故障檢查與技術(shù)維護(hù)

柴油發(fā)電機(jī)氣門頸部斷裂、盤部和桿部失效的維修方法

 

康明斯柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)、排氣門是在柴油發(fā)電機(jī)工作過程中密封燃燒室和控制柴油發(fā)電機(jī)氣體交換的精密零件，是保證柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、可靠性、耐久性的重要零件。

氣門的工作條件惡劣，進(jìn)氣門的工作溫度可達(dá)300～400℃，排氣門的工作溫度可達(dá)700～900℃。進(jìn)氣門主要受反復(fù)沖擊的機(jī)械負(fù)荷，排氣門除受反復(fù)沖擊的機(jī)械負(fù)荷外，還受高溫氧化性氣體的腐蝕以及熱應(yīng)力（即氣門盤部因溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力）、錐面熱脹應(yīng)力（即氣門的堆焊材料與基體材料膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的附加應(yīng)力）、和燃燒時(shí)氣體壓力等共同作用，氣門在落座時(shí)還承受由慣性引起的沖擊交變載荷及彈簧壓力、高溫腐蝕氣體的高速?zèng)_刷力等。

進(jìn)排氣門結(jié)構(gòu)示意圖

 

氣門在設(shè)計(jì)、材質(zhì)與制造合理的條件下，氣門的失效主要為磨損與疲勞斷裂，磨損主要在氣門與配氣機(jī)構(gòu)中相關(guān)接觸件的磨損，它除了降低柴油發(fā)電機(jī)的效率外，還因改變氣門與相關(guān)件的相互位置及受力狀態(tài)而間接促進(jìn)氣門疲勞斷裂；氣門的疲勞斷裂主要是受到高頻率的張壓交變壓應(yīng)力，沖擊交變應(yīng)力、彎曲、冷熱、及燃?xì)飧g的單一或綜合作用造成的。如果柴油發(fā)電機(jī)裝配、修理、使用方面不按技術(shù)規(guī)程要求進(jìn)行，氣門配合的相關(guān)件質(zhì)量不合格，氣門很容易發(fā)生失效，并且主要發(fā)生在盤部單薄處、頸部及鎖夾槽等應(yīng)用力集中處。因?yàn)闅忾T失效的原因是多方面的，且較為復(fù)雜，康明斯公司在本文中不能逐一敘述，現(xiàn)就常見的幾種氣門失效模式故障分析。

一、氣門頸部斷裂

　　

1、超速超載，溫度過高，材料強(qiáng)度下降

柴油發(fā)電機(jī)過載超速是很普遍的現(xiàn)象，由于過載運(yùn)行一般會(huì)加劇柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)溫度大幅提升，當(dāng)氣門實(shí)際工作溫度高于設(shè)計(jì)的柴油發(fā)電機(jī)氣門工作溫度極限時(shí)，造成氣門疲勞強(qiáng)度的下降，腐蝕燃的產(chǎn)生及活化，特別是工作溫度較大的地方超過允許上限時(shí)，材料組織的就會(huì)發(fā)生變化，如氣門馬氏體材料的局部退火金相組織轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致硬度和強(qiáng)度下降；而奧氏體材料，正常組織是奧氏體加均勻分布的顆粒狀化物，塑性比較好，當(dāng)溫度升高，組織發(fā)生質(zhì)的變化時(shí)，如奧氏體基體上有較多的層狀析出物，或析出聚集長(zhǎng)大成帶尖角與鋒棱且相當(dāng)部分沿奧氏體晶界分布的粗片碳化物，它將分割塑性好的基體，并成為成千上萬的潛在微裂紋萌生處，增大了氣門應(yīng)力疲勞，導(dǎo)致氣門頸部早期疲勞斷裂。

2、氣門間隙過大

間隙過大，將會(huì)造成氣門在運(yùn)動(dòng)過程中擺動(dòng)，桿部異常磨損，氣門溫度升高，落座不正，受力不均勻等，導(dǎo)致氣門頸部斷裂。

氣門間隙過大示意圖

 

3、氣門座松脫

氣門座松脫，將會(huì)造成氣門單邊落座而產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致氣門頸部斷裂。

4、氣門彈簧折斷或鎖夾脫落

氣門彈簧折斷（有些用戶在維修時(shí)更換氣門后不更換彈簧）或鎖夾脫落（鎖夾與氣門不匹配），將會(huì)造成氣門掉缸，導(dǎo)致氣門被活塞頂斷。

5、氣門座口與氣門導(dǎo)管不同心

不同心會(huì)出現(xiàn)氣門桿部單邊磨損或異常磨損痕跡，造成氣門單邊落座而產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致氣門頸部斷裂。

6、活塞與氣門撞擊

氣門與活塞接觸導(dǎo)致氣門頸部斷裂，其表現(xiàn)形式為活塞頂面與氣門相對(duì)應(yīng)的位置有與氣門尺寸相符合的重復(fù)撞擊痕跡，氣門盤部無積碳，呈旋轉(zhuǎn)摩擦的光亮面。

氣門機(jī)構(gòu)示意圖-

 

二、氣門盤部失效

氣門在工作過程中所受的熱量，約75％通過盤部與座圈接觸而散熱，約25％通過桿部與導(dǎo)管接觸而散走，若氣門錐面與座圈在某一點(diǎn)接觸，盤部此部分不能通過閥座散熱而溫度急劇升高，以到熔化，再加上氣門錐面與座圈密封不良，高溫燃?xì)鈴拇藳_刷而導(dǎo)致盤部此部分燒熔而產(chǎn)生月牙形燒蝕或掉塊。

1、氣門制造問題造成的盤部裂開掉塊

氣門堆焊時(shí)造成局部應(yīng)力集中沒有完全消除，或存在裂紋，在氣門工作時(shí)加劇應(yīng)力釋放，導(dǎo)致氣門掉塊的發(fā)生外。

2、氣門座合面嚴(yán)重磨損后疲勞掉塊

原因是氣門間隙過大,落座時(shí)對(duì)座圈沖擊力大,氣門密封接觸帶過寬，使用不合格（如含硫量過高）的燃料,長(zhǎng)期超負(fù)荷工作等導(dǎo)致氣門錐面異常磨損。

3、氣門錐面局部燒蝕（俗稱“燒口”）

座合面密封不良漏氣是引起燒熔燒傷的直接原因。

柴油發(fā)電機(jī)過熱引起的氣門變形，更換氣門時(shí)與氣門座研配不良，氣門間隙過小，氣門彈簧彈力不足，過多的積碳使氣門發(fā)卡以及座合面上沉積等都會(huì)造成座合面密封不良。

氣門失效示意圖

 

三、氣門桿部失效

1、氣門桿部彎曲

原因是鎖夾脫落或氣門、氣門導(dǎo)管與座圈不同心。

氣門安裝時(shí)，若鎖夾使用不匹配，安裝不好或受強(qiáng)烈震動(dòng)沖擊等，鎖夾會(huì)脫落或失效，氣門將掉入缸內(nèi)被活塞頂彎，其表現(xiàn)形式為氣門鎖夾槽部位完好，氣門桿部彎曲。

氣門與氣門導(dǎo)管不同心或與座圈不同心，輕則造成氣門桿部彎曲，重則造成氣門頸部斷裂。

2、氣門桿部嚴(yán)重磨損

原因是導(dǎo)管內(nèi)孔小于有關(guān)規(guī)定造成導(dǎo)管內(nèi)孔與氣門桿配合間隙過小或潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致氣門運(yùn)動(dòng)狀態(tài)異常，磨損嚴(yán)重或氣門損壞。

3、氣門鎖夾槽部斷裂

原因是鎖夾的內(nèi)凸筋若與氣門鎖夾槽形不符，將會(huì)嚙傷鎖夾槽；搖臂與氣門接觸位置不正確，氣門桿端將會(huì)受到側(cè)向推力都會(huì)造成氣門鎖夾槽部斷裂，其表現(xiàn)形式為鎖夾槽部可見明顯的咬嚙傷痕或氣門桿端面可見明顯的受側(cè)向推力的磨痕。

另外，因氣門彈簧斷裂、氣門座圈脫落、正時(shí)鏈條斷裂、氣門導(dǎo)管斷裂、配氣相位錯(cuò)誤、柴油發(fā)電機(jī)超速（飛車）等原因均會(huì)導(dǎo)致氣門失效。

氣門鎖夾槽部示意圖

 

四、安裝氣門的注意事項(xiàng)

基于上述氣門失效原因，要求安裝氣門時(shí)應(yīng)按以下執(zhí)行：

1、氣門是柴油發(fā)電機(jī)的重要零件，工作時(shí)受強(qiáng)烈的機(jī)械負(fù)荷、高溫和化學(xué)腐蝕，應(yīng)正確安裝。在裝配過程中不得磕碰，不可受側(cè)向力，否則將使氣門變形變位，影響氣門密封，導(dǎo)致氣門早期損壞。

2、更換新氣門時(shí)，應(yīng)同時(shí)更換新的氣門導(dǎo)管和氣門彈簧。使用舊的導(dǎo)管將增加機(jī)油消耗和積碳，而積碳將導(dǎo)致氣門工作溫度升高，影響氣門使用壽命，舊的氣門彈簧因彈力降低，對(duì)氣門壽命是有害的。新導(dǎo)管裝入缸蓋后，應(yīng)用鉸刀校正導(dǎo)管的圓度和內(nèi)孔尺寸，使氣門桿與導(dǎo)管孔的間隙符合柴油發(fā)電機(jī)說明書的規(guī)定，不可加工已精加工過的氣門桿。

3、變形或燒傷的氣門座圈必須鉸、磨校正，不能僅用與氣門對(duì)研的方法修復(fù)。對(duì)無法修復(fù)的氣門座圈應(yīng)換新。修復(fù)或換新座圈，應(yīng)確保座圈口與導(dǎo)管孔同軸，同軸度允差0.03～0.05毫米。氣門與氣門座圈配合時(shí)，氣門盤端面的位置應(yīng)符合說明書要求（一般不應(yīng)高出缸蓋平面），符合上述要求后，再與氣門對(duì)研。

4、氣門與氣門座輕輕對(duì)研，保證氣門密封性，研磨時(shí)不可用粗研磨料。氣門座與氣門錐面的接觸部位應(yīng)在氣門錐面的中下部。氣門與座圈必須密封，密封不良，將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)功率下降和氣門早期損壞。研磨后，應(yīng)用煤油將磨料清洗干凈并風(fēng)干，再用清潔的機(jī)油潤(rùn)滑氣門桿、座圈和導(dǎo)管后方能裝配。

5、應(yīng)選擇合格的匹配的氣門鎖夾。鎖夾應(yīng)無毛刺，鎖夾與氣門裝配后應(yīng)輕輕對(duì)研，保證在鎖夾開口處無卡口現(xiàn)象；裝配氣門鎖夾時(shí)，不得敲擊氣門桿端部，且須裝牢，否則將造成氣門搖動(dòng)，致使鎖夾工作時(shí)劃傷氣門槽頸，導(dǎo)致使用時(shí)氣門鎖夾槽頸處斷裂。

6、安裝氣門彈簧上座時(shí)，座內(nèi)錐孔與鎖夾外錐面應(yīng)接觸良好。

7、裝配后應(yīng)嚴(yán)格按柴油發(fā)電機(jī)說明書調(diào)整氣門間隙。正確的氣門間隙非常重要，氣門間隙過小，當(dāng)氣門溫度升高后，氣門伸長(zhǎng)，導(dǎo)致氣門與座圈密封不良，使燃燒室輕微漏氣，降低了柴油發(fā)電機(jī)功率；同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間將導(dǎo)致氣門盤錐面燒蝕。氣門間隙過大，將造成氣門沖擊座圈，使氣門受力增大，導(dǎo)致氣門易斷裂而失效。

 

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