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汽缸套的磨損主要集中在軸向方向和徑向方向。
1.氣缸套正常磨損的規律
(1)軸向截面的磨損規律:沿著氣缸套軸向方向,在活塞環的有效行程范圍里呈上大下小趨勢,即磨成一定的錐度。在第一道活塞環最上點略下處磨損最大,氣缸活塞環接觸不到的部位幾乎沒有磨損,于是形成了“缸肩”。而最后一道活塞環以下部位幾乎沒有磨損。
(2)徑向截面的磨損規律:在平行于氣缸圓周方向的橫截面上,氣缸磨損不均勻,磨損成不規則的橢圓形。一般是前后或左右方向磨損最大。
(3)在同一臺發動機上,不同氣缸磨損情況也不相同,一般水冷式發動機的第一缸前壁和最后一缸的后壁處磨損較嚴重。
2.氣缸正常磨損的原因。
(1)氣缸磨損成錐角的原因。
①摩擦力不等的影響:做功行程中,燃燒的高壓氣體通過活塞環間隙與活塞環與活塞之間的配合間隙,穿入活塞環背面,增大了活塞環對氣缸壁的壓力,活塞在上止點處,第一道活塞環對氣缸壁的壓力最大,可達2940kpa,第二道活塞環為735kpa,第三道活塞環為294kpa。隨著活塞的下行,工作氣壓逐漸降低,活塞環對氣缸壁的壓力也隨之下降,由于活塞環對氣缸壁的正壓力大,摩擦力也隨之增大大,氣缸摩擦損失增加,所以越靠近氣缸上部磨損越嚴重。
②潤滑條件不同的影響:活塞在它的工作行程中,不僅壓力由大逐漸減小,而且溫度也由上而下逐漸降低,活塞處在上止點時,燃燒室的高溫使潤滑油稀釋而流失,并且上部高壓氣體的吹襲作用強,更促使稀釋的潤滑油被吹襲流掉,同時在燃燒氣體作用下潤滑油還有可能被燒掉。這就使氣缸上部出現干摩擦,向下逐漸出現半干摩擦和液體摩擦。造成活塞環在上止點處氣缸壁磨損劇烈,向下則逐漸減輕。
③腐蝕磨損的影響:氣缸內可燃混合氣燃燒后,產生的水蒸氣和酸性氧化物(如二氧化碳,二氧化硫,二氧化氮),溶于水而生成礦物酸,在燃燒過程中還生成有機酸(如硫酸,碳酸等)這些酸性物質附在氣缸表面,對氣缸表面產生腐蝕作用,氣缸表面經腐蝕后形成松散的組織,在摩擦中逐步被活塞環刮掉。而在氣缸的上部不能完全被潤滑油膜覆蓋,其腐蝕作用更加嚴重。礦物酸的生成及其對磨損的影響與氣缸工作溫度有直接關系。冷卻液溫度低于80℃時,在氣缸壁表面易形成水珠。酸性氧化物溶于水而生成酸,這種作用隨發動機冷卻液溫度的降低而增加。
④多缸發動機各缸磨損不均勻,往往是冷卻充分的氣缸磨損更大,其主要原因是腐蝕磨損。一般水冷式發動機,第一缸前部和最后一缸后部冷卻強度大,其磨損也較大,特別是長期在低溫環境下工作時,對磨損的影響尤其劇烈。
綜上所述,氣缸上部磨損最嚴重,特別是第一道環相對氣缸表面,工作條件最差,其磨損也最嚴重。
(2)氣缸磨損成橢圓形的原因:在氣缸橫斷面上即氣缸的圓周方向上。磨損往往呈不規則的橢圓形,它與發動機的工作條件,結構等因素有關。
①做功行程時側壓力的影響。活塞在做功行程時,以很大側壓力壓向氣缸壁,這樣就破壞了潤滑油膜,增加了氣缸的磨損。
②曲軸軸向應力的影響。曲軸不斷前后移動,加上曲軸的彎曲變形,造成活塞和活塞環在汽缸套內部產生不規則的運動,使氣缸磨損形成的橢圓的長軸在曲軸軸線方向上。
3.氣缸套早期磨損的原因
(1)潤滑油濾清器濾清效果差。若潤滑油濾清器工作不正常,潤滑油得不到有效的過濾,潤滑油中的機械雜質和發動機自身的磨屑等,進入缸壁間造成磨料磨損。
(2)空氣濾清器濾清效率低。空氣濾清器的作用是清除進入氣缸的空氣中所含的塵土和沙粒,以減少氣缸、活塞和活塞環等零件的磨損。實驗表明,發動機若不裝空氣濾清器,氣缸的磨損將增加6-8倍。空氣濾清器長期得不到清潔保養,進氣支管,膠管有破損,濾清效果差,將加速氣缸套的磨損。
(3)長時間低溫運轉。長時間地低溫運轉,一是造成燃燒不良,積碳從氣缸套上部開始蔓延,使氣缸套上部產生嚴重的磨料磨損;二是引起電化學腐蝕。
(4)柴油發動機經常處于高負荷狀態下運轉。發動機溫度一直處在95℃運轉,潤滑油變稀,氣缸套與活塞環在高溫潤滑不良的條件下相對滑動,形成局部高溫,發生熔融磨損,嚴重時會引起“拉缸”。
(5)長時間怠速運轉。當發動機長時間怠速運轉時,由于溫度低,機油粘度大,流動性差,使機油泵供油不足。同時,原氣缸壁上的機油在停車后沿氣缸壁下流,因此在起動的瞬間得不到正常工作時那樣良好的潤滑,致使起動時氣缸璧磨損大大增加。發動機機體溫度過低,潤滑效果差,燃燒,產生積碳多,加速了氣缸的早期磨損。
(6)低溫啟動頻繁。柴油中的含硫量過高,容易生成腐蝕性氣體,造成腐蝕磨損,這種磨損多發生在氣缸的上,中部,要比正常磨損大1-2倍。并且冷卻液溫度過低,會使最大磨損部位下移,氣缸周圍溫度不均衡,使氣缸斷面的磨損不一樣而使圓度誤差加大,冷卻液強度高的方向磨損大。
(7)潤滑不好。不定期更換機油,所用的機油牌號不符合要求或機油太臟,變質,機油中有水等原因,使活塞與氣缸之間潤滑惡化。其磨損量比正常值大3-4倍。
(8)新的或大修后的發動機沒有經過嚴格的磨合試運轉就投入作業,造成氣缸等零件的早期磨損。
(9)維修不當引起的磨損
①氣缸套安裝位置不當。在安裝氣缸套時,若存在安裝誤差,氣缸中心線和曲軸軸線不垂直,會造成氣缸套非正常磨損。
②連桿銅套孔偏斜。在修理中,鉸削連桿小頭銅套時,鉸刀傾斜而造成連桿銅套孔偏斜,活塞銷中心線與連桿小頭中心線不平行,迫使活塞向氣缸套的某一邊傾斜,也會造成氣缸套非正常磨損。
③連桿彎曲變形。由于飛車事故或其它原因,受撞擊的連桿會產生彎曲變形,若不及時校正而繼續使用,也會加速氣缸套的磨損。
④曲軸連桿軸頸和主軸頸不平行。發動機因燒瓦等原因,會使曲軸因受到劇烈的沖擊而變形,若不及時校正而繼續使用,同樣會加速氣缸套磨損。
4.減輕氣缸套早期磨損的措施
(1)正確起動和起步發動機。初次起動時,應先使發動機空轉幾圈,待摩擦表面得到潤滑后再起動。起動后應怠速運轉升溫,嚴禁使用大油門,待機油溫度達到40℃時再起步;起步應堅持掛低速檔,直到油溫正常,方可轉為正常作業。
(2)正確選用潤滑油。要嚴格按季節和發動機性能要求選用最佳粘度值的潤滑油,不可隨意購用劣質潤滑油。換油的同時也應清潔或更換機油濾清器。經常檢查和保持潤滑油的數量與質量。
(3)加強濾清器的保養。使空氣濾清器、機油濾清器和燃油濾清器保持良好的工作狀態,對減輕氣缸套的磨損至關重要。加強對“三濾”的保養,是防止機械雜質進入氣缸,減輕氣缸磨損,延長發動機使用壽命的一項重要措施,在作業條件惡劣和多風沙地區尤為重要。
(4)保持發動機正常工作溫度。發動機的正常工作溫度應處在80-90℃。溫度過低,不能保持良好的潤滑,會增大氣缸壁的磨損,氣缸內的水蒸氣易凝結成水珠,溶解廢氣中的酸性氣體分子,生成酸性物質,使氣缸璧受到腐蝕磨損。試驗表明,當氣缸璧溫度由90℃降到50℃時,氣缸磨損量為90℃時的4倍。溫度過高,會使氣缸強度降低而加劇磨損,甚至可能使活塞過度膨脹而造成“脹缸”事故。
(5)提高維修質量,嚴格按技術規范和標準實施作業。在使用過程中。及時發現問題及時予以排除,隨時更換或維修損壞和變形的配件。安裝氣缸套時要嚴格按技術要求檢驗和裝配。在保修換環作業中,要選用彈力適當的活塞環,彈力過小,使燃氣竄入曲軸箱吹落氣缸壁上的機油,增大氣缸壁磨損;彈力過大,直接加劇氣缸壁的磨損,或因氣缸壁上的油膜遭到破壞而加劇其磨損。
結束語:氣缸套是在潤滑不良,高溫,高壓,交變載荷和腐蝕物質作用下工作的,一般情況下,粘著磨損和腐蝕磨損是氣缸套的主要損壞形式。維修保養和使用不當是造成早期過度磨損主要原因,只有了解,掌握了氣缸套的正常磨損和早期非正常磨損的規律,原因和預防措施。才能在設備使用過程中,全員參與,科學規范的使用和維修保養設備,才能不斷提高發動機的使用壽命。提高設備的使用經濟性。
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