故障檢查與技術(shù)維護(hù)

康明斯柴油機(jī)氣缸套的檢查及維修方法

 

摘要：缸套正常磨損特征為工作表面清潔光滑，無明顯劃痕、擦傷等痕跡，以及其圓度、圓柱度誤差、內(nèi)徑增量（缸徑最大增量）小于規(guī)定值。一般而言，按照康明斯發(fā)電機(jī)組技術(shù)手冊的規(guī)定其鑄鐵缸套正常磨損率小于0.1mm。若超過此標(biāo)準(zhǔn)，便會導(dǎo)致氣缸套壁厚減薄、圓度及圓柱度誤差增大，從而致使燃燒室就失去密封性，柴油發(fā)電機(jī)功率下降。因此，維修工在柴油機(jī)大修時應(yīng)按要求對缸套磨損進(jìn)行檢測，掌握和控制氣缸套磨損狀況，防止發(fā)生氣缸套過度磨損。

 

一、氣缸組成及工作環(huán)境

 

      康明斯柴油機(jī)氣缸通常采用帶水套的濕式氣缸套，由氣缸套、水套和橡膠封水圈等組成。氣缸周圍布置有氣缸蓋和活塞組，由氣缸套的內(nèi)表面和活塞頂面以及氣缸蓋底面共同構(gòu)成柴油機(jī)的燃燒空間。

      氣缸套置于機(jī)體的氣缸體孔中，上由氣缸蓋壓緊固定?；钊谄鋬?nèi)孔作往復(fù)運(yùn)動，其外有冷卻水冷卻。與缸蓋、活塞共同構(gòu)成氣缸工作空間。氣缸套內(nèi)表受高溫高壓燃?xì)庵苯幼饔茫⑹冀K與活塞環(huán)及活塞裙部發(fā)生高速滑動摩擦。外表與冷卻水接觸，在較大溫差下產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)釕?yīng)力，受冷卻水腐蝕?；钊麑Ω滋椎膫?cè)推力不僅加劇其內(nèi)表摩擦，并使其產(chǎn)生彎曲。側(cè)推力改變方向時，活塞還撞擊缸套。此外還受到較大的安裝預(yù)緊力。

      氣缸套內(nèi)表面還起到活塞作往復(fù)運(yùn)動的導(dǎo)向作用，并且向周圍的冷卻水傳遞部分熱量。冷卻水在水套與氣缸套外壁之間的水腔內(nèi)流通，與氣缸套外壁直接接觸，而不與機(jī)體內(nèi)壁接觸。柴油機(jī)工作時，由于燃料直接在氣缸內(nèi)噴射燃燒，氣缸受到周圍變化的高壓氣體的作用，承受活塞運(yùn)動時交變的側(cè)壓力、氣體壓力、摩擦力以及氣缸蓋螺栓預(yù)緊力的綜合作用，氣缸套易發(fā)生振動和變形，導(dǎo)致氣缸套外壁、內(nèi)表面磨損嚴(yán)重。對于外表面和冷卻水直接接觸的濕式氣缸套由于氣缸的變形、振動和冷卻水的腐蝕，易使氣缸套產(chǎn)生穴蝕破壞。

      穴蝕是指氣缸套和冷卻水接觸的外表面被腐蝕成許多針狀孔洞，孔洞表面清沽，無腐蝕生成的沉積。這些孔洞逐漸擴(kuò)大、深化，最后使氣缸套穿透，這種腐蝕稱為空穴腐蝕，簡稱穴蝕或點(diǎn)蝕。

 

二、氣缸套外部的維護(hù)與檢查

 

1、氣缸套除銹和清洗

      氣缸套外部維護(hù)與檢查時，應(yīng)首先把氣缸套外表面的銹跡和水垢清除，用鋼絲刷子、蒸汽箱或溶液槽等清潔方法從柴油發(fā)電機(jī)氣缸套外面除去繡和水垢。

2、氣缸套裂紋檢查

      檢查氣缸套凸緣的下部、氣缸套底部和氣缸套密封環(huán)槽等處有無裂紋。可采用磁力探傷法或著色探傷法檢查。柴油發(fā)電機(jī)氣缸套如有任何一種形式的裂紋均必須予以更換。

3、氣缸套腐蝕和穴蝕檢查

      檢查氣缸套的外表面是否有腐蝕和穴蝕。

（1）當(dāng)腐蝕、穴蝕的深度達(dá)到1.6mm或更大時，缸套應(yīng)報(bào)廢。

（2）檢查氣缸套凸緣下面有無腐蝕、穴蝕。如果不平處不能用細(xì)紗布磨掉，則缸套應(yīng)報(bào)廢。

（3）如果某一柴油發(fā)電機(jī)氣缸套有微小的穴蝕針孔存在，可繼續(xù)使用，但安裝必須將缸套有穴蝕針孔的部位安裝在曲軸最長的中心方向一側(cè)。

4、輔助部位的測量

（1）測量氣缸套法蘭的厚度

       使用千分尺測量柴油發(fā)電機(jī)氣缸套法蘭的厚度。利用該測量值可以預(yù)估柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的突出量。座孔墊環(huán)游不同的厚度尺寸，可以幫助調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的突出量。

（2）測量套法蘭的外徑

      用千分尺測量柴油發(fā)電機(jī)氣缸套法蘭的外徑。

（3）氣缸套配合部分的外徑測量

       用千分尺測量柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的鋪助壓配合部位的外徑，此外，應(yīng)檢查柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的外沿和底平面處事否有磨損?？捎萌庋壑苯佑^察上述區(qū)域是否有磨亮的小塊面積，如果看不到機(jī)械加工的痕跡區(qū)域在長度上超過13mm時，缸套必須更換。

 

圖1  氣缸套突出量檢查工具安裝示意圖

圖2  缸套凸肩部分的突出量檢測位置

 

三、氣缸套內(nèi)表面檢查與測量

 

      氣缸套內(nèi)表面檢查時，首先直觀檢視氣缸套內(nèi)表面的拉傷、劃痕情況，看拉傷深度是否能被手指甲感覺出來。如能感覺到，則必須更換氣缸套，再測量與檢查。

1、氣缸套拉傷檢查

      檢查缸套內(nèi)表面的拉傷劃痕情況，看拉傷深度是否能被手指甲感覺出來。如果手指甲能感覺有拉傷、劃痕就必須更換。

2、檢查氣缸套內(nèi)孔的磨亮情況

（1）輕微的磨亮

      在磨損的區(qū)域處產(chǎn)生出一種光亮的鏡面，并留有磷化鍍層的痕跡和原始珩磨加工的跡線。

（2）中等程度的磨亮

      在磨損的區(qū)域處產(chǎn)生出一種光亮的鏡面，并有非常輕的原始珩磨痕跡，或某種蝕刻形狀的明顯斑痕。

（3）嚴(yán)重程度的磨亮

      在磨損的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一種光亮的鏡面，不再有珩磨加工的痕跡或某種蝕刻形狀的斑痕。缸套內(nèi)孔若有以下情況就必須予以更換：

① 在活塞環(huán)移動的區(qū)域內(nèi)，有超過20%的一種磨亮部分。

② 在活塞環(huán)移動的區(qū)域內(nèi)有種等程度和嚴(yán)重程度的磨亮面達(dá)30%，其中一半（15%）屬嚴(yán)重磨亮部分。

3、氣缸套的磨損量測量

      對氣缸的磨損情況，如果有條件的情況下，可采用缸套內(nèi)徑自動檢測臺，如圖3所示。一般情況下，應(yīng)采用內(nèi)徑量表（量缸表）在其上、中、下部位測量磨損量，如圖4所示。如果磨損量超過氣缸套最大直徑0.10mm時，應(yīng)更換氣缸套。更換的新氣缸套的話必須應(yīng)保證氣缸套高出氣缸體的上平面。出現(xiàn)拉缸等故障時，則必須進(jìn)行鏜缸和大修。

（1）用內(nèi)徑千分表（量缸表）的上、中、下部位置測量缸套內(nèi)徑，如圖4（a）所示。在每個測量部位互相長90°的兩個位置。

（2）用內(nèi)徑千分表測量氣缸套內(nèi)孔的圓度，如圖4（b）所示。在離氣缸頂平面25.4mm處，測量缸套內(nèi)孔圓度，不應(yīng)超過0.08mm，測量下部缸套內(nèi)孔圓度，不應(yīng)超過0.05mm。

      例如，6BT系列康明斯柴油發(fā)電機(jī)，如果缸套磨損超過柴油發(fā)電機(jī)氣缸套最大直徑0.1mm，應(yīng)更換柴油發(fā)電機(jī)氣缸套或擴(kuò)磨到下一級加大尺寸。對加大尺寸的柴油發(fā)電機(jī)氣缸套，活塞相應(yīng)地有三級加大尺寸，即0.50mm、0.75mm和1.00mm。通常換用新的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的柴油發(fā)電機(jī)氣缸套要比鏜磨到加大尺寸的柴油發(fā)電機(jī)氣缸套來的經(jīng)濟(jì)，并可繼續(xù)使用標(biāo)準(zhǔn)的活塞和活塞環(huán)。

 

圖3  缸套內(nèi)徑檢測臺示意圖

圖4  用量缸表測量氣缸磨損量

 

四、氣缸套的修理方法

 

      當(dāng)柴油機(jī)功率明顯下降，氣缸部位有敲缸響聲時，可先拆下氣缸蓋，轉(zhuǎn)動曲軸把活塞轉(zhuǎn)到上止點(diǎn)，用手前后方向推動活塞頂部，若感覺到活塞裙部有大的擺動量，說明氣缸磨損嚴(yán)重，需要拆卸氣缸套鏜缸或磨缸。如還繼續(xù)使用，不僅加快氣缸的磨損，縮短柴油機(jī)的使用壽命，而且會造成加大鏜缸的等級。

1、鏜缸或磨缸的條件

      一般有下列情況之一者應(yīng)鏜缸或磨缸。

（1）單缸柴油機(jī)型氣缸套磨損超過0.04mm，多缸柴油機(jī)型氣缸磨損超過0.37mm，應(yīng)進(jìn)行鏜缸。

（2）活塞粘缸劃出嚴(yán)重的痕跡。

（3）氣缸壁被燒壞的活塞環(huán)嚴(yán)重擦傷。

（4）氣缸壁被活塞銷卡簧劃出溝痕，特別嚴(yán)重時應(yīng)換用新氣缸。

（5）氣缸壁嚴(yán)重銹蝕或出現(xiàn)麻點(diǎn)。

2、鏜缸步驟

      鏜缸的目的是恢復(fù)氣缸的正圓柱形和光潔度，以恢復(fù)柴油機(jī)的動力性能，其步驟如下：

（1）清潔氣缸內(nèi)的積碳，整修缸體上平面。

（2）根據(jù)氣缸最大磨損直徑，參照活塞的加大規(guī)格，決定修理尺寸，計(jì)算出鏜削量。

（3）確定鏜削次數(shù)。

      一般鑄鐵氣缸，第一刀因氣缸表面硬化層和氣缸磨損不均勻造成鏜削時負(fù)荷不均，最后一刀為提高表面光潔度，其進(jìn)刀量應(yīng)小些，一般為0.05mm左右，中間幾次進(jìn)刀量可大些，但不得超過鏜缸機(jī)限制的最大允許進(jìn)刀量。

（4）固定鏜缸機(jī)和缸體。

      用同心法定中心，如圖5所示。同心法是在氣缸上口第一道活塞環(huán)以上未磨損部位定中心。定心桿球端距離氣缸頂面3~4mm。如果氣缸上口因更換活塞環(huán)時刮過缸口，也可以在氣缸下部磨損很輕微的部位定中心，使鏜缸機(jī)主軸與原來氣缸中心線重合，這樣鏜削后的氣缸與原來氣缸是同一中心。

（5）鏜削最后尺寸，應(yīng)根據(jù)活塞裙部直徑及活塞與氣缸間規(guī)定的間隙，留有磨缸量。鏜缸后，缸口應(yīng)加工成75°倒角，以便于活塞連桿的裝配。

3、磨缸步驟

      磨缸是把磨頭放入氣缸孔中，使用氣缸內(nèi)平面拋光機(jī)，讓磨頭在缸孔內(nèi)作旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動，如圖6所示。磨缸的目的是為了提高氣缸壁表面的光潔度，同時氣缸尺寸也會有少量的改變，達(dá)到要求的配合尺度。磨缸是氣缸修理的最后一道工序，其質(zhì)量的好壞直接影響到柴油機(jī)的使用性能和壽命。磨缸的步驟如下：

（1）將鏜過的氣缸加以清潔，清除氣缸內(nèi)的鐵屑。

（2）珩磨鑄鐵氣缸的磨頭砂條應(yīng)選用碳化硅質(zhì)（代號TL和T的綠、黑兩種顏色）、中軟（代號ZR1、ZR2）。粗磨時，選用150~180粒度的砂條；細(xì)磨時，選用280~320粒度的砂條。

（3）砂條對氣缸壁的壓力，是決定氣缸壁光潔度的重要因素之一。壓力過大，氣缸壁表面粗糙度大；壓力過小，會將氣缸磨成錐形或橢圓。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，先將磨頭放入氣缸內(nèi)，用手旋轉(zhuǎn)調(diào)整盤，使砂條向外擴(kuò)張，直到砂條緊壓氣缸壁，松開手后，磨頭不能自由下落，上下移動時又沒有很大阻力為合適。

（4）磨缸時，應(yīng)使磨頭旋轉(zhuǎn)，又上下往復(fù)運(yùn)動，磨頭的旋轉(zhuǎn)速度和上下運(yùn)動的速度，應(yīng)有一定的比例，多選用1:3或1:4的比例。一般鑄鐵氣缸，磨頭的線速度為60~75m/min。砂條上下露出缸口過多，磨成喇叭口，如果重疊，又會磨成腰鼓形。磨缸時，應(yīng)加注適當(dāng)?shù)睦鋮s清洗潤滑劑，一般用煤油、柴油或煤油中加15%~20%的機(jī)油，以清洗氣缸壁，沖掉磨屑，并冷卻缸體，使缸體不致因受熱膨脹而變形。在磨缸過程中，必須經(jīng)常用量缸表測量缸徑。磨至所需要的精確尺寸時，不要再轉(zhuǎn)動調(diào)整盤，可用00號砂紙包在磨頭上，將氣缸壁拋光。

（5）氣缸表面應(yīng)光滑看不見磨痕。氣缸的圓柱度、圓度一般不大于0.015mm。

 

圖5  柴油機(jī)鏜缸示意圖

圖6  柴油機(jī)氣缸內(nèi)平面拋光機(jī)

總結(jié)：

      大都安裝有美國原裝康明斯柴油發(fā)電機(jī)的企業(yè)和用戶，屬于90年代早期康明斯產(chǎn)品。該批量柴油發(fā)電機(jī)零件多，特別是氣缸套部件，在運(yùn)行過程中會由于原材料材質(zhì)不良或運(yùn)行過程中由于參數(shù)變化，異常磨損等因素，使零部件提前失效，造成事故發(fā)生。為減少該類事故的發(fā)生，提醒用戶和維修人員應(yīng)當(dāng)正?？茖W(xué)運(yùn)行維護(hù)和檢修。

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