故障檢修與技術維護

產生氣門座圈松動的原因及其拆裝技術

 

摘要：通常氣門座圈松動后柴油發(fā)電機會發(fā)出一種“嚓、嚓、嚓”的敲擊聲。在機器將要熄火的瞬間，響聲尤為明顯。本文中康明斯公司重點闡述了柴油發(fā)電機氣門座松動時的外在表現(xiàn)及判斷方法，分析了柴油發(fā)電機組氣門座松動產生的原因，同時介紹了氣門座圈拆卸與安裝技術要點。

 

一、氣門座圈的作用和材質要求

 

1、氣門座圈作用

      汽缸蓋的進、排氣道與氣門錐面相貼合的部位稱為氣門座。它與氣門錐面緊密貼合以密封汽缸，同時接受氣門頭部傳來的熱量，上直接鏜出，但大多數(shù)發(fā)動機的氣門座是用耐起到對氣門散熱的作用。氣門座可在汽缸蓋熱合金鋼單獨制成座圈，稱氣門座圈（見圖1和圖2），將其壓入汽缸蓋中，以提高使用壽命和便于維修更換。其缺點是導熱性差，加工精度高，在工作時座圈可能因加工精度差造成脫落，造成重大事故。

 

圖1 康明斯氣門座圈實物圖

圖2  柴油機氣門座圈裝配外觀圖

 

2、密封性要求

      為保證氣門座與氣門的密封性，氣門座上加工有與氣門相適應的錐角和錐面，氣門座的錐角由3部分組成，如圖3所示。其中，45°（30°）的錐面與氣門密封錐面貼合。要求密封錐面的貼合寬度b為1～2.5 mm，以保證一定的座合壓力，使密封可靠，同時又有一定的導熱面積。有些發(fā)動機的氣門錐角比氣門座錐角小0.5°～1°，該角稱為密封干涉角，如圖4所示。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期結束，干涉角逐漸消失，恢復了全錐面接觸。

 

圖3  柴油機氣門座圈錐角示意圖

圖4  柴油機氣門座圈干涉角位置圖

 

3、材質要求

      柴油發(fā)電機的氣門座有些是用耐磨合金鑄鐵制成鑲圈，鑲在汽缸蓋上。這種結構的氣門座，磨損后易于更換，而不至于報廢整個汽缸蓋。氣門座圈壓入汽缸蓋時會產生一定的裝配應力，工作狀態(tài)下氣門座圈（特別是進氣門座圈）圓周上的溫度分布是不均勻的，因而易產生一定的熱應力，而引起座圈的翹曲變形。所以，在結構上要求一定的壁厚和一定的高度，以增強其剛性，并確保它與氣門密封錐面貼合良好。進氣門座圈內孔一般還制成截面漸擴型式，以對進氣流起引導作用，減小流阻。為達到上述要求，氣門座圈一般采用中銅（含銅量為0.8%～1.2%）鉻鉬合金鑄鐵材料。但隨著柴油發(fā)電機的高速化趨向，往往要求采用耐磨性能和熱強度更好的高鉻（含鉻量為12.5%～14%）合金鑄鐵材料。這兩種材料的硬度均須低于氣門頭部硬度3～5個洛氏單位，以達到良好匹配，并且使切削性能不至于惡化。

      應該注意并需要知道，在柴油發(fā)電機使用過程中，氣門座會發(fā)生松動現(xiàn)象，引起氣門間隙的變化，使發(fā)電機組功率下降，甚至無法工作。

 

二、氣門座圈松動的原因與判斷

 

1、氣門座松動時表現(xiàn)

      氣門座松動時，會有以下外在表現(xiàn)：

（1）柴油發(fā)電機突然出現(xiàn)異響，汽缸上部有明顯的敲擊聲。著火時出現(xiàn)“缺腿”現(xiàn)象，功率下降、嚴重者不能工作。

（2）排氣管出現(xiàn)有規(guī)律的、間斷的冒白煙（有時冒黑煙）現(xiàn)象，并多呈霧狀。

（3）加大油門或加大負荷作業(yè)時，有嚴重的氣門敲擊活塞聲。

（4）有竄氣現(xiàn)象，嚴重時從曲軸箱通氣孔向外竄氣。

2、氣門座松動故障的判斷方法

（1）柴油發(fā)電機工作時，用手觸摸進氣支管有燙手的感覺，且該缸進氣支管比其他缸熱，說明進氣門座松動。再對進氣支管旁邊側耳聽診，會有“啪、啪”的響聲，這是在壓縮行程中，可燃混合氣體倒流進入空氣濾清器的緣故。

（2）側耳聽診在排氣支管處有“撲、撲”的響聲，且柴油發(fā)電機在工作時，該缸的排氣支管比其他缸的排氣支管溫度低，則說明排氣門座松動。

（3）在小油門工況下，逐缸擰松高壓油管，當松開某缸高壓油管，冒白煙現(xiàn)象消失，并聽到“嚓、嚓”的聲音，伴隨這種聲音的還有一股氣流聲（柴油發(fā)電機將要熄火時刻聽得非常清楚），則可斷定該缸氣門座松動。

（4）若是該缸氣門座松動或脫落，該缸會產生漏氣、壓縮壓力不足、壓縮壓力比其他缸的壓縮壓力小，或無壓縮力。在壓縮過程中進氣或排氣支管會出現(xiàn)明顯的“嘶、嘶”漏氣響聲。

（5）熄火進行檢查，氣門座松動的氣門桿常升不到最高點。調好氣門間隙后，搖轉曲軸復查時，其間隙會出現(xiàn)時大時小，氣門在導管內的往返運動有滯澀或發(fā)卡現(xiàn)象。

3、氣門座松動的原因

（1）氣門座嚴重磨損、下陷量過大，氣門座燒損或產生裂紋等都會造成氣門座松動；缸蓋螺栓扭力不均或柴油發(fā)電機在高溫時驟加冷水，使缸蓋變形或產生裂紋，也會導致氣門座松動。

（2）在生產裝配或修理時，選購、更換的氣門座圈外徑過小，使鑲嵌緊度不夠，也會造成氣門座松動。維修時，擴銑氣門座圈孔座的精度不夠（圓柱度及圓度超限）、表面粗糙度不合格等，使座圈鑲入座孔后配合緊度不夠，接合不牢，造成氣門座圈變形、松脫。

（3）柴油發(fā)電機長期超負荷作業(yè)或使用時間較長，經高溫高壓氣體不斷沖擊，致使座圈與座孔的配合逐漸松動。另外，汽缸蓋上的氣門座孔經過多次拆裝，座孔口徑增大，若配上原來尺寸座圈，氣門座圈也會松動。

 

圖5  氣門座邊緣厚度檢查

圖6  氣門座的檢測方法

 

 

三、氣門座圈的拆裝

 

1、拆卸

      由于氣門座圈與汽缸蓋座圈孔是過盈配合，因此，在更換拆卸氣門座圈時，要用專用的工具進行拆卸（如圖7）。若沒有氣門座圈拉出器，可用舊氣門閥在砂輪機上磨削成鏨子后，將舊氣門閥分別從進、排氣管安裝座孔插入氣門座圈凸緣或貼合面之間，然后用錘子敲擊舊氣門閥頭部。這樣轉過幾個角度，進、排氣門座圈便能卸下。

2、安裝

（1）加大尺寸法

      即重新車制加工氣門座圈。只需稍微加大氣門座圈的外徑尺寸，提高其配合緊度，實際尺寸應根據(jù)氣門座孔的口徑尺寸來確定。冷鑲時過盈量為0.10～0.15 mm，熱鑲時過盈量為0.2～0.25 mm。氣門座圈其余的尺寸，如高度、內徑、斜面、角度等技術要求應和原來的氣門座圈相同。

（2）冷鑲法

      將氣門座圈放正于汽缸蓋座孔后，分別用原機型的廢舊進、排氣門閥頭部圓面對準進、排氣門座圈（要基本保持同心），然后用錘子平穩(wěn)地敲擊氣門桿頂部，就能把氣門座圈裝上。

（3）膠粘法

      即選購原來型號的氣門座圈，用磷酸一氧化銅無機膠粘接，具體操作方法是：

① 先將缸蓋上的氣門座孔、氣門座圈的臟污、積碳清除干凈，然后用脫脂棉沾上丙酮擦去接合面上的油漬。

② 制膠時，將固體粉狀的氧化銅與液態(tài)磷酸，按1 mL磷酸溶液加3.5～4.5 g氧化銅粉配比，并按使用說明攪拌均勻。

③ 將配制的粘膠厚薄均勻地涂在座孔與座圈的接合面上，把座圈裝入座孔內，再用小錘輕輕敲擊座圈，經過振動使粘膠充分填滿縫隙。

④ 在室溫下自然固化3～4 h后，即可鉸削研磨氣門，如圖8所示。

 

圖7  氣門座圈拆除工具

圖8  氣門座手工鉸削示意圖

 

 

總結：

      為提高柴油發(fā)電機配氣系統(tǒng)的可靠性與耐久性，對于工作條件惡劣的進排氣門座大多采用合金鑄鐵材料制做.但是隨著機器運轉時間的增長，往往會發(fā)生氣門座松動的故障，從而導致柴油發(fā)電機功率下降，排氣冒煙，曲軸箱竄氣及缸蓋部分出現(xiàn)敲擊聲等的不良后果，嚴重時發(fā)動機停止運轉。以上所述，就是對排氣門座松動的原因分析和解決辦法。

 

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