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故障检查与技术维护 |
康明斯柴油机气缸套的检查及维修方法 |
摘要：缸套正常磨损特征为工作表面清洁光滑，无明显划痕、擦伤等痕迹，以及其圆度、圆柱度误差、内径增量（缸径最大增量）小于规定值。一般而言，按照康明斯发电机组技术手册的规定其铸铁缸套正常磨损率小于0.1mm。若超过此标准，便会导致气缸套壁厚减薄、圆度及圆柱度误差增大，从而致使燃烧室就失去密封性，柴油发电机功率下降。因此，维修工在柴油机大修时应按要求对缸套磨损进行检测，掌握和控制气缸套磨损状况，防止发生气缸套过度磨损。
一、气缸组成及工作环境
康明斯柴油机气缸通常采用带水套的湿式气缸套，由气缸套、水套和橡胶封水圈等组成。气缸周围布置有气缸盖和活塞组，由气缸套的内表面和活塞顶面以及气缸盖底面共同构成柴油机的燃烧空间。
气缸套置于机体的气缸体孔中，上由气缸盖压紧固定。活塞在其内孔作往复运动，其外有冷却水冷却。与缸盖、活塞共同构成气缸工作空间。气缸套内表受高温高压燃气直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦。外表与冷却水接触，在较大温差下产生严重热应力，受冷却水腐蚀。活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表摩擦，并使其产生弯曲。侧推力改变方向时，活塞还撞击缸套。此外还受到较大的安装预紧力。
气缸套内表面还起到活塞作往复运动的导向作用，并且向周围的冷却水传递部分热量。冷却水在水套与气缸套外壁之间的水腔内流通，与气缸套外壁直接接触，而不与机体内壁接触。柴油机工作时，由于燃料直接在气缸内喷射燃烧，气缸受到周围变化的高压气体的作用，承受活塞运动时交变的侧压力、气体压力、摩擦力以及气缸盖螺栓预紧力的综合作用，气缸套易发生振动和变形，导致气缸套外壁、内表面磨损严重。对于外表面和冷却水直接接触的湿式气缸套由于气缸的变形、振动和冷却水的腐蚀，易使气缸套产生穴蚀破坏。
穴蚀是指气缸套和冷却水接触的外表面被腐蚀成许多针状孔洞，孔洞表面清沽，无腐蚀生成的沉积。这些孔洞逐渐扩大、深化，最后使气缸套穿透，这种腐蚀称为空穴腐蚀，简称穴蚀或点蚀。
二、气缸套外部的维护与检查
1、气缸套除锈和清洗
气缸套外部维护与检查时，应首先把气缸套外表面的锈迹和水垢清除，用钢丝刷子、蒸汽箱或溶液槽等清洁方法从柴油发电机气缸套外面除去绣和水垢。
2、气缸套裂纹检查
检查气缸套凸缘的下部、气缸套底部和气缸套密封环槽等处有无裂纹。可采用磁力探伤法或着色探伤法检查。柴油发电机气缸套如有任何一种形式的裂纹均必须予以更换。
3、气缸套腐蚀和穴蚀检查
检查气缸套的外表面是否有腐蚀和穴蚀。
（1）当腐蚀、穴蚀的深度达到1.6mm或更大时，缸套应报废。
（2）检查气缸套凸缘下面有无腐蚀、穴蚀。如果不平处不能用细纱布磨掉，则缸套应报废。
（3）如果某一柴油发电机气缸套有微小的穴蚀针孔存在，可继续使用，但安装必须将缸套有穴蚀针孔的部位安装在曲轴最长的中心方向一侧。
4、辅助部位的测量
（1）测量气缸套法兰的厚度
使用千分尺测量柴油发电机气缸套法兰的厚度。利用该测量值可以预估柴油发电机气缸套的突出量。座孔垫环游不同的厚度尺寸，可以帮助调整柴油发电机气缸套的突出量。
（2）测量套法兰的外径
用千分尺测量柴油发电机气缸套法兰的外径。
（3）气缸套配合部分的外径测量
用千分尺测量柴油发电机气缸套的铺助压配合部位的外径，此外，应检查柴油发电机气缸套的外沿和底平面处事否有磨损。可用肉眼直接观察上述区域是否有磨亮的小块面积，如果看不到机械加工的痕迹区域在长度上超过13mm时，缸套必须更换。
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图1 气缸套突出量检查工具安装示意图 |
图2 缸套凸肩部分的突出量检测位置 |
三、气缸套内表面检查与测量
气缸套内表面检查时，首先直观检视气缸套内表面的拉伤、划痕情况，看拉伤深度是否能被手指甲感觉出来。如能感觉到，则必须更换气缸套，再测量与检查。
1、气缸套拉伤检查
检查缸套内表面的拉伤划痕情况，看拉伤深度是否能被手指甲感觉出来。如果手指甲能感觉有拉伤、划痕就必须更换。
2、检查气缸套内孔的磨亮情况
（1）轻微的磨亮
在磨损的区域处产生出一种光亮的镜面，并留有磷化镀层的痕迹和原始珩磨加工的迹线。
（2）中等程度的磨亮
在磨损的区域处产生出一种光亮的镜面，并有非常轻的原始珩磨痕迹，或某种蚀刻形状的明显斑痕。
（3）严重程度的磨亮
在磨损的区域内产生一种光亮的镜面，不再有珩磨加工的痕迹或某种蚀刻形状的斑痕。缸套内孔若有以下情况就必须予以更换：
① 在活塞环移动的区域内，有超过20%的一种磨亮部分。
② 在活塞环移动的区域内有种等程度和严重程度的磨亮面达30%，其中一半（15%）属严重磨亮部分。
3、气缸套的磨损量测量
对气缸的磨损情况，如果有条件的情况下，可采用缸套内径自动检测台，如图3所示。一般情况下，应采用内径量表（量缸表）在其上、中、下部位测量磨损量，如图4所示。如果磨损量超过气缸套最大直径0.10mm时，应更换气缸套。更换的新气缸套的话必须应保证气缸套高出气缸体的上平面。出现拉缸等故障时，则必须进行镗缸和大修。
（1）用内径千分表（量缸表）的上、中、下部位置测量缸套内径，如图4（a）所示。在每个测量部位互相长90°的两个位置。
（2）用内径千分表测量气缸套内孔的圆度，如图4（b）所示。在离气缸顶平面25.4mm处，测量缸套内孔圆度，不应超过0.08mm，测量下部缸套内孔圆度，不应超过0.05mm。
例如，6BT系列康明斯柴油发电机，如果缸套磨损超过柴油发电机气缸套最大直径0.1mm，应更换柴油发电机气缸套或扩磨到下一级加大尺寸。对加大尺寸的柴油发电机气缸套，活塞相应地有三级加大尺寸，即0.50mm、0.75mm和1.00mm。通常换用新的标准尺寸的柴油发电机气缸套要比镗磨到加大尺寸的柴油发电机气缸套来的经济，并可继续使用标准的活塞和活塞环。
图3 缸套内径检测台示意图 |
图4 用量缸表测量气缸磨损量 |
四、气缸套的修理方法
当柴油机功率明显下降，气缸部位有敲缸响声时，可先拆下气缸盖，转动曲轴把活塞转到上止点，用手前后方向推动活塞顶部，若感觉到活塞裙部有大的摆动量，说明气缸磨损严重，需要拆卸气缸套镗缸或磨缸。如还继续使用，不仅加快气缸的磨损，缩短柴油机的使用寿命，而且会造成加大镗缸的等级。
1、镗缸或磨缸的条件
一般有下列情况之一者应镗缸或磨缸。
（1）单缸柴油机型气缸套磨损超过0.04mm，多缸柴油机型气缸磨损超过0.37mm，应进行镗缸。
（2）活塞粘缸划出严重的痕迹。
（3）气缸壁被烧坏的活塞环严重擦伤。
（4）气缸壁被活塞销卡簧划出沟痕，特别严重时应换用新气缸。
（5）气缸壁严重锈蚀或出现麻点。
2、镗缸步骤
镗缸的目的是恢复气缸的正圆柱形和光洁度，以恢复柴油机的动力性能，其步骤如下：
（1）清洁气缸内的积碳，整修缸体上平面。
（2）根据气缸最大磨损直径，参照活塞的加大规格，决定修理尺寸，计算出镗削量。
（3）确定镗削次数。
一般铸铁气缸，第一刀因气缸表面硬化层和气缸磨损不均匀造成镗削时负荷不均，最后一刀为提高表面光洁度，其进刀量应小些，一般为0.05mm左右，中间几次进刀量可大些，但不得超过镗缸机限制的最大允许进刀量。
（4）固定镗缸机和缸体。
用同心法定中心，如图5所示。同心法是在气缸上口第一道活塞环以上未磨损部位定中心。定心杆球端距离气缸顶面3~4mm。如果气缸上口因更换活塞环时刮过缸口，也可以在气缸下部磨损很轻微的部位定中心，使镗缸机主轴与原来气缸中心线重合，这样镗削后的气缸与原来气缸是同一中心。
（5）镗削最后尺寸，应根据活塞裙部直径及活塞与气缸间规定的间隙，留有磨缸量。镗缸后，缸口应加工成75°倒角，以便于活塞连杆的装配。
3、磨缸步骤
磨缸是把磨头放入气缸孔中，使用气缸内平面抛光机，让磨头在缸孔内作旋转或往复运动，如图6所示。磨缸的目的是为了提高气缸壁表面的光洁度，同时气缸尺寸也会有少量的改变，达到要求的配合尺度。磨缸是气缸修理的最后一道工序，其质量的好坏直接影响到柴油机的使用性能和寿命。磨缸的步骤如下：
（1）将镗过的气缸加以清洁，清除气缸内的铁屑。
（2）珩磨铸铁气缸的磨头砂条应选用碳化硅质（代号TL和T的绿、黑两种颜色）、中软（代号ZR1、ZR2）。粗磨时，选用150~180粒度的砂条；细磨时，选用280~320粒度的砂条。
（3）砂条对气缸壁的压力，是决定气缸壁光洁度的重要因素之一。压力过大，气缸壁表面粗糙度大；压力过小，会将气缸磨成锥形或椭圆。实践经验证明，先将磨头放入气缸内，用手旋转调整盘，使砂条向外扩张，直到砂条紧压气缸壁，松开手后，磨头不能自由下落，上下移动时又没有很大阻力为合适。
（4）磨缸时，应使磨头旋转，又上下往复运动，磨头的旋转速度和上下运动的速度，应有一定的比例，多选用1:3或1:4的比例。一般铸铁气缸，磨头的线速度为60~75m/min。砂条上下露出缸口过多，磨成喇叭口，如果重叠，又会磨成腰鼓形。磨缸时，应加注适当的冷却清洗润滑剂，一般用煤油、柴油或煤油中加15%~20%的机油，以清洗气缸壁，冲掉磨屑，并冷却缸体，使缸体不致因受热膨胀而变形。在磨缸过程中，必须经常用量缸表测量缸径。磨至所需要的精确尺寸时，不要再转动调整盘，可用00号砂纸包在磨头上，将气缸壁抛光。
（5）气缸表面应光滑看不见磨痕。气缸的圆柱度、圆度一般不大于0.015mm。
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图5 柴油机镗缸示意图 |
图6 柴油机气缸内平面抛光机 |
总结：
大都安装有美国原装康明斯柴油发电机的企业和用户，属于90年代早期康明斯产品。该批量柴油发电机零件多，特别是气缸套部件，在运行过程中会由于原材料材质不良或运行过程中由于参数变化，异常磨损等因素，使零部件提前失效，造成事故发生。为减少该类事故的发生，提醒用户和维修人员应当正常科学运行维护和检修。
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