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故障檢修與技術維護 |
氣缸套的磨損量計算、檢測方法及拆裝步驟 |
摘要：發動機氣缸套和活塞環是在高溫、高壓、交變載荷和腐蝕的情況下工作的一對摩擦副。長期在復雜多變的情況下工作，其結果是造成氣缸套磨損變形，影響了柴油發電機組的動力性、經濟性和使用壽命。認真分析氣缸套磨損變形的原因，對于提高柴油發電機組的使用經濟性有十分重要的意義。氣缸套的工作環境十分惡劣，造成磨損的原因也很多。通常由于構造原因允許有正常的磨損，但使用和維修不當，就會造成非正常磨損。針對柴油機氣缸套磨損對發電機組造成的危害，以及縮短發動機使用壽命，根據康明斯發電機廠家的經驗談談如何避免這類故障的危害。
一、氣缸套的技術要求
康明斯柴油發電機目前大多使用水冷卻方式，冷卻效果直接影響柴油發電機的工作狀況和壽命，目前。作為柴油發電機關鍵零件的氣缸套，承受高溫、高壓和高速摩擦，其工作狀況非常關鍵，目前應用廣泛的是與冷卻水直接接觸的濕式缸套。所有濕式缸套采用的是頂端設置定位凸臺壓緊方式進行固定,該壓緊方式缸套頭部凸臺在裝配過程中，容易在壓力過大情況下破碎，造成故障；同時，在尾部采用外圓定位，而缸套中部無支撐定位，受側向力后缸套易變形，柴油發電機排放和動力性能惡化，同時振動和噪聲變大，易產生穴蝕，造成早期失效。
1、干式氣缸套
康明斯B系列柴油發電機（4缸或6缸）采用無氣缸套式缸體，為了提高氣缸孔的耐磨性能及活塞與氣缸孔間的良好磨合，精加工后采用交叉小平頂珩磨工藝，在內壁形成網紋，有利于工作時存油，以及提高摩擦副的耐磨性能。當氣缸磨損后，可在機體上加裝薄壁干式氣缸套。
康明斯B系列柴油發電機鑲干式氣缸套時，必須先按規定尺寸鏜缸體底孔并留下止口，然后采取下述工藝壓裝。
（1）將氣缸套放入冰箱內冷卻到零下20℃，保持1h以上。
（2）氣缸套冷卻后將每個氣缸孔內表面涂loctite620膠（樂泰620膠），此膠具有抗高溫耐腐蝕并能有效保護缸體與缸套的過盈配合的特點。
（3）雙手戴好防護手套，將冷凍后的氣缸套（外徑減少0.05~0.07mm，氣缸體與氣缸套的過盈量為0.05~0.07mm）壓入氣缸孔。
（4）用專用工具輕輕敲打氣缸套，使氣缸套與氣缸體的下止口面充分接觸。
若不按上述工藝，而是按規定尺寸鏜好缸底底孔后直接把氣缸套壓入，會導致氣缸套不同程度的縮變，柴油發電機使用后不久會出現缸套竄動、冷卻不良等現象。
2、濕式氣缸套
康明斯C、N、K系列柴油發電機采用單體可拆卸合金鑄鐵制成的濕式氣缸套，缸套內表面有磷化物涂層，增強了儲油能力和抗磨能力。上徑向定位帶（稱為上支承定位帶）和氣缸套座孔之間的配合為過盈配合，過盈量為0.02~0.08mm。下徑向定位帶（稱為下支承密封帶）與氣缸體為間隙配合。氣缸套裝入座孔后，氣缸頂平面略高于氣缸體上端面，C系列柴油發電機的缸套凸出量為0.025~0.122mm，K19型柴油發電機的缸套凸出量為0.08~0.15mm，K50型柴油發電機的缸套凸出量為0.152~0.203mm。
（1）6CTA8.3系列柴油發電機氣缸套的下支承密封帶位于缸套的中部，一道密封環槽，僅靠一道橡膠圈實現密封。
（2）NTA855系列柴油發電機氣缸套下部共有三道密封圈，第一道縫隙密封圈擠壓在機體內孔斜面上。可減小缸套工作時擺動的幅度，避免缸套穴蝕，最下一道密封圈的材料為耐油耐熱性較好的有機硅，以防止機油滲入冷卻水中。缸套較短較厚，不易振動。
（3）KTA19系列柴油發電機氣缸套的下支承密封帶位于缸套的中下部，三道密封環槽，安裝三道密封圈實現密封。第一道密封圈為矩形圈，材質為腈橡膠密封環，裝入后，部分和冷卻水接觸，既能防止配合面生銹，便于拆裝，又能借其吸振，減輕穴蝕，表面呈藍色。中間一道為圓形圈，材質為乙烯丙烯合成橡膠密封環，抗熱性和耐壓縮性好，表面為黑色。底部一道也是圓形圈，材質為硅樹脂橡膠，耐油性好，表面為紅色。三道密封圈的相互位置在維修更換時不能裝錯。
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圖1 無氣缸套式機體 |
圖2 濕式缸套結構圖 |
二、氣缸套磨損測量
氣缸套是構成柴油機燃燒室空間和氣缸工作空間的重要部件。由于工作時柴油機要利用這些空間來完成每個循環的二次能量轉換，因此氣缸套的工作條件十分惡劣。
1、缸套檢查的目的
氣缸套內表面受到燃氣的高溫高壓、腐蝕作用和活塞組件相對運動的摩擦作用。由于缸套摩擦表面各部位的工作條件不同，這種摩擦引起的磨損也不同。一般缸套上部相應與活塞位于上止點時，第一道環所處的位置磨損最大。對于筒狀活塞式柴油機由于側推力的作用，使缸套橫向磨損大于縱向；二沖程柴油機氣口附近也因不同的換氣形式有各自的磨損特點。這說明，缸套使用一定時間后不僅內徑會增大，而且還會出現一定的圓度和圓柱度。當磨損過大，圓度、圓柱度超過一定范圍時，會產生明顯的漏氣、竄油、敲缸，使柴油機功率下降、耗油增大，工作可靠性變壞。因此，對缸套應進行定期的磨損測量。
缸套外表面與氣缸體內壁面組成冷卻水腔，以使用通過缸套把活塞組件及本身的熱量傳遞給冷卻水，使之工作在適當的溫度下。這就使得缸套外表面受到穴蝕和電化學腐蝕作用。它們引起缸套壁面變薄、應力集中，產生裂紋或穿孔。另外由于氣體脈動應力及熱應力造成機械疲勞與熱疲勞，或者安裝應力過大，也會使缸套產生裂紋。長期使用的缸套密封圈會因老化彈性而失效。因此，對缸套定期進行拉出檢查。
2、檢測步驟
（1）檢查百分表的靈敏性和準確性，確認完好。按缸套的名義直徑選擇合適的可換量頭。旋動可換量頭使兩量頭間的間距比缸套名義內徑大1~2mm擰緊滾花螺母緊固可換量頭。
（2）將百分表裝在表桿上，使百分表小指針有0.5mm左右的讀數。
（3）調整好外徑千分尺，擦凈外徑千分尺的兩測量面，并用隨尺提供的標準棒校準外徑千分尺。外徑千分尺微分筒“0”刻度應與固定套筒上的水平線重合以及微分筒邊緣與固定套筒上的“0”線右邊緣恰好相切，如果“0”位校對不對，要重新調整。
（4）將外徑千分尺兩測量面距離調至缸徑到額名義直徑，鎖住微分筒保持此距離。
（5）用內徑量表測量調好缸徑的外徑千分尺，轉動百分表盤，使大指針對“0”，注意在以后的測量中均不能轉動表盤，記下百分表小指針的讀數，再復查一下可換量頭是否緊固。
（6）清潔缸套內表面并確定沿氣缸套軸線方向的4個環帶測量位置：
① 活塞在上止點時第一道氣環對應的缸壁位置；
② 當活塞位于行程中點時，第一道活塞環對應的缸壁位置；
③ 當活塞位于行程中點時，未道刮油環對應的缸壁位置；
④ 活塞在下止點時最未道油環對應的缸壁位置。
每個環帶上測量兩個方向：平行于曲軸中心線方向X-X和垂直于曲軸中心線方向Y-Y，
（7）用右手握住內徑量表表桿，左手兩指將表的定心架壓在缸套壁面，可使量頭進入缸內，如圖3所示。
（8）將定心架放在要測量的部位，右手握住表桿前后稍做擺動，這樣，可換量頭沿缸套母線稍做上下移動，觀察表桿擺動時表面大指針的偏轉使表桿向表針轉動的減值方向擺動，到表針剛要反轉時，表桿立即停止擺動，此時，百分表的讀數為該處內徑的相應尺寸。將百分表的讀數記下。將內徑量表分別移到其它要測量的部位，按上方法可測得各處內徑的相應尺寸，如圖4所示。
3、缸套磨損值計算方法
（1）磨損量計算：
缸套實測缸徑與其名義直徑的差值的一半，即為累計磨損量，這樣可得到一組磨損量，選取其中最大的一個作為本缸套的累計磨損量，如果將最大磨損量比上運行小時數即可得出磨損率。通常缸套的磨損量用缸徑最大增值來表示，即實測缸套最大值與名義直徑的差值。
（2）圓度：
同一測量環帶上X-X和Y-Y方向上測量尺寸之差的一半。取四個環帶中最大差值的一半為最大圓柱度。
（3）圓柱度：
沿X-X或Y-Y方向各測量尺寸的差值的一半，取其中的最大差值的一半為最大圓柱度。
4、注意事項
（1）測量值讀數要根據大指針離開“0”位的格數和指針偏轉方向來決定。百分表大指針每偏轉1格為0.01mm，偏差的正負可在測量前用手按動量頭觀察大指針的轉動方向來確定：用手按動量頭，諾大指針順時針轉，則當表桿在缸內擺動時，指針按反時針方向偏轉，距“0”的偏轉格數為缸徑比公稱值的最大量，即實際測量尺寸為正偏差，反之，指針按順時針方向偏轉，距“0”的偏轉格數為缸徑比公稱值的減小量，為負偏差，注意不可搞反。
（2）也可使裝配好內徑量表進入缸套上部調“0”作為該缸磨損量測量依據。將缸套上部未磨損部位去除積碳，擦干凈，內徑量表在該部位如上述測量缸套方法一樣略作擺動，當大指針向減值方向偏轉至剛要反轉時，停止擺動，將表面轉動，使表針對“0”。再將可換量頭緊固后，以用它作為比較標準，去測量規定部位的尺寸，可讀得相對磨損量。
（3）在觀察表的讀數時，視線應與表盤相垂直。因為指針與表盤之間有一段距離，視線歪斜時，會造成讀數誤差。
（4）內徑量表使用完畢后，應從表桿上卸下百分表、可換量頭、螺母等，擦干凈后置于產品盒內，妥協保存，防止隨意碰撞而損壞。
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圖3 柴油機氣缸套內徑測量方法 |
圖4 柴油機氣缸測量內部位置 |
三、氣缸套拆卸步驟
1、拆卸前的準備工作
準備好起重設備和專用工具，并檢查確認其技術狀態的完好性。在曲柄銷上部遮上帆布以免雜物污染油底殼，清潔缸套頂部，確認定位標記。
2、安裝好拆卸專用工具
（1）在缸體上端面放上墊鉄，將壓板跨越缸套直徑放在墊鉄上。
（2）從壓板中孔穿入拉桿螺栓，從裝有缸套下部的托板中孔穿出擰上螺母，將缸套夾緊在壓板和托板之間。
3、拉出缸套
（1）擰入拉桿螺栓上部的螺母將缸套逐漸拉出，待缸套下部密封膠圈越過配合面后缸套即處于自由狀態。
（2）繼續擰入拉桿螺栓上部的螺母使缸套夾緊在托板和壓板之間。
（3）調整吊鉤使其位于氣缸軸線的延長線上，掛于鎖具將缸套吊出放于墊木上。
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圖5 柴油機氣缸套拆卸工具結構圖 |
圖6 柴油機缸套拆卸步驟示意圖 |
4、拆卸注意事項
（1）拆卸前應注意定位標記，若無標記可在合適的地方做上記號。放置墊鉄應注意勿壓住缸套。
（2）起吊操作人員應服從指揮，操作不宜過快過猛，并注意吊運安全。
5、密封件或密封面的處理
（1）清潔缸套與缸體上密封面，對采用紫銅墊片密封時，應將密封件退火恢復塑性；對采用鋁墊片密封時，應換新密封件；對采用金屬平面密封時，應用色油法檢驗缸套與缸體結合面的貼合狀況，若貼合不良則應進行刮削研磨至貼合符合要求。
（2）清潔缸套與缸體下密封面并消除銹跡及毛刺，必要時應測量它們之間的配合間隙。
（3）用積碳清除劑，將柴油發動機缸套上部的積碳清除，如圖7所示。
（4）對缸套密封橡膠圈進行外觀檢驗，拉伸法彈性試驗和自由長度測量。
6、裝配步驟
裝配步驟是拆卸的反順序，但應注意以下幾點：
（1）密封橡膠圈的安裝：組合外觀如圖8所示。將橡膠圈稍稍拉長裝入缸套橡膠圈槽內，用手指沿圓周方向將橡膠圈理順，然后再用深度游標卡尺測量橡膠圈高出缸套外園表面的高度，一般應為1~1.5mm。
（2）應注意金屬密封墊片裝配正確，若需要涂密封膠時應涂上密封膠，在橡膠圈處涂潤滑劑以利缸套落位。
（3）應注意缸套的裝配標記。
（4）缸套裝配落位后，應用內徑量表測量缸套密封橡膠圈處的內徑變形情況，一般縮小不得超過0.03mm。
（5）缸套裝配落位后，應進行水壓試驗，檢查其密封性。
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圖7 清除氣缸套上部的積碳步驟 |
圖8 氣缸套及密封件外觀示意圖 |
總結：
為了檢查缸套是否有缺陷，對缸套應進行定期檢查，以便保持柴油機正常的運行狀態。為此本項目包括缸套拆卸和裝配；缸套磨損測量及圓柱度、圓度的計算；缸套密封件的預處理和安裝。
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