故障檢修與技術(shù)維護(hù)

產(chǎn)生氣門(mén)座圈松動(dòng)的原因及其拆裝技術(shù)

 

摘要：通常氣門(mén)座圈松動(dòng)后柴油發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出一種“嚓、嚓、嚓”的敲擊聲。在機(jī)器將要熄火的瞬間，響聲尤為明顯。本文中康明斯公司重點(diǎn)闡述了柴油發(fā)電機(jī)氣門(mén)座松動(dòng)時(shí)的外在表現(xiàn)及判斷方法，分析了柴油發(fā)電機(jī)組氣門(mén)座松動(dòng)產(chǎn)生的原因，同時(shí)介紹了氣門(mén)座圈拆卸與安裝技術(shù)要點(diǎn)。

 

一、氣門(mén)座圈的作用和材質(zhì)要求

 

1、氣門(mén)座圈作用

      汽缸蓋的進(jìn)、排氣道與氣門(mén)錐面相貼合的部位稱為氣門(mén)座。它與氣門(mén)錐面緊密貼合以密封汽缸，同時(shí)接受氣門(mén)頭部傳來(lái)的熱量，上直接鏜出，但大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)座是用耐起到對(duì)氣門(mén)散熱的作用。氣門(mén)座可在汽缸蓋熱合金鋼單獨(dú)制成座圈，稱氣門(mén)座圈（見(jiàn)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(diǎn)是導(dǎo)熱性差，加工精度高，在工作時(shí)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(mén)座圈實(shí)物圖

圖2  柴油機(jī)氣門(mén)座圈裝配外觀圖

 

2、密封性要求

      為保證氣門(mén)座與氣門(mén)的密封性，氣門(mén)座上加工有與氣門(mén)相適應(yīng)的錐角和錐面，氣門(mén)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(mén)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(shí)又有一定的導(dǎo)熱面積。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)錐角比氣門(mén)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(jié)束，干涉角逐漸消失，恢復(fù)了全錐面接觸。

 

圖3  柴油機(jī)氣門(mén)座圈錐角示意圖

圖4  柴油機(jī)氣門(mén)座圈干涉角位置圖

 

3、材質(zhì)要求

      柴油發(fā)電機(jī)的氣門(mén)座有些是用耐磨合金鑄鐵制成鑲?cè)?，鑲在汽缸蓋上。這種結(jié)構(gòu)的氣門(mén)座，磨損后易于更換，而不至于報(bào)廢整個(gè)汽缸蓋。氣門(mén)座圈壓入汽缸蓋時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的裝配應(yīng)力，工作狀態(tài)下氣門(mén)座圈（特別是進(jìn)氣門(mén)座圈）圓周上的溫度分布是不均勻的，因而易產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，而引起座圈的翹曲變形。所以，在結(jié)構(gòu)上要求一定的壁厚和一定的高度，以增強(qiáng)其剛性，并確保它與氣門(mén)密封錐面貼合良好。進(jìn)氣門(mén)座圈內(nèi)孔一般還制成截面漸擴(kuò)型式，以對(duì)進(jìn)氣流起引導(dǎo)作用，減小流阻。為達(dá)到上述要求，氣門(mén)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(jī)的高速化趨向，往往要求采用耐磨性能和熱強(qiáng)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(mén)頭部硬度3～5個(gè)洛氏單位，以達(dá)到良好匹配，并且使切削性能不至于惡化。

      應(yīng)該注意并需要知道，在柴油發(fā)電機(jī)使用過(guò)程中，氣門(mén)座會(huì)發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，引起氣門(mén)間隙的變化，使發(fā)電機(jī)組功率下降，甚至無(wú)法工作。

 

二、氣門(mén)座圈松動(dòng)的原因與判斷

 

1、氣門(mén)座松動(dòng)時(shí)表現(xiàn)

      氣門(mén)座松動(dòng)時(shí)，會(huì)有以下外在表現(xiàn)：

（1）柴油發(fā)電機(jī)突然出現(xiàn)異響，汽缸上部有明顯的敲擊聲。著火時(shí)出現(xiàn)“缺腿”現(xiàn)象，功率下降、嚴(yán)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(shí)冒黑煙）現(xiàn)象，并多呈霧狀。

（3）加大油門(mén)或加大負(fù)荷作業(yè)時(shí)，有嚴(yán)重的氣門(mén)敲擊活塞聲。

（4）有竄氣現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)從曲軸箱通氣孔向外竄氣。

2、氣門(mén)座松動(dòng)故障的判斷方法

（1）柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，用手觸摸進(jìn)氣支管有燙手的感覺(jué)，且該缸進(jìn)氣支管比其他缸熱，說(shuō)明進(jìn)氣門(mén)座松動(dòng)。再對(duì)進(jìn)氣支管旁邊側(cè)耳聽(tīng)診，會(huì)有“啪、啪”的響聲，這是在壓縮行程中，可燃混合氣體倒流進(jìn)入空氣濾清器的緣故。

（2）側(cè)耳聽(tīng)診在排氣支管處有“撲、撲”的響聲，且柴油發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，該缸的排氣支管比其他缸的排氣支管溫度低，則說(shuō)明排氣門(mén)座松動(dòng)。

（3）在小油門(mén)工況下，逐缸擰松高壓油管，當(dāng)松開(kāi)某缸高壓油管，冒白煙現(xiàn)象消失，并聽(tīng)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(jī)將要熄火時(shí)刻聽(tīng)得非常清楚），則可斷定該缸氣門(mén)座松動(dòng)。

（4）若是該缸氣門(mén)座松動(dòng)或脫落，該缸會(huì)產(chǎn)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(wú)壓縮力。在壓縮過(guò)程中進(jìn)氣或排氣支管會(huì)出現(xiàn)明顯的“嘶、嘶”漏氣響聲。

（5）熄火進(jìn)行檢查，氣門(mén)座松動(dòng)的氣門(mén)桿常升不到最高點(diǎn)。調(diào)好氣門(mén)間隙后，搖轉(zhuǎn)曲軸復(fù)查時(shí)，其間隙會(huì)出現(xiàn)時(shí)大時(shí)小，氣門(mén)在導(dǎo)管內(nèi)的往返運(yùn)動(dòng)有滯澀或發(fā)卡現(xiàn)象。

3、氣門(mén)座松動(dòng)的原因

（1）氣門(mén)座嚴(yán)重磨損、下陷量過(guò)大，氣門(mén)座燒損或產(chǎn)生裂紋等都會(huì)造成氣門(mén)座松動(dòng)；缸蓋螺栓扭力不均或柴油發(fā)電機(jī)在高溫時(shí)驟加冷水，使缸蓋變形或產(chǎn)生裂紋，也會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)座松動(dòng)。

（2）在生產(chǎn)裝配或修理時(shí)，選購(gòu)、更換的氣門(mén)座圈外徑過(guò)小，使鑲嵌緊度不夠，也會(huì)造成氣門(mén)座松動(dòng)。維修時(shí)，擴(kuò)銑氣門(mén)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?cè)胱缀笈浜暇o度不夠，接合不牢，造成氣門(mén)座圈變形、松脫。

（3）柴油發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷作業(yè)或使用時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)高溫高壓氣體不斷沖擊，致使座圈與座孔的配合逐漸松動(dòng)。另外，汽缸蓋上的氣門(mén)座孔經(jīng)過(guò)多次拆裝，座孔口徑增大，若配上原來(lái)尺寸座圈，氣門(mén)座圈也會(huì)松動(dòng)。

 

圖5  氣門(mén)座邊緣厚度檢查

圖6  氣門(mén)座的檢測(cè)方法

 

 

三、氣門(mén)座圈的拆裝

 

1、拆卸

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

2、安裝

（1）加大尺寸法

      即重新車制加工氣門(mén)座圈。只需稍微加大氣門(mén)座圈的外徑尺寸，提高其配合緊度，實(shí)際尺寸應(yīng)根據(jù)氣門(mén)座孔的口徑尺寸來(lái)確定。冷鑲時(shí)過(guò)盈量為0.10～0.15 mm，熱鑲時(shí)過(guò)盈量為0.2～0.25 mm。氣門(mén)座圈其余的尺寸，如高度、內(nèi)徑、斜面、角度等技術(shù)要求應(yīng)和原來(lái)的氣門(mén)座圈相同。

（2）冷鑲法

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

（3）膠粘法

      即選購(gòu)原來(lái)型號(hào)的氣門(mén)座圈，用磷酸一氧化銅無(wú)機(jī)膠粘接，具體操作方法是：

① 先將缸蓋上的氣門(mén)座孔、氣門(mén)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(shí)，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(shuō)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(nèi)，再用小錘輕輕敲擊座圈，經(jīng)過(guò)振動(dòng)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(mén)，如圖8所示。

 

圖7  氣門(mén)座圈拆除工具

圖8  氣門(mén)座手工鉸削示意圖

 

 

總結(jié)：

      為提高柴油發(fā)電機(jī)配氣系統(tǒng)的可靠性與耐久性，對(duì)于工作條件惡劣的進(jìn)排氣門(mén)座大多采用合金鑄鐵材料制做.但是隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)，往往會(huì)發(fā)生氣門(mén)座松動(dòng)的故障，從而導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)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(yán)重時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。以上所述，就是對(duì)排氣門(mén)座松動(dòng)的原因分析和解決辦法。

 

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