柴油機(jī)活塞部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)狀態(tài)檢修

劉明麗

(通榆縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，吉林 通榆 134100)

0 引言

活塞是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件之一，是燃燒室的組成部分。活塞工作時(shí)承受著很大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，同時(shí)還承受著摩擦力，因此，活塞是易損件[1]?；钊某Ｒ?jiàn)損傷有燒蝕、磨損、拉傷和裂紋等?；钊麅r(jià)格比較便宜，在農(nóng)機(jī)維修中一般不對(duì)活塞進(jìn)行修理，而是直接更換。但是作為農(nóng)機(jī)維修推廣人員，需要了解認(rèn)識(shí)柴油機(jī)這個(gè)重要的部件，了解他的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，知道活塞發(fā)生損傷的原因，掌握檢測(cè)方法，以確定活塞是否需要更換。

1 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

柴油機(jī)活塞在高溫高壓燃?xì)庾饔孟?，在汽缸?nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)。根據(jù)對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析，活塞是處于十分惡劣的條件下工作，因此活塞具有以下特點(diǎn)：1)有足夠的剛度和強(qiáng)度，耐熱性好，能承受燃?xì)鈮毫屯鶑?fù)慣性力的多變負(fù)荷。2)裝上活塞環(huán)后應(yīng)具有良好的密封性，防止氣體和潤(rùn)滑油的竄漏。3)導(dǎo)熱性能好，能迅速而有效地將熱量傳導(dǎo)給汽缸套和冷卻水。4)有良好的耐磨性和潤(rùn)滑性，結(jié)構(gòu)重量輕，往復(fù)慣性力小?；钊目傮w結(jié)構(gòu)可分為四部分，即頂部、環(huán)槽部、裙部和活塞銷座。

1.1 活塞頂部

活塞環(huán)帶以上的部分稱活塞頂部，它是構(gòu)成燃燒室的一部分，所以活塞頂部的形狀與汽缸內(nèi)混合氣形成、燃燒特點(diǎn)、噴油器和氣門(mén)位置等因素都有關(guān)系。采用直接噴射燃燒式的高速柴油機(jī)，由于混合氣形成和燃燒過(guò)程的特殊性，要求在活塞頂部設(shè)置一定深度的凹坑，如立式195型柴油機(jī)活塞頂部采用球型凹坑。不采用直接噴射的高速柴油機(jī)，也有采用平頂，但大部分都制有不同形狀和不同深度的凹坑，以改善混合氣的形成和燃燒，活塞頂部的厚度主要從活塞向外傳熱的條件和剛度來(lái)考慮，一般在高速柴油機(jī)中頂部厚度是從中央到四周逐漸加大，活塞頂背面與活塞環(huán)槽部用圓弧形過(guò)渡，并設(shè)有加強(qiáng)筋，以提高活塞的強(qiáng)度和剛度，增大頂部的散熱面積。

195型柴油機(jī)的活塞頂部鑄成深為1.7～1.8 mm的雙渦流或鏟擊形的渦流凹坑，與汽缸蓋上的渦流室、缸壁配合構(gòu)成渦流室形式的燃燒室。安裝時(shí)凹坑要朝向缸蓋有渦流室的一側(cè)(即靠近噴油器)，以便引導(dǎo)氣流形成第二次渦流，改善混合氣的混合與燃燒。

1.2 活塞環(huán)槽部

活塞環(huán)槽部是用于安裝活塞環(huán)，以防止燃?xì)庥扇紵彝ㄟ^(guò)活塞與汽缸壁之間的間隙下漏，并起傳熱作用。

環(huán)槽的數(shù)目一般為4～5道，上面的2～3道環(huán)槽裝置氣環(huán)，柴油機(jī)為了保證可靠啟動(dòng)常用三道氣環(huán)，最下面的一道環(huán)槽裝置油環(huán)。油環(huán)槽的底面上鉆有許多徑向小孔，以使活塞下行時(shí)被油環(huán)從汽缸壁上刮下的多余潤(rùn)滑油，能經(jīng)過(guò)這些小孔流回油底殼。有的柴油機(jī)有兩個(gè)油環(huán)槽，分別置于活塞銷座的上、下兩邊。

由于鋁活塞膨脹系數(shù)大，環(huán)槽部金屬較多，越靠近活塞頂部溫度越高、熱膨脹量越大。為了避免因受熱膨脹而卡死在汽缸內(nèi)，把活塞環(huán)槽部直徑制成上小下大呈階梯狀，也有的制成一定的錐度。

1.3 活塞裙部

活塞裙部是油環(huán)槽下端面以下的活塞部分，在活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)中起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。其結(jié)構(gòu)形狀為一薄壁圓筒，筒的長(zhǎng)度取決于最大側(cè)壓力的大小。

活塞裙部除了起很好的導(dǎo)向作用，使活塞工作平順耐久外，還必須保持裙部與汽缸間有盡可能小的最佳恒定間隙，稱汽缸間隙。有了間隙可以使?jié)櫥驮诨钊c缸壁間形成一層油膜，以減小摩擦和磨損；又能保證氣密性，使活塞正常工作。

1.4 活塞銷座孔

活塞銷座位于活塞裙部的上部，用以安裝活塞銷，在與活塞環(huán)槽部連接處有加強(qiáng)筋。活塞銷座孔按一級(jí)精度加工，表面光潔，并分組與活塞銷選配。

一般發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的銷座軸線與活塞中心線垂直相交，當(dāng)活塞在上止點(diǎn)改變運(yùn)動(dòng)方向的瞬間，活塞由一側(cè)汽缸壁平移到另一側(cè)，造成活塞對(duì)缸壁的拍擊發(fā)出噪聲，并會(huì)縮短活塞的壽命，因而有的發(fā)動(dòng)機(jī)將活塞銷座軸線向側(cè)壓力大的一面偏移1～2 mm，使活塞在上止點(diǎn)換向時(shí)分兩步過(guò)渡，過(guò)渡時(shí)刻先于達(dá)到最高燃燒壓力前，從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的平順性。

2 活塞常見(jiàn)損傷檢修

2.1 活塞燒蝕

活塞燒蝕呈現(xiàn)在活塞頂部，輕者有疏松狀麻坑，重者有局部燒熔現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生活塞脫頂，造成活塞頭部與裙部分離。

活塞燒蝕的主要原因：1)噴油器滲漏、滴油或供油時(shí)間不正確，空氣供給不充分，會(huì)導(dǎo)致活塞頂部凹坑周邊燒蝕。2)活塞與缸套間隙太小，因干摩擦發(fā)熱而裙部燒蝕。3)活塞環(huán)開(kāi)口間隙過(guò)小，柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、冷卻不良、缺水易使活塞頭部受熱膨脹卡死而燒蝕。

檢測(cè)方法：可觀察到明顯的燒蝕痕跡。

檢修建議：對(duì)燒蝕的活塞一般應(yīng)作報(bào)廢處理。

2.2 活塞裙部磨損

活塞裙部磨損后，汽缸與活塞的間隙增大，造成漏氣，壓縮力不足。磨損嚴(yán)重時(shí)發(fā)出敲缸聲，冷車或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)尤為明顯。

活塞裙部發(fā)生磨損的主要原因：1)柴油機(jī)工作時(shí)，活塞裙部受側(cè)壓力與缸套摩擦而自然磨損。2)柴油機(jī)工作時(shí)冷卻系統(tǒng)工作不良，造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，使?jié)櫥褪А?)發(fā)動(dòng)機(jī)“三濾”工作不良，使進(jìn)入汽缸的空氣、柴油、機(jī)油不凈，含雜質(zhì)過(guò)多加速活塞裙部磨損。4)活塞與缸套裝配間隙過(guò)大或過(guò)小，造成活塞裙部推力面的嚴(yán)重磨損。5)因連桿彎曲使活塞呈過(guò)度的單面磨損。

檢測(cè)方法：用外徑千分尺測(cè)量，由于活塞銷在裙部所處的位置不同，則裙部的磨損情況也不一樣。當(dāng)活塞銷處于裙部中間，則裙部磨損較為均勻，只需測(cè)量活塞銷上、下兩個(gè)位置。因活塞受側(cè)壓力的影響，在側(cè)壓力方向的磨損大于柴油機(jī)的前后方向，所以測(cè)量時(shí)可只測(cè)量側(cè)壓力方向的兩個(gè)尺寸。對(duì)于活塞銷處于裙部靠上的或大一些的活塞，一般測(cè)量三個(gè)部位。

檢修建議：當(dāng)活塞裙部磨損過(guò)大，即與汽缸套配合間隙過(guò)大時(shí)，鋁活塞換新，鑄鐵和鑄鋼活塞目前有采用噴鍍工藝恢復(fù)到原始尺寸的修理方法。在實(shí)際維修中，柴油機(jī)的汽缸套與活塞的更換要權(quán)衡考慮，一般是更換汽缸套而不更換活塞，而汽缸套采取加大修理時(shí)，活塞必須按同級(jí)修理尺寸進(jìn)行選配。在更換活塞進(jìn)行選配時(shí)，還應(yīng)檢查與汽缸套的配合間隙是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。同一臺(tái)柴油機(jī)應(yīng)選用同廠生產(chǎn)的同型號(hào)和同組別的活塞。按活塞裙部直徑分組，一般同組內(nèi)各活塞之間相差不大于0.02 mm，以保證同臺(tái)柴油機(jī)的活塞材料性能、質(zhì)量、尺寸等一致。同組活塞的質(zhì)量輕重差不得超過(guò)規(guī)定值，若超過(guò)規(guī)定值，可在活塞裙部?jī)?nèi)表面車去少許材料。

2.3 活塞環(huán)槽磨損

活塞環(huán)槽磨損后，邊間隙增大，產(chǎn)生竄油和漏氣等現(xiàn)象，排氣冒“藍(lán)煙”[2]。

活塞環(huán)槽發(fā)生磨損的主要原因：1)隨著活塞的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞環(huán)在環(huán)槽中一直拍擊著活塞。尤其是壓縮行程和做功行程中，活塞環(huán)由于受到壓力作用，對(duì)活塞環(huán)槽產(chǎn)生較大的沖擊力，并緊壓在環(huán)槽下沿，使環(huán)槽磨損成外大內(nèi)小的梯形，并且環(huán)槽下沿的磨損比上沿大。2)工作中燃?xì)猱a(chǎn)生的碳粒在環(huán)與環(huán)槽端面之間形成磨粒加速環(huán)槽表面的磨損。3)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，潤(rùn)滑不良，環(huán)與環(huán)槽表面間的油膜破壞時(shí)，則環(huán)槽磨損更加嚴(yán)重。

檢測(cè)方法：用放大鏡觀察環(huán)槽是否磨損成梯形；或用新的標(biāo)準(zhǔn)活塞環(huán)或樣板放入環(huán)槽測(cè)量相隔120°的三個(gè)位置處的邊間隙。

檢修建議：1)確定環(huán)槽磨損，可將環(huán)槽平面光車，配一加大相應(yīng)尺寸的活塞環(huán)。但是，槽背減薄量不應(yīng)超過(guò)原來(lái)厚度的20%～30%，同時(shí)要求在一個(gè)活塞上不允許有兩個(gè)以上不同尺寸的活塞環(huán)。2)鑲環(huán)修理，光車環(huán)槽后，在槽內(nèi)鑲?cè)胍粔|環(huán)將其焊在槽內(nèi)。如此形成新的環(huán)槽，使之達(dá)到要求的環(huán)槽高度。鑲環(huán)法一般用來(lái)修理鑄鋼的活塞，對(duì)鋁活塞和較小直徑的活塞，當(dāng)活塞環(huán)槽磨損嚴(yán)重時(shí)，一般不作修理，而是更換新活塞。

2.4 活塞銷座孔磨損

當(dāng)發(fā)生活塞銷座孔磨損時(shí)，孔與銷之間間隙較大，沖擊磨損嚴(yán)重，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出異常響聲，低速和改變轉(zhuǎn)速時(shí)更為明顯。

活塞銷座孔發(fā)生磨損的主要原因：裝配時(shí)未加熱活塞，強(qiáng)行敲入，使銷孔擦傷。

檢測(cè)方法：1)活塞銷座孔的外觀檢查。檢視活塞銷座孔內(nèi)表面有無(wú)嚴(yán)重的損傷或變形。必要時(shí)應(yīng)更換活塞。2)活塞銷座孔直徑的測(cè)量。使用內(nèi)徑百分表測(cè)量活塞銷座孔的直徑?；钊N座孔是否合格要視其與活塞銷配合間隙的大小而定。

檢修建議：當(dāng)活塞銷座孔磨損后，圓度和圓柱度以及與活塞銷的配合間隙大于允許值時(shí)，應(yīng)將座孔鏜削或鉸削到修理尺寸，配用加大的活塞銷。然后把新的活塞銷與銷孔進(jìn)行配合修刮，以保證間隙和接觸面積。對(duì)于銷孔裝有銅套的活塞，可采用重新壓入銅套，而后修配的辦法。在活塞銷座孔修理過(guò)程中，應(yīng)保證活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線相互垂直。用百分表在平臺(tái)上檢查時(shí)，先將樣軸塞進(jìn)銷孔內(nèi)，再把活塞頂?shù)怪糜谄脚_(tái)上，然后用百分表檢查樣軸兩邊的高度，再計(jì)算出活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線的垂直度。

一般小型柴油機(jī)的活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線垂直度公差為0.035 mm，有時(shí)也可以用檢查銷孔軸線與活塞裙部表面的垂直度來(lái)代替。

活塞銷座孔鉸削的方法步驟及注意事項(xiàng)：1)選擇鉸刀。根據(jù)活塞銷座孔的實(shí)際尺寸，選擇合適的鉸刀，并將鉸刀夾在臺(tái)虎鉗上，使其與鉗口平面保持垂直。2)確定鉸削量。用內(nèi)、外徑千分尺等準(zhǔn)確地測(cè)量出活塞銷座孔和活塞銷的尺寸，并計(jì)算出鉸削量。3)調(diào)整鉸刀。第一刀只能是試驗(yàn)性的微量鉸削，應(yīng)邊調(diào)整鉸刀邊用銷孔試，當(dāng)調(diào)整到刀片上端露出上銷孔3～5 mm，刀片稍有吃刀量，并且吃刀的刀片不少于3片時(shí)，即可進(jìn)行鉸削。但在鉸削過(guò)程中應(yīng)注意每次各刀的調(diào)整量不宜過(guò)大，一般是旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母60°～90°為宜，鋁活塞約鉸0.02～0.04 mm。當(dāng)需要減小鉸削量時(shí)，可旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母30°～60°。在調(diào)整鉸刀旋緊固定螺母時(shí)，不要過(guò)緊，以免螺母破裂。4)鉸削。將活塞銷座孔套在調(diào)整好的餃刀上，兩手握住活塞，并按順時(shí)針?lè)较蜉p壓旋轉(zhuǎn)鉸削，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)用力要均勻，注意要使活塞保持平直，不要抖動(dòng)，有時(shí)感到某個(gè)位置很緊時(shí)，可將活塞稍倒轉(zhuǎn)一下，然后繼續(xù)順向鉸削。當(dāng)鉸到刀片下方接近銷座孔時(shí)，應(yīng)慢慢下壓活塞使活塞從鉸刀下方脫出，以免鉸偏和刮傷。為使兩銷孔保持同心，防止出現(xiàn)圓錐形，每調(diào)一次鉸刀，除兩銷孔一次鉸出外，還要從兩個(gè)方向各鉸一次。5)試配。鉸削過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)用活塞銷試配。防止鉸大，鉸削完成后不但應(yīng)保證銷孔和銷的配合，而且接觸面積應(yīng)不小于75%，若檢查面過(guò)小時(shí)，可用刮刀修刮。6)對(duì)鉸削后的活塞銷座孔，應(yīng)檢查擋圈槽的深度。擋圈如果是鋼絲的，槽的深度應(yīng)為鋼絲直徑的2/3～4/5；若擋圈是鋼片的，槽的深度應(yīng)為0.6～0.7 mm，否則應(yīng)將擋圈車深或刮深，以防在工作中擋圈脫出劃傷汽缸。兩端擋圈與活塞銷端面的距離應(yīng)不小于0.1 mm。沒(méi)有此距離，活塞銷膨脹后會(huì)使活塞的變形加大，甚至頂出擋圈，造成“拉缸”事故。距離過(guò)小或沒(méi)有時(shí)，可將活塞銷適當(dāng)磨短。

2.5 活塞拉傷劃痕

活塞拉傷后，高壓氣體泄漏竄入曲軸箱，柴油機(jī)壓縮力不足。

活塞拉傷主要原因：1)空氣不凈，柴油、機(jī)油不凈含有較多的雜質(zhì)，進(jìn)入汽缸成為磨料使活塞拉傷。2)冷卻不良，潤(rùn)滑不良，供油時(shí)間太早，柴油機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，使摩擦零件加熱到熔點(diǎn)而造成粘附性擦傷。3)與缸套的間隙太小，不易形成油膜，發(fā)生干摩擦而擦傷。

檢測(cè)方法：用肉眼或放大鏡能明顯地觀察到多條垂直劃痕。

檢修建議：對(duì)于活塞頭部拉傷不是很嚴(yán)重時(shí)，可用油石或砂布磨平。對(duì)拉傷、劃痕嚴(yán)重的應(yīng)更換新活塞。

2.6 活塞裂紋

通常在活塞頂凹坑和活塞銷座孔上方處出現(xiàn)小的頭發(fā)絲狀裂紋。

活塞裂紋產(chǎn)生的主要原因：1)在機(jī)溫尚冷時(shí)迅速加負(fù)荷作業(yè)。2)柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷或冷卻不良，在過(guò)熱狀態(tài)下工作。3)在機(jī)溫很高的情況下，突然沖加冷卻水。4)供油太早，噴油壓力太高，噴油器工作不良。5)安裝時(shí)，加熱活塞后不妥當(dāng)?shù)胤旁谒小?/p>

檢測(cè)方法：1)用肉眼或借助放大鏡觀察。2)將活塞在煤油中浸泡1 h，取出后擦干，在可疑處撒一層白粉，輕擊周圍，如有裂紋會(huì)顯示黑色線條。

檢修建議：對(duì)裂紋的活塞一般應(yīng)作報(bào)廢處理。