技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

柴油發(fā)電機(jī)偏缸和連桿彎曲變形的檢校方法

 

摘要：柴油機(jī)活塞與氣缸的配缸間隙是極為重要的技術(shù)參數(shù)。不論何種發(fā)動(dòng)機(jī)，其合理的配缸間隙都是同制造廠家根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)材質(zhì)，在未能吃透發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用機(jī)理之前，不可隨意減小配缸間隙。對(duì)于使用后的柴油發(fā)電機(jī)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等零部件的變形及其他因素，會(huì)導(dǎo)致配缸間隙位置精度的偏差，這時(shí)就容易出現(xiàn)偏缸故障。對(duì)此，康明斯公司在本文中介紹了活塞偏缸對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的不利影響，分析產(chǎn)生不同偏缸現(xiàn)象的具體原因。根據(jù)理論分析和對(duì)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞偏缸的拆檢，提出了避免或減輕活塞偏缸的措施。

 

一、偏缸的危害和影響

 

      柴油發(fā)電機(jī)在修理過(guò)程中，其主要零件缸體、曲軸、連桿等。若修理質(zhì)量差，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)極易造成活塞在汽缸中發(fā)生偏斜的現(xiàn)象（俗稱(chēng)偏缸）。偏缸可導(dǎo)致汽缸局部不正常磨損，嚴(yán)重時(shí)，因活塞緊靠汽缸壁，側(cè)壓力過(guò)大，破壞了潤(rùn)滑油膜而造成活塞（主要是頭部）與缸壁的拉缸現(xiàn)象，或是活塞環(huán)槽的拉缸變形，卡死了活塞環(huán)，使之不能正常工作。偏缸不僅使活塞與氣缸產(chǎn)生磨損，破壞了汽缸的密封，也會(huì)造成曲柄連桿的其它機(jī)件加速磨損，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

      為防止偏缸現(xiàn)象，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中都有一個(gè)偏缸檢查的工序，其方法一般時(shí)將未裝活塞環(huán)的活塞連桿組裝入相應(yīng)汽缸內(nèi)，按規(guī)定擰緊連桿螺栓螺母，然后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸使活塞分別處于上、下止點(diǎn)及活塞上下行時(shí)的中部位置，使塞尺檢查活塞頭部與汽缸壁之間的間隙（主要是發(fā)動(dòng)機(jī)縱向前后的間隙）,若前后間隙不一致或一方根本無(wú)間隙，說(shuō)明活塞向一方偏斜，即表未有偏缸現(xiàn)象。

1、活塞偏缸的危害  

      活塞偏缸是指活塞在汽缸中偏向缸壁一側(cè)，或向一側(cè)歪斜?；钊B桿組在裝配中，如各零件的形位公差不符合要求，將使活塞在汽缸中產(chǎn)生歪斜，加重汽缸壁的磨損。據(jù)資料介紹，當(dāng)活塞在汽缸中的同軸度誤差在100毫米的長(zhǎng)度上達(dá)到0.03毫米時(shí)，活塞對(duì)汽缸壁的壓力可達(dá)150牛，而發(fā)動(dòng)機(jī)裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸時(shí)所需的力矩將增至1.5~2.0倍。另外，活塞歪斜還使汽缸的密封性能變壞，惡化活塞和活塞環(huán)的潤(rùn)滑條件。

2、影響活塞偏缸的因素  

      其主要因素有汽缸中心線與曲軸主軸頸中心線的垂直度，連桿軸頸中心線與主軸頸中心線的平行度，連桿軸頸的圓柱度，連桿大、小頭孔中心線的平行度，以及活塞銷(xiāo)孔中心線與活塞中心線的垂直度等。

 

二、偏缸的判斷方法

 

      檢查活塞偏缸時(shí)，將不裝活塞環(huán)的活塞連桿組按各缸標(biāo)記分別裝入汽缸，并按規(guī)定擰緊各道連桿軸承蓋螺栓。首先檢查連桿小頭端面與活塞銷(xiāo)座孔內(nèi)端面之間的距離是否相等（如相差太大，多為汽缸中心線偏移所致）;然后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使活塞在汽缸的上止點(diǎn)、中部及下止點(diǎn)時(shí)，分別檢查各汽缸活塞頭部前、后方向與汽缸壁的配合間隙（如圖1所示），視其是否相等來(lái)判斷活塞是否偏缸。檢查時(shí)，可能出現(xiàn)以下幾種情況：

（1）對(duì)活塞在汽缸上、中、下各部位的間隙進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量方法如圖2所示。當(dāng)結(jié)果均相等即活塞無(wú)偏缸現(xiàn)象。

（2）當(dāng)各汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸（歪斜），即汽缸中心線與曲軸中心線不垂直。

（3）個(gè)別或幾個(gè)汽缸活塞在上、中、下各部位向同一方向偏缸，其原因可能是連桿彎曲，使大、小頭孔的中心線不平行，或活塞銷(xiāo)座孔及小頭襯套鉸偏，使活塞銷(xiāo)座孔中心線或連桿小頭中心線與活塞中心線不垂直。

（4）活塞在汽缸的上、中、下部位有不同方向的偏缸，綜合測(cè)量方法如圖2所示。其偏缸情況又可能有如下2種：

① 活塞在上、下止點(diǎn)改變偏缸方向，這可能是連桿軸頸圓柱度誤差過(guò)大所致。

② 活塞在中部改變偏缸方向，這主要是由于連桿因扭曲而使連桿小頭孔與大頭孔不在同一平面所造成。

      因?yàn)榛钊谏稀⑾轮裹c(diǎn)時(shí)，雖然活塞銷(xiāo)中心線已相對(duì)于曲軸中心線扭轉(zhuǎn)了一個(gè)角度.但仍與曲軸中心線平行，所以活塞在上、下止點(diǎn)時(shí)不顯示偏缸。當(dāng)活塞由上止點(diǎn)往下或由下止點(diǎn)往上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于連桿的扭曲而使活塞銷(xiāo)中心線向前或向后的傾斜角逐漸增大，直至活塞到達(dá)中部位置時(shí)，其傾斜角達(dá)最大，因而活塞在汽缸中部向前或向后的偏缸也最大。從中部繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，傾斜角逐漸減小，故偏缸也逐漸減小，直到活塞到達(dá)下止點(diǎn)或上止點(diǎn)時(shí)又居中。若連桿無(wú)扭曲現(xiàn)象，則連桿無(wú)論運(yùn)動(dòng)到什么位置，活塞銷(xiāo)中心線都平行于曲軸中心線，而且兩中心線方向一致，所以活塞不會(huì)偏缸。

 

圖1  柴油機(jī)活塞偏缸檢查方法

圖2  柴油機(jī)氣缸間隙測(cè)量方法

 

二、產(chǎn)生偏缸的原因

 

1、汽缸方面

      柴油發(fā)電機(jī)的活塞在汽缸上、中、下部位，向同一方向歪斜，可能是因鏜缸不當(dāng)（鏜缸最大尺寸如圖3所示），發(fā)生汽缸軸線與曲軸軸線不相垂直（向發(fā)動(dòng)機(jī)前后傾斜），汽缸軸線向前后位移等。維修方法如下：

（1）汽缸體的搪削對(duì)汽缸湯磨后的位置公差起決定作用。搪削汽缸應(yīng)選擇立式搪床，盡量不要采用移動(dòng)式鏜缸機(jī)。在制造廠生產(chǎn)汽缸體時(shí)，汽缸及曲軸主軸承座孔的加工定位基準(zhǔn)，一般都是汽缸體的下平面及下平面上的定位孔，用立式鏜缸時(shí)采用的定位基準(zhǔn)同樣是缸體的下平面，與制造廠一致，所以能較好地保證汽缸軸線與缸體兩端主軸軸承孔公共軸線的垂直度誤差。

（2）在用立式搪床削缸時(shí)，也必須先認(rèn)真檢查缸體的下平面，不得沾有雜物，搪床在工作面也應(yīng)擦干凈，這樣才能保證加工精度。修理車(chē)型單一的修理廠在使用立式搪床的同時(shí)，最好采用定位鏜缸法。因定位鏜缸時(shí)采用缸體兩端的主軸軸承孔作為定位基準(zhǔn)，不僅可保證汽缸軸線與缸體兩端軸承公共軸線垂直，還可以保證各汽缸相互位置正確。

2、曲軸方面

      活塞在汽缸上（下）部位有不同方向的歪斜，可能因連桿軸頸錐形與主軸線不平行，或因曲軸箱變形和曲軸軸承配合不當(dāng)，使曲軸軸線與汽缸軸線不相垂直，以及曲軸彎曲等'活塞在汽缸中部位置改變歪斜方向，是因?yàn)檫B桿軸頸軸線與曲軸軸線不在同一平面內(nèi)（曲軸彎曲變形檢查如圖4所示）。修理方法如下：

（1）曲軸的光磨主要應(yīng)注意檢查精磨定位基準(zhǔn)的完好情況，一般是用前端的正時(shí)齒輪軸頸及后端的飛輪裝突端的外圓。在精磨主軸頸及連桿軸頸的兩次裝夾工件時(shí)，除定位基準(zhǔn)必須選擇一致外，還應(yīng)保證兩軸頸軸線的平行度公差要求。

（2）曲軸主軸承應(yīng)在缸體軸瓦搪床上搪削加工，搪削時(shí)以缸體兩端的主軸軸承孔定位，且各道主軸軸承孔定位，且各道主軸承使一次加工完畢。這樣既保證了汽缸軸線的垂直度，又保證了各道主軸承孔軸線的同軸度。若與汽缸的定位鏜缸相配合，兩道工序的定位基準(zhǔn)一致，則加工的位置精度將更高。

（3）手工刮削主軸不易保證各道主軸承的同軸度，跟無(wú)法保證主軸與軸線的垂直度。在發(fā)動(dòng)機(jī)大修時(shí)應(yīng)盡量不采用手工刮削軸承。

 

圖3  柴油機(jī)氣缸最大磨損值

圖4  柴油機(jī)曲軸彎曲變形檢查

 

3、連桿方面

      個(gè)別柴油發(fā)電機(jī)的活塞在汽缸上、中、下部位向同一方向歪斜，歪斜方向就是連桿小端自彎曲方向，在中部歪斜嚴(yán)重，上行和下行偏缸方向有改變，則為連桿扭曲。連桿有無(wú)彎曲、扭曲變形，一般是在連桿檢驗(yàn)器上進(jìn)行檢驗(yàn)，連桿變形的檢測(cè)如圖5所示，變形檢測(cè)如圖6所示。

（1）檢測(cè)前

      檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將連桿大端軸承取下，將承孔清潔干凈（軸承被鏜削后的連桿在校正時(shí)不可將軸承拆下），然后將軸承蓋裝在連桿體上，并按標(biāo)準(zhǔn)力矩?cái)Q緊連桿螺栓，連桿大端安裝在連桿檢驗(yàn)器可調(diào)橫軸上，擰動(dòng)調(diào)整柄使半圓鍵向外擴(kuò)張，將連桿固定在檢驗(yàn)器上。

（2）檢驗(yàn)工具

      檢驗(yàn)工具是帶有V形槽的三點(diǎn)規(guī)。三點(diǎn)規(guī)上的三個(gè)測(cè)點(diǎn)在同一平面上，并與V形槽相垂直，下面兩測(cè)點(diǎn)的距離為100mm。而上面的一個(gè)測(cè)點(diǎn)，處在下面兩測(cè)點(diǎn)連線的垂直等分線上，與下面兩測(cè)點(diǎn)連線的距離也是100mm。

（3）檢測(cè)時(shí)，將三點(diǎn)規(guī)放在連桿小端的心軸或活塞銷(xiāo)上，使三點(diǎn)規(guī)的三個(gè)測(cè)點(diǎn)與檢驗(yàn)器的平板相接觸。根據(jù)三測(cè)點(diǎn)與平板的接觸情況，便可判斷連桿有無(wú)彎曲、扭曲變形。

① 若三點(diǎn)規(guī)的三測(cè)點(diǎn)都與檢驗(yàn)器的平板相接觸，說(shuō)明連桿無(wú)變形。

② 若三點(diǎn)規(guī)僅上測(cè)點(diǎn)（或兩下測(cè)點(diǎn)）與平板接觸，且兩下測(cè)點(diǎn)與平板間隙相等，說(shuō)明連桿有彎曲變形。這時(shí)用塞尺測(cè)量測(cè)點(diǎn)（或兩下測(cè)點(diǎn)）與平板接觸處，如兩下測(cè)點(diǎn)與平板間隙相等，說(shuō)明連桿有彎曲變形。
這時(shí)用塞尺測(cè)量測(cè)點(diǎn)與平板的間隙值，便是連桿在100mm長(zhǎng)度的彎曲值。

③ 檢驗(yàn)時(shí)若只有一個(gè)下測(cè)點(diǎn)與檢驗(yàn)平板相接觸，且上測(cè)點(diǎn)與檢驗(yàn)平板的間隙等于另一個(gè)測(cè)點(diǎn)與平板間隙的一半，則表明連桿發(fā)生了扭曲。其下測(cè)點(diǎn)與平板的間隙便是連桿在100mm長(zhǎng)度的扭曲值。

④ 檢驗(yàn)時(shí)若一個(gè)下測(cè)點(diǎn)與檢驗(yàn)平板接觸，但上測(cè)點(diǎn)與檢驗(yàn)平板的間隙不等于另一個(gè)下測(cè)點(diǎn)與平板間隙的一半，則表明連桿同時(shí)存在彎曲、扭曲變形。下測(cè)點(diǎn)與平板的間隙為連桿在100mm長(zhǎng)度上的扭曲值。上測(cè)點(diǎn)與平板的間隙和下測(cè)點(diǎn)與平板的間隙的一半的差值，為連桿在100mm長(zhǎng)度上的彎曲值。

⑤ 使連桿大端端面與平板貼靠，測(cè)出連桿小端端面與平面的距離；將連桿翻轉(zhuǎn)180°，用同樣方法測(cè)出該距離，若兩次測(cè)出的數(shù)值不等，說(shuō)明連桿存在雙重彎曲，兩次測(cè)得的數(shù)值之差即為雙重彎曲值。連桿雙重彎曲的檢查。汽車(chē)修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，連桿在100mm長(zhǎng)度上彎曲值不應(yīng)大于0.03mm，扭曲值不應(yīng)大于0.06mm，超過(guò)允許極限時(shí)，應(yīng)進(jìn)行校正或更換連桿。

      連桿校正器是檢驗(yàn)連桿彎曲和扭曲的專(zhuān)用工具，在柴油發(fā)電機(jī)的維修工作中用它既方便又能較好地保證質(zhì)量，但根據(jù)工作條件和使用環(huán)境的不同，有的單位不一定具備，在這種情況下，可以采用柴油發(fā)電機(jī)的偏缸檢查方法檢查活塞連桿組的彎曲與偏斜現(xiàn)象。

 

圖5  柴油機(jī)連桿變形檢測(cè)

圖5  柴油機(jī)連桿雙重彎曲檢查

 

總結(jié)：

      總之，柴油發(fā)電機(jī)的偏缸不一定是單一零件的問(wèn)題，影響它的因素有很多，因此，必須根據(jù)檢查情況多方分析，找出原因，加以修整。當(dāng)發(fā)生偏缸后，應(yīng)采用可靠的加工設(shè)備及合理完善的加工工藝，檢驗(yàn)規(guī)范，并嚴(yán)格控制好諸如缸體、曲軸、連桿等主要零件每道加工工序的加工質(zhì)量，就能從根本上杜絕偏缸現(xiàn)象。

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