分析DF4內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)氣缸套的損傷及對(duì)策

黃鵬

（廣州鐵路集團(tuán)公司調(diào)度所，廣東 廣州 510010）

1 現(xiàn)狀

株洲機(jī)務(wù)段配屬的DF4內(nèi)燃機(jī)車(chē)主要擔(dān)負(fù)石長(zhǎng)線(xiàn)、洛湛線(xiàn)貨物列車(chē)的牽引任務(wù)，以及株洲北~岳陽(yáng)北、株洲北~衡陽(yáng)北、衡陽(yáng)北~郴州北間區(qū)段及摘掛列車(chē)的牽引任務(wù)。以往使用情況還是比較正常的。但近期先后有六臺(tái)機(jī)車(chē)在架修后的兩個(gè)定檢期內(nèi)發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)缸套拉傷的情況，例如DF4-3421機(jī)車(chē)第三、八缸、DF4-3548機(jī)車(chē)第二、五、十缸拉傷，六臺(tái)機(jī)車(chē)共有十多個(gè)缸損傷。損傷的主要特征是缸套內(nèi)壁活塞運(yùn)動(dòng)上止點(diǎn)區(qū)域出現(xiàn)擦傷和拉傷，損傷較為集中，面積超過(guò)25cm2,中間有熔融狀。這是一種極不正常的損傷，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，輕則拉傷氣缸套和活塞；重則造成氣缸套和活塞破損，使燃?xì)飧Z入曲軸箱，嚴(yán)重時(shí)將造成差示壓力計(jì)動(dòng)作或曲軸箱爆炸。因此，研究延長(zhǎng)缸套的使用壽命的方法，對(duì)于提高機(jī)車(chē)工作的可靠性，提高機(jī)車(chē)的利用率，確保行車(chē)安全和運(yùn)輸暢通，節(jié)省勞力和材料等方面都具有重要意義。

2 氣缸套的磨損

活塞組在氣缸套內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由于潤(rùn)滑不充分，工作溫度高，潤(rùn)滑油膜不易保持，所以氣缸套的磨損比起其它摩擦副來(lái)就顯得嚴(yán)重得多，氣缸磨損的主要原因有摩擦磨損、磨料磨損、腐蝕磨損。這三種磨損一般是同時(shí)存在，而且相互影響。例如磨損后或缺油的表面容易被腐蝕，腐蝕和磨損的產(chǎn)物又是磨料的來(lái)源。造成腐蝕磨損的酸份會(huì)降低機(jī)油的性能，燃?xì)夂湍Y(jié)的水珠會(huì)沖刷油膜，這都會(huì)促進(jìn)熔著磨損。而當(dāng)油膜厚度減小時(shí)，小直徑的磨粒都可以造成磨損等。

為了檢查氣缸套的磨損情況，在檢修時(shí)，必須在一定部位進(jìn)行內(nèi)徑測(cè)量。通常當(dāng)磨損超過(guò)氣缸套內(nèi)徑的0.4~0.8%時(shí)，燃燒室就會(huì)失去密封，大量高溫高壓燃?xì)饴┏?。這不但造成柴油機(jī)功率下降，而且也破壞了氣缸的散熱，并使機(jī)油在缸套和活塞的壁面積碳，引起柴油機(jī)過(guò)熱，活塞環(huán)喪失彈性以及零件加速磨損等一系列故障，這就必須修理或更換。根據(jù)氣缸套內(nèi)徑的磨損情況，可以畫(huà)出氣缸套磨耗曲線(xiàn)圖，以便分析磨損原因，掌握磨損規(guī)律。圖（1）為四沖程柴油機(jī)氣缸套的基本磨損圖。

圖中（a）為氣缸套正常磨損情況?？梢?jiàn)活塞在上止點(diǎn)處第一道氣環(huán)附近的地方磨損最大，在下止點(diǎn)第一道氣環(huán)附近次之，氣缸套中部磨損較小。因?yàn)樵谏现裹c(diǎn)處，活塞環(huán)對(duì)氣缸壁的壓力最大，而且氣缸套這一部分溫度高，加上活塞運(yùn)動(dòng)速度下降到零。這樣靠運(yùn)動(dòng)速度建立起來(lái)的潤(rùn)滑油膜的承載能力迅速降低，或者是形不成油膜，潤(rùn)滑條件差，所以磨損較大。而氣缸套中部，活塞速度最高，油膜狀態(tài)良好而豐富，氣缸壁不受?chē)?yán)重磨損與腐蝕，因而磨損較小。而活塞在下止點(diǎn)處，活塞速度又近于零，不易形成油膜，但下部溫度和壓力都較上部低，所以磨損較上部小而又比中部大。這說(shuō)明潤(rùn)滑油膜對(duì)磨損的影響是非常關(guān)鍵的。

圖中其余情況都是不正常磨損情況，磨損量比較大。（b）為磨料磨損的情形，主要由于吸入空氣中塵土較多或嚴(yán)重積碳造成的;(c)為機(jī)油污染其中含有大量硬質(zhì)顆粒所造成的磨料磨損情形;（d）是在上止點(diǎn)發(fā)生熔著磨損情形;(e)是上止點(diǎn)附近受到腐蝕磨損，而腐蝕生成物又在氣缸套中部造成磨料磨損的情況;(f)也是腐蝕磨損，但主要是冷卻水溫過(guò)低，使磨損最高值移向下部。

株洲段發(fā)現(xiàn)十多個(gè)缸套有較為嚴(yán)重的損傷，以DF4－3421機(jī)車(chē)第八缸為例:該缸套與曲軸垂直的平面附近，在活塞上止點(diǎn)位置的區(qū)域出現(xiàn)寬度約有35mm的擦傷范圍，間中有四條深度0.2mm的劃痕（拉傷），長(zhǎng)度在120mm左右，靠上止點(diǎn)拉傷深度較大些，這種損傷程度已大大超過(guò)了工藝允許限度的25cm2擦傷總面積的要求，再發(fā)展下去的話(huà)，將會(huì)造成抱缸，甚至有爆炸的危險(xiǎn)。

造成這樣的損傷的原因是什么呢？一般來(lái)說(shuō)，造成缸套非正常磨損的原因主要有：潤(rùn)滑不良，進(jìn)入空氣臟污、冷卻不良，不正常燃燒以及缸套本身缺陷等。為查找真正原因，（1）首先，對(duì)該機(jī)車(chē)取油水樣化驗(yàn)，結(jié)果其機(jī)械雜質(zhì)含量、粘度、水分等幾項(xiàng)指標(biāo)均正常；（2）缸套的初期磨合工作嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行；（3）乘務(wù)員的操縱方法正確；（4）檢修對(duì)缸套的安裝與調(diào)整遵守有關(guān)工藝規(guī)定。

接著，我們?cè)噲D從缸套本身的缺陷來(lái)查找原因。經(jīng)對(duì)換下的缸套的金相組織分析，發(fā)現(xiàn)缸套內(nèi)表面硬度達(dá)不到設(shè)計(jì)中的要求，表面處理磷化、珩磨的質(zhì)量也不過(guò)關(guān)。由于缸套表面處理質(zhì)量不過(guò)關(guān)，造成磨擦表面潤(rùn)滑不良，缸套的磨損速度較快，加上該缸套的耐磨性能不過(guò)關(guān)，加劇其磨損速度，使缸套的壽命大大降低了。針對(duì)該批缸套存在的質(zhì)量問(wèn)題，我們利用定檢時(shí)機(jī)徹底對(duì)六臺(tái)機(jī)車(chē)的缸套質(zhì)量作了重點(diǎn)檢查，更換了質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的缸套，并督促承修單位嚴(yán)把缸套進(jìn)料的質(zhì)量關(guān)，保證修車(chē)質(zhì)量。

3 提高氣缸套耐磨性的措施

經(jīng)上述介紹，可知影響氣缸套磨損的因素是多方面的，十分復(fù)雜，除了氣缸套本身的問(wèn)題外，還涉及到活塞組的設(shè)計(jì)，空氣、滑油的濾清，燃燒過(guò)程，制造工藝及使用條件等。一般可采用如下措施：

在柴油機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)前，必須對(duì)缸套進(jìn)行充分的磨合，氣缸套未經(jīng)磨合或在磨合初期，缸套內(nèi)表面比較粗糙，油膜不易形成，常處在臨界磨擦或干磨擦狀態(tài)，往往會(huì)造成缸套和活塞表面的損傷，因此，必須在磨合階段使磨擦表面達(dá)到良好的貼合，形成油膜，改善潤(rùn)滑條件，避免拉缸。缸套的磨損量隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的變化關(guān)系如圖（2）所示。

圖（2）中，Oa段表示新機(jī)磨合階段，ab段表示正常磨損階段，b點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入急劇磨損階段。

柴油機(jī)在啟機(jī)時(shí)機(jī)油和水的溫度須在20°C以上，加載時(shí)油水溫度應(yīng)達(dá)到40°C以上，以減少氣缸內(nèi)酸性物質(zhì)的形成和腐蝕磨損，提高機(jī)械效率，改善氣缸內(nèi)發(fā)火燃燒條件，減小受熱機(jī)件的溫度梯度等?；疖?chē)司機(jī)在操縱機(jī)車(chē)時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷波動(dòng)應(yīng)盡量減少，檔位穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)相對(duì)長(zhǎng)一些。柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意控制缸壁的溫度，也就是控制冷卻水的溫度在78°~85°C為宜，盡可能避免低溫運(yùn)轉(zhuǎn)。中檢時(shí)要加強(qiáng)對(duì)燃油粗濾器、精濾器的清洗，及時(shí)更換棉芯。

在安裝前，認(rèn)真檢驗(yàn)缸套的質(zhì)量，重點(diǎn)檢查其同心度，表面硬度、表面粗糙度是否符合有關(guān)規(guī)定。改進(jìn)相關(guān)部件，比如選擇適當(dāng)?shù)幕钊h(huán)材料及其壓力分布，選擇適當(dāng)?shù)幕钊h(huán)與氣缸套的硬度配合。最主要的是在制造過(guò)程中，采用先進(jìn)的工藝，提高缸套的本身的質(zhì)量。選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，改進(jìn)缸套材料是提高氣缸套耐磨性的一個(gè)重要措施如改進(jìn)石墨的形狀和分布，改進(jìn)金相基本組織，添加合金元素等。

缸套內(nèi)表面采用表面處理工藝，氣缸套內(nèi)表面處理是其強(qiáng)化的重要措施，經(jīng)常采用的方法有：多孔性鍍鉻、磷化、表面淬硬、軟氮化，現(xiàn)在已經(jīng)引進(jìn)了激光表面處理工藝。激光熱處理的優(yōu)點(diǎn)是：（a）能量傳遞方便。可以對(duì)被處理件各表面有選擇地進(jìn)行局部強(qiáng)化;(b)熱影響區(qū)線(xiàn)，零件強(qiáng)化處理后的變形小，表面又比較光潔 ，可不經(jīng)加工或稍許研磨后，即可使用;(c)可自冷淬火，不用淬火介質(zhì)，避免環(huán)境污染。

提高工作表面精度，一般要求缸套的橢圓度和錐度不能超過(guò)0.025~0.035mm,否則缸套與活塞環(huán)的配合面接觸不良，活塞環(huán)的密封性能降低引起燃?xì)庑孤廴緳C(jī)油，加劇磨損。