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柴油发动机气缸套磨损原因分析及预防

作者:管理员 来源:本站 发表时间:2015-6-14 15:18:42 查看:

缸套的磨损主要集中在轴向方向和径向方向。

1.气缸套正常磨损的规律
(1)轴向截面的磨损规律:沿着气缸套轴向方向,在活塞环的有效行程范围里呈上大下小趋势,即磨成一定的锥度。在第一道活塞环最上点略下处磨损最大,气缸活塞环接触不到的部位几乎没有磨损,于是形成了“缸肩”。而最后一道活塞环以下部位几乎没有磨损。

(2)径向截面的磨损规律:在平行于气缸圆周方向的横截面上,气缸磨损不均匀,磨损成不规则的椭圆形。一般是前后或左右方向磨损最大。

(3)在同一台发动机上,不同气缸磨损情况也不相同,一般水冷式发动机的第一缸前壁和最后一缸的后壁处磨损较严重。

2.气缸正常磨损的原因。
(1)气缸磨损成锥角的原因。

①摩擦力不等的影响:做功行程中,燃烧的高压气体通过活塞环间隙与活塞环与活塞之间的配合间隙,穿入活塞环背面,增大了活塞环对气缸壁的压力,活塞在上止点处,第一道活塞环对气缸壁的压力最大,可达2940kpa,第二道活塞环为735kpa,第三道活塞环为294kpa。随着活塞的下行,工作气压逐渐降低,活塞环对气缸壁的压力也随之下降,由于活塞环对气缸壁的正压力大,摩擦力也随之增大大,气缸摩擦损失增加,所以越靠近气缸上部磨损越严重。

②润滑条件不同的影响:活塞在它的工作行程中,不仅压力由大逐渐减小,而且温度也由上而下逐渐降低,活塞处在上止点时,燃烧室的高温使润滑油稀释而流失,并且上部高压气体的吹袭作用强,更促使稀释的润滑油被吹袭流掉,同时在燃烧气体作用下润滑油还有可能被烧掉。这就使气缸上部出现干摩擦,向下逐渐出现半干摩擦和液体摩擦。造成活塞环在上止点处气缸壁磨损剧烈,向下则逐渐减轻。

③腐蚀磨损的影响:气缸内可燃混合气燃烧后,产生的水蒸气和酸性氧化物(如二氧化碳,二氧化硫,二氧化氮),溶于水而生成矿物酸,在燃烧过程中还生成有机酸(如硫酸,碳酸等)这些酸性物质附在气缸表面,对气缸表面产生腐蚀作用,气缸表面经腐蚀后形成松散的组织,在摩擦中逐步被活塞环刮掉。而在气缸的上部不能完全被润滑油膜覆盖,其腐蚀作用更加严重。矿物酸的生成及其对磨损的影响与气缸工作温度有直接关系。冷却液温度低于80℃时,在气缸壁表面易形成水珠。酸性氧化物溶于水而生成酸,这种作用随发动机冷却液温度的降低而增加。

④多缸发动机各缸磨损不均匀,往往是冷却充分的气缸磨损更大,其主要原因是腐蚀磨损。一般水冷式发动机,第一缸前部和最后一缸后部冷却强度大,其磨损也较大,特别是长期在低温环境下工作时,对磨损的影响尤其剧烈。

综上所述,气缸上部磨损最严重,特别是第一道环相对气缸表面,工作条件最差,其磨损也最严重。

(2)气缸磨损成椭圆形的原因:在气缸横断面上即气缸的圆周方向上。磨损往往呈不规则的椭圆形,它与发动机的工作条件,结构等因素有关。

①做功行程时侧压力的影响。活塞在做功行程时,以很大侧压力压向气缸壁,这样就破坏了润滑油膜,增加了气缸的磨损。

②曲轴轴向应力的影响。曲轴不断前后移动,加上曲轴的弯曲变形,造成活塞和活塞环在汽缸套内部产生不规则的运动,使气缸磨损形成的椭圆的长轴在曲轴轴线方向上。

3.气缸套早期磨损的原因
(1)润滑油滤清器滤清效果差。若润滑油滤清器工作不正常,润滑油得不到有效的过滤,润滑油中的机械杂质和发动机自身的磨屑等,进入缸壁间造成磨料磨损。


(2)空气滤清器滤清效率低。空气滤清器的作用是清除进入气缸的空气中所含的尘土和沙粒,以减少气缸、活塞和活塞环等零件的磨损。实验表明,发动机若不装空气滤清器,气缸的磨损将增加6-8倍。空气滤清器长期得不到清洁保养,进气支管,胶管有破损,滤清效果差,将加速气缸套的磨损。


(3)长时间低温运转。长时间地低温运转,一是造成燃烧不良,积碳从气缸套上部开始蔓延,使气缸套上部产生严重的磨料磨损;二是引起电化学腐蚀。


(4)柴油发动机经常处于高负荷状态下运转。发动机温度一直处在95℃运转,润滑油变稀,气缸套与活塞环在高温润滑不良的条件下相对滑动,形成局部高温,发生熔融磨损,严重时会引起“拉缸”。


(5)长时间怠速运转。当发动机长时间怠速运转时,由于温度低,机油粘度大,流动性差,使机油泵供油不足。同时,原气缸壁上的机油在停车后沿气缸壁下流,因此在起动的瞬间得不到正常工作时那样良好的润滑,致使起动时气缸璧磨损大大增加。发动机机体温度过低,润滑效果差,燃烧,产生积碳多,加速了气缸的早期磨损。


(6)低温启动频繁。柴油中的含硫量过高,容易生成腐蚀性气体,造成腐蚀磨损,这种磨损多发生在气缸的上,中部,要比正常磨损大1-2倍。并且冷却液温度过低,会使最大磨损部位下移,气缸周围温度不均衡,使气缸断面的磨损不一样而使圆度误差加大,冷却液强度高的方向磨损大。


(7)润滑不好。不定期更换机油,所用的机油牌号不符合要求或机油太脏,变质,机油中有水等原因,使活塞与气缸之间润滑恶化。其磨损量比正常值大3-4倍。


(8)新的或大修后的发动机没有经过严格的磨合试运转就投入作业,造成气缸等零件的早期磨损。


(9)维修不当引起的磨损

①气缸套安装位置不当。在安装气缸套时,若存在安装误差,气缸中心线和曲轴轴线不垂直,会造成气缸套非正常磨损。

②连杆铜套孔偏斜。在修理中,铰削连杆小头铜套时,铰刀倾斜而造成连杆铜套孔偏斜,活塞销中心线与连杆小头中心线不平行,迫使活塞向气缸套的某一边倾斜,也会造成气缸套非正常磨损。

③连杆弯曲变形。由于飞车事故或其它原因,受撞击的连杆会产生弯曲变形,若不及时校正而继续使用,也会加速气缸套的磨损。

曲轴连杆轴颈和主轴颈不平行。发动机因烧瓦等原因,会使曲轴因受到剧烈的冲击而变形,若不及时校正而继续使用,同样会加速气缸套磨损。

4.减轻气缸套早期磨损的措施
(1)正确起动和起步发动机。初次起动时,应先使发动机空转几圈,待摩擦表面得到润滑后再起动。起动后应怠速运转升温,严禁使用大油门,待机油温度达到40℃时再起步;起步应坚持挂低速档,直到油温正常,方可转为正常作业。


(2)正确选用润滑油。要严格按季节和发动机性能要求选用最佳粘度值的润滑油,不可随意购用劣质润滑油。换油的同时也应清洁或更换机油滤清器。经常检查和保持润滑油的数量与质量。


(3)加强滤清器的保养。使空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器保持良好的工作状态,对减轻气缸套的磨损至关重要。加强对“三滤”的保养,是防止机械杂质进入气缸,减轻气缸磨损,延长发动机使用寿命的一项重要措施,在作业条件恶劣和多风沙地区尤为重要。


(4)保持发动机正常工作温度。发动机的正常工作温度应处在80-90℃。温度过低,不能保持良好的润滑,会增大气缸壁的磨损,气缸内的水蒸气易凝结成水珠,溶解废气中的酸性气体分子,生成酸性物质,使气缸璧受到腐蚀磨损。试验表明,当气缸璧温度由90℃降到50℃时,气缸磨损量为90℃时的4倍。温度过高,会使气缸强度降低而加剧磨损,甚至可能使活塞过度膨胀而造成“胀缸”事故。


(5)提高维修质量,严格按技术规范和标准实施作业。在使用过程中。及时发现问题及时予以排除,随时更换或维修损坏和变形的配件。安装气缸套时要严格按技术要求检验和装配。在保修换环作业中,要选用弹力适当的活塞环,弹力过小,使燃气窜入曲轴箱吹落气缸壁上的机油,增大气缸壁磨损;弹力过大,直接加剧气缸壁的磨损,或因气缸壁上的油膜遭到破坏而加剧其磨损。

结束语:气缸套是在润滑不良,高温,高压,交变载荷和腐蚀物质作用下工作的,一般情况下,粘着磨损和腐蚀磨损是气缸套的主要损坏形式。维修保养和使用不当是造成早期过度磨损主要原因,只有了解,掌握了气缸套的正常磨损和早期非正常磨损的规律,原因和预防措施。才能在设备使用过程中,全员参与,科学规范的使用和维修保养设备,才能不断提高发动机的使用寿命。提高设备的使用经济性。

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