气缸列。了解了上述的活塞方向标记样式,在装配时仔细辨别,相信活塞装反的情况就可以避免。

 


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