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故障檢修與技術(shù)維護 |
活塞環(huán)和銷孔的磨損檢查、鉸削及維修方法 |
摘要：活塞組件是保持燃燒室良好密封的關(guān)鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復(fù)運動，以帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。因此，在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環(huán)是最容易磨損的零件之一，活塞銷是受力最大的零件之一。因此，不管是什么級別的修理，只要分解到活塞組件，均需進行一般性檢查，以判斷活塞組件技術(shù)狀態(tài)是否完好，要不要更換。測量部位包括測深孔內(nèi)徑、小孔內(nèi)徑、窄槽寬度、外徑、槽寬、兩孔距、深度、厚度、圓度、錐度、同軸度、直線度、平面度、平行度、垂直度、通氣度和密封性等。
一、活塞組件的一般性檢查
活塞和活塞環(huán)是保持燃燒室良好密封的關(guān)鍵零件，它們在高溫高壓氣體作用下沿氣缸壁作高速往復(fù)運動，以帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。因此，在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環(huán)是最容易磨損的零件之一。因此，不管是常規(guī)檢查、保養(yǎng)，還是中修或大修，只要分解到活塞組件，均需進行一般性檢查，它主要有以下幾個方面。
1、活塞組件的分解
按照分解順序拆下氣缸體后，可從柴油機上取下活塞連桿組，如圖1所示。首先用尖嘴鉗施力夾住活塞銷擋圈槽內(nèi)的擋圈，將其取出。然后用螺絲刀或尖嘴鉗從另一個方向推出活塞銷，小心取出活塞，此時要細心，不要損壞活塞的工作表面。通常情況下，活塞銷能被輕輕推出。如果活塞銷由于銷孔變形等原因難以取出時，不要用錘子施力沖擊，更不能向連桿施加橫向力，避免造成連桿彎曲變形。正確的方法是：先用干凈的布頭墊在活塞下面，防止活塞銷擋圈等零件掉入曲軸箱內(nèi)，然后用活塞銷專用拆卸工具頂出活塞銷。倘若沒有活塞銷專用拆卸工具，可在被頂出的一側(cè)持一適當工具預(yù)先頂在活塞銷座處，再用小圓桿頂住活塞銷，用手錘輕輕敲擊活塞銷，直至其脫離活塞銷孔。
輕輕張開活塞環(huán)開口，直至活塞環(huán)內(nèi)圈大于活塞外徑，從開口的相反方向取出第一和第二道活塞環(huán)。因為活塞環(huán)材料較脆容易折斷，所以操作時要謹慎，最后取出油環(huán)組件?；钊h(huán)組件是重要的運動摩擦副零件，應(yīng)注意配對存放。
3、清除活塞表面積碳
活塞組件分解后，根據(jù)不同情況分別予以清洗或清潔處理?；钊敳坑蟹e碳，需要用不尖銳的竹器刮片或非金屬刮片小心去除，有條件時，可用專用清洗劑清洗?；钊h(huán)槽內(nèi)的積碳，可使用同機型的廢舊活塞環(huán)清除，但注意不要劃傷活塞表面。
4、檢查活塞表面的磨損情況
檢查活塞外表面是否有擦傷和劃痕。如果活塞裙部呈白色，說明該活塞磨損較輕微，可以繼續(xù)使用。倘若活塞表面有淺皮或輕微劃傷，而裙部有1/3處呈黑色，其表面有絲縷狀的磨痕，可用400”砂紙研磨修復(fù)，再測量其它相關(guān)尺寸，沒有超過使用極限尺寸后，可以繼續(xù)使用。如果活塞裙部有1/2以上呈黑色，則表明活塞磨損嚴重，應(yīng)修理或更換。
檢查活塞環(huán)槽是否有偏磨，如果磨損嚴重，則予以更換。同時還應(yīng)注意檢查油環(huán)槽內(nèi)的回油孔是否通暢。因為，如油環(huán)刮下來的潤滑油不能通過環(huán)槽內(nèi)的回油孔下泄，就會造成潤滑油上竄導(dǎo)致燒機油故障。否則，用高壓空氣清掃。
5、檢測活塞直徑
將活塞平放在工作臺面上，持千分尺在與活塞銷呈90°方向的活塞裙部下端的指定位置測定活塞外徑，如圖2所示。對于活塞裙部的指定位置，應(yīng)參照各機型柴油發(fā)電機使用維修手冊的規(guī)定。測量完活塞直徑后，再計算氣缸直徑尺寸，小于使用極限值必須予以更換。與活塞的配合間隙若大于使用極限值，應(yīng)更換或修理。
6、檢測活塞環(huán)閉口間隙
用活塞頭部將活塞環(huán)推入氣缸中，并保持活塞環(huán)的水平狀態(tài)（應(yīng)裝在磨損量最小的氣缸下部）。持塞尺片測量活塞環(huán)的閉口間隙，如果大于使用極限值，應(yīng)予以更換。
7、檢查活塞銷孔
持內(nèi)徑百分表測量活塞銷孔的內(nèi)徑。測量時，應(yīng)在x、y方向上測量，將測量的最大值作為活塞銷孔的內(nèi)徑，若大于使用極限值，應(yīng)予以更換。
8、檢測活塞銷外徑
在活塞銷和連桿小頭摩擦的3個不同位置，如圖3所示；測量活塞銷的外徑，如圖4所示。如果小于使用極限值，應(yīng)更換活塞銷。測量時，活塞銷孔的內(nèi)徑尺寸減去活塞銷的外徑尺寸即可得出其配合間隙的大小，若超過使用極限值，應(yīng)更換。此外，在測量四沖程柴油機活塞銷外徑時，應(yīng)結(jié)合測量連桿小頭孔的尺寸，將連桿小頭孔的內(nèi)徑減去活塞銷的外徑，即可得出配合間隙。如果超過使用極限值，應(yīng)更換。
9、檢查活塞銷擋圈
一般情況下，擋圈使用一次后，再次裝配時應(yīng)更換。如果手中沒有需要更換的配件，可以通過觀察擋圈在自由狀態(tài)下的直徑及是否變形等情況，倘若自由狀態(tài)下的直徑大于活塞銷孔直徑3mm以上，且擋圈四周沒有明顯的變形和擠壓傷痕等缺陷，可以繼續(xù)使用，否則應(yīng)更換。
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圖1 活塞組件拆卸示意圖 |
圖2 活塞外徑測定方法（千分尺） |
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圖3 活塞銷外徑測量示意圖 |
圖4 活塞銷外徑和長度測量位置點 |
二、活塞的常規(guī)修理
對于在以上檢查過程中不符合技術(shù)要求的零件，有的已經(jīng)損壞，需要更換。而有的沒有完全損壞，但也沒有達到使用極限值，可以根據(jù)情況適當修復(fù)。
1、活塞的修磨
有部分活塞由于柴油機吸入了少量的灰塵和細微雜質(zhì)，使其裙部和氣缸內(nèi)壁產(chǎn)生了輕微的拉毛和擦痕，測量活塞裙部尺寸沒有超過使用極限值，可用600～800*的砂紙摩擦修整。
2、活塞銷孔的鉸削
活塞銷分為全浮式和半浮式兩種結(jié)構(gòu)，其位置如圖5所示。如果活塞銷孔經(jīng)過測量已經(jīng)磨損過量，新的活塞銷放進去松曠，說明該活塞已經(jīng)不能繼續(xù)使用，測量方法如圖6所示。由于部分制造廠生產(chǎn)的活塞配件，銷孔留有一定的加工余量。當更換新活塞時，應(yīng)先用活塞銷試配一下，在確認活塞銷孔需鉸削后，可按以下工藝流程進行鉸削：
（1）根據(jù)活塞銷孔的實際尺寸，選擇合適規(guī)格的活絡(luò)鉸刀，以保證兩孔的同軸度。將活絡(luò)鉸刀夾在臺鉗上，調(diào)整鉸刀，使刀片上端露出活塞銷孔，最好用0～25 mm的外徑千分尺測量鉸刀的最大刃口，以便于控制其鉸削量。
（2）鉸削時，兩只手扶穩(wěn)活塞均勻輕壓施力，按順時針方向旋轉(zhuǎn)。當活塞銷下方與刀片下端接近平齊時，兩手仍按順時針方向朝著上方同時提起，使活塞從鉸刀脫出，避免鉸偏或起棱。調(diào)換活塞方向，重鉸一次。一般每次的鉸削量以0.02～0.04 mm（鋁合金活塞）為宜。然后，將活絡(luò)鉸刀上的調(diào)整螺母旋轉(zhuǎn)60°~90°，為防止鉸削量過大，應(yīng)用活塞銷試配，當接近配合要求時，鉸削量要減小。只要用手指能將活塞銷推到銷孔的1/3處時，則停止鉸削。
（3）對銷和孔是過渡配合的活塞，在鉸削完后，還應(yīng)熱裝試驗。先測量活塞的裙部尺寸，然后將活塞放入機油中加熱到100~120℃，并保溫15 min左右，取出活塞迅速將活塞銷裝入銷孔中，待零件完全冷卻后，再次測量活塞裙部尺寸的變化情況，其活塞裙部的圓度不得大于0.03mm。若超過，均屬配合過緊，可再略加鉸削。銷和孔為過渡配合的，裝配時，應(yīng)將活塞加溫至80℃左右，再裝入活塞銷。
3、檢修活塞銷
如果活塞銷外表沒有任何傷痕和磨損痕跡，只要測量其外徑不超過使用極限值，均可繼續(xù)使用，常用機型的活塞銷尺寸見表2。對部分外表有輕微拉傷或燒傷痕跡的活塞銷，可以用800*細砂紙輕輕打磨，且邊旋轉(zhuǎn)邊打磨，直至燒傷痕跡消失。如果經(jīng)過修磨不能消除傷痕，只有更換新的活塞銷。
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圖5 柴油機活塞銷和銷孔位置圖 |
圖6 活塞銷孔徑和外徑、間隙測量 |
三、活塞環(huán)檢修
1、銼修活塞環(huán)端口
活塞環(huán)是運動摩擦副零件，如果已經(jīng)超過使用極限值，必須更換。通?；钊h(huán)除了有標準尺寸外，有的生產(chǎn)廠家提供了加大級的修理尺寸，每一級加大0.25 mm，其尺寸標準一般都在包裝盒內(nèi)。經(jīng)過鏜缸修理的氣缸，應(yīng)選用同一級別的活塞環(huán)與之相配合。若是更換新環(huán)，要檢查端口間隙。如果閉口間隙太小，柴油機工作時受熱膨脹，其開口部分可能會頂?shù)揭黄?，極易導(dǎo)致漲缸故障。因此，當檢查到閉口間隙不符合該機型使用說明書標準值時，要銼修端口，其操作方法，如圖7所示，在銼修過程中必須經(jīng)常檢查，防止端口間隙過大。常用機型活塞環(huán)開口間隙可參考使用說明書。通常情況下，活塞環(huán)的最小開口間隙取值為0.0038×D（D為氣缸直徑），使用極限值為（0.0038×D）×2.5。經(jīng)過銼修的開口應(yīng)平整，開口合攏不能有偏斜的現(xiàn)象，更不允許有外喇叭口。銼修后，應(yīng)去掉端口間的毛刺，并作0.2～0.3 mm的圓弧倒角。
2、檢測環(huán)槽側(cè)隙
銼修好的活塞環(huán)經(jīng)清洗干凈后，還必須檢查活塞環(huán)的側(cè)隙磨損量是否符合標準，如圖8所示。先將活塞環(huán)放在環(huán)槽內(nèi)作四周轉(zhuǎn)動，在不發(fā)卡、不呆滯的情況下，用塞尺規(guī)測量其間隙。
修理發(fā)電機組時，如果說明書沒有詳細說明，一般可用經(jīng)驗值作為參考?；钊h(huán)和活塞環(huán)槽的經(jīng)驗值為：缸徑≤60mm，水冷機取≤0.03 mm，風冷機取≤0.04mm，使用極限值為0.10mm；缸徑≥60mm，水冷機取≤0.04 mm，風冷機取≤0.05 mm，使用極限值為0.12 mm。如果活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間最寬處和最狹處相差大于0.05mm時，說明環(huán)槽已嚴重變形，應(yīng)更換活塞。
如活塞環(huán)在清潔的環(huán)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動時有發(fā)卡現(xiàn)象，或測量其側(cè)隙小于0.02 mm時，應(yīng)修磨。修磨時，可將活塞環(huán)放在鋪有400*～600*細砂紙的平板上，用手均勻施壓，往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動相結(jié)合，運動軌跡呈“8”字形，且邊磨邊轉(zhuǎn)動活塞環(huán)的方向，同時過一會兒要測量一下環(huán)的高度，避免磨得過多，直至符合標準值為止。
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圖7 柴油機活塞環(huán)端口銼修 |
圖8 柴油機活塞環(huán)槽磨損示意圖 |
四、活塞組件的針對性檢查
針對性檢查，是指柴油機出現(xiàn)故障或懷疑存在某種故障時，對其總成或分解后進行的針對性檢查。
1、活塞壓縮高度的檢測
由于各型柴油機的壓縮比和承載的熱負荷不同，即使是直徑相同的活塞，在相關(guān)尺寸上也是有差別的。其中，活塞的壓縮高度是活塞零件中的一個重要尺寸，它會影響柴油機的壓縮比和點火提前角。因此，更換活塞時一定要測量活塞的壓縮高度。
2、檢查活塞頭部跳動
活塞頭部一般比活塞裙部小約0.3～0.4 mm，主要是考慮到活塞頂部燃燒膨脹溫度較高的緣故。如果活塞頭部相對于裙部跳動過大，會引起活塞在換向時與氣缸壁相碰，從而引發(fā)異響。為此，應(yīng)利用活塞下部的定位止口測量。
在活塞的結(jié)構(gòu)中，活塞裙部的下口有一個車出的止口，這是活塞加工的基準?？绍囍埔粋€平行塊規(guī)連同活塞件靠在一垂直塊的側(cè)面，將磁性百分表擱在活塞頭部（即第一道活塞環(huán)槽以上的外圓面）的最高點上不動，此時用手轉(zhuǎn)動平行塊規(guī)（連同活塞）1周以上，并注意觀察百分表指針的讀數(shù)值。若活塞頭部的跳動值超過0.05 mm，則說明該活塞明顯存在加工缺陷，應(yīng)予以更換。
3、檢測活塞壁厚
活塞裙部是緊靠氣缸壁上下運動的，因此，要求活塞裙部的兩側(cè)面的壁厚均勻（相差不超過0.20 mm）。這樣，柴油機工作后，活塞裙部緊靠氣缸壁兩側(cè)的熱膨脹才會保持一致。測量時，可以使用游標卡尺測量。
4、檢測活塞頂部厚度
活塞的頂部厚度是承受燃燒爆炸壓力的部位，其頂部厚度尺寸非常重要，如果厚度尺寸過小，活塞頂部極易在高溫、高壓環(huán)境下受熱膨脹變形。測量時，可以利用活塞銷孔為中心測量，有條件時，車制一個中間帶孔（便于游標卡尺的測量爪伸入）的平行塊規(guī)測量。用活塞的總高度減去活塞底部至活塞頂內(nèi)腔的尺寸，就可得到活塞頂?shù)暮穸?。如果活塞頂厚度小?.5 mm，最好不要裝配使用。其步驟是使用活塞環(huán)槽磨損量規(guī)（零件號 3824846）和152 至177mm的千分尺檢查頂部環(huán)槽（壓縮環(huán)）。當活塞溫度在 21°C時，分別在相隔 90 度的兩個位置測量頂部和第二環(huán)槽（跨棒距法），如圖9所示。
5、檢測活塞環(huán)槽寬度和底徑（即深度）
在柴油機工作過程中，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽上下兩側(cè)面相接觸，如果環(huán)槽過寬或過窄，都會對活塞環(huán)的自由運動和密封性能產(chǎn)生一定的影響。而活塞環(huán)在作徑向運動時，其活塞環(huán)槽的底徑與活塞環(huán)的內(nèi)徑又必須留有一定的間隙（即活塞環(huán)的背隙）。因此，應(yīng)對活塞環(huán)槽的寬度和底徑分別測量。
（1）檢測活塞環(huán)槽寬度
可用一新活塞環(huán)插入所要檢測的活塞環(huán)槽內(nèi)。然后持塞尺片插入活塞環(huán)與環(huán)槽之間，檢測其間隙，如圖10所示。如果測量的側(cè)隙過大，說明活塞環(huán)槽寬度磨損嚴重，已超過使用極限值，應(yīng)更換活塞。
（2）檢測活塞環(huán)槽底徑（即深度）
由于活塞環(huán)槽寬度只有1 mm，一般測量卡尺伸不進去，可將活塞環(huán)外圓嵌入活塞環(huán)槽底部，活塞環(huán)沉入環(huán)槽內(nèi)的數(shù)值即為其背隙，氣環(huán)背隙值為DK+0.5，油環(huán)背隙值為DK+1.5。其中，D為氣缸直徑；K為常數(shù)，鋁合金活塞取0.006、鑄鐵活塞取0.004?？紤]到實際測量比較困難，建議找一段長度約為150 mm的電線，剝?nèi)ネ馄?，取電線中間的線徑為活塞環(huán)背隙值相近的銅芯線（約0.40～50mm），一頭彎成與活塞環(huán)槽底徑相同的圓弧狀，先墊在環(huán)槽內(nèi)。然后，將活塞環(huán)外圓抵到預(yù)先墊在環(huán)槽內(nèi)的銅芯線上，如果環(huán)的內(nèi)側(cè)面正好與活塞外圓面相平，測量墊在環(huán)槽內(nèi)的銅芯線尺寸即可。倘若環(huán)的內(nèi)側(cè)面高于活塞外圓面，可取出環(huán)槽內(nèi)的銅芯線，用小錘輕輕均勻拍打，使銅芯線直徑變細，測量其直徑后，放入環(huán)槽內(nèi)，再按以上方法檢驗，直至環(huán)的內(nèi)側(cè)面與活塞外圓面正好齊平。如果檢查結(jié)果正常，還需將活塞環(huán)沿著活塞環(huán)槽的四周滾動一圈，如發(fā)現(xiàn)其背隙值有大有小，即可判定為活塞環(huán)槽底徑與裙部外徑不同心。若活塞環(huán)與環(huán)槽的背隙值差超過0.30mm，應(yīng)更換活塞。
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圖9 柴油機活塞環(huán)槽測量 |
圖10 活塞環(huán)油環(huán)槽寬度測量 |
總結(jié)：
在柴油機各運動機件中，活塞和活塞環(huán)（氣環(huán)、油環(huán)）是最容易磨損的零件之一，活塞銷是受力最大的零件之一。因此在柴油機活塞組件更換時一定要進行相關(guān)的檢測，根據(jù)判定標準進行判斷是否需要更換相關(guān)組件。另外，售后維修出現(xiàn)的故障現(xiàn)象往往十分復(fù)雜，應(yīng)由簡單到復(fù)雜的邏輯進行排查和維修，從而節(jié)約維修時間，提高維修效率。
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