氣缸常見失效形式
作者： | 時間：2021-03-24 14:20:08
氣缸常見失效形式
氣缸常見的失效形式有五種。
(1)氣缸套外壁沉積水垢 水垢的主要成分是CaCO3、 MgCO3、CaSO4 和MgSO4等不溶于水的物質。
①水垢產生的主要原因冷 卻水中含有礦物質，在高溫作用下沉積下來，牢固地附著在氣缸套的外表面上。
②氣缸套外壁沉積水垢的危害水 套容積變小，循環(huán)阻力增加，冷卻效果下降。經(jīng)測定:水垢的傳熱系數(shù)僅為鋼鐵傳熱系數(shù)的1/25。
③水垢的處理在檢修柴油機時，應仔細將附著在氣缸套外壁的水垢清理干凈。為了減小其影響，柴油機應使用含礦物質少的冷卻水或將硬水軟化，盡量不用硬水(含礦 物質多的水)。有關水垢的清除方法及硬水的軟化步驟，將在“冷卻系統(tǒng)”章節(jié)中詳細講解。
(2)濕式缸套的穴蝕
①穴蝕的概念 所謂濕式缸套的穴蝕，是指柴油機使用一段時間(情況嚴重時，往往在高負荷下運轉幾十小時)后，在氣缸套外表面沿連桿擺動方向兩側，出現(xiàn)的蜂窩狀的孔群(通常其直徑為1~5mm,深度達2~ 3mm)。有時，柴油機的氣缸內壁尚未使用到磨損極限，即被穴蝕所擊穿。
②穴蝕產生的原因
a.氣缸套材料內，存在微觀小孔、裂紋和溝槽。
b.機器運轉時，缸套振動。
機器運轉時，由于燃燒爆發(fā)的沖擊以及活塞上下運動時的敲擊，引缸套的穴蝕起缸套振動，使缸套外壁上的冷卻水附層，產生局部的高壓和高真空,在高真空作用下，冷卻水蒸發(fā)成氣泡，有的真空泡和氣泡受振動擠人或直接發(fā)生在缸套外壁微小的針孔內，當它們受高壓沖擊而破裂時，就在破裂區(qū)附近產生壓力沖擊波，其壓力可達數(shù)十個大氣壓，它以極短的時間沖擊氣缸外壁，對氣缸產生強烈的破壞力。這樣經(jīng)常不斷地反復作用，使金屬表面出現(xiàn)急速的疲勞破壞，而產生穴蝕現(xiàn)象。
如果氣缸套被穴蝕擊穿，就會產生比較大的危害:水進入氣缸、機器搖不動。當前，對氣缸套的穴蝕還缺少行之有效的解決方法，只能采取此方法或措施來預防或減少穴蝕對氣缸套的破壞作用。
③預防或減少穴蝕的措施
a. 減小氣缸套的振動。盡量減小活塞與氣缸及氣缸套與氣缸體之間的配合間隙;減輕活塞重量;在重量和結構允許的情況下，適當選用厚壁缸套以及改善曲軸平衡效果等來減小氣缸套的振動。
b.提高氣缸套的抗穴蝕能力。采用較致密的材料以及在氣缸外壁涂保護層、鍍鉻和滲氮等方法來提高氣缸套的抗穴蝕能力。
C.在冷卻水中加抗蝕劑。
d. 保持適當?shù)睦鋮s水溫。水溫低，穴蝕傾向嚴重:水溫在90C左右為宜，因為當水溫高時，水中產生氣泡，能起到氣墊緩沖作用，減輕穴蝕。
盡管以上有這么多預防穴蝕的措施，但是氣缸套的穴蝕現(xiàn)象往往是不可避免的，在拆卸氣缸套時應注意檢查穴蝕情況，若不嚴重可將氣缸套安裝方向調轉90° (即將穴蝕表面轉到與連桿擺動面的垂直方向上)繼續(xù)使用，否則，應更換氣缸套。
(3)拉缸
①什么是拉缸所謂拉缸是指 在氣缸套內壁上，沿活塞移動方向，出現(xiàn)一些深淺不同的溝紋。
②拉缸產生的原因
a. 柴油機磨合時沒有嚴格按照其磨合工藝進行。
b.活塞與氣缸套間的配合間隙過小。
c. 活塞環(huán)開口間隙過小，以致刮壞氣缸壁。
d. 機器在過低溫度下啟動，以致潤滑油膜不能形成，產生干摩擦或半干摩擦。
e.機器在工作過程中產生過熱現(xiàn)象，使缸壁上的油膜遭到破壞。
f. 空氣、燃油、機油沒有很好過濾，將固體顆粒帶入氣缸。
柴油機產生拉缸后，其危害必然是影響氣缸的密封。
③防止拉缸的措施
a. 正確裝配。比如:活塞與氣缸套間的配合間隙以及活塞環(huán)的開口間隙等，各種柴油機都有明確的規(guī)定，在裝配時應特別注意。
b.嚴格按照操作規(guī)程使用機組。
只要按照規(guī)定正確裝配柴油機，嚴格按照操作規(guī)程使用機組，拉缸現(xiàn)象是完全可以避免的。(4) 裂紋
①裂紋產生的原因
a.制造或材料質量不合格，也就是通常說的偽劣產品。
b.使用操作不當。比如:柴油機在運轉過程中，發(fā)生水量不足，甚至斷水現(xiàn)象時，使柴油機過熱，在這種情況下，若突然加人冷水，使缸套驟冷收縮，就會產生裂紋:或者，當柴油機長時間超負荷運轉，機械負荷與熱負荷急劇增大，也會造成氣缸套產生裂紋。
②氣缸產生裂紋的危害氣缸產生裂紋后， 往往會帶來比較業(yè)重的后果。
③防止缸套裂紋產生的措施嚴格按照操作規(guī)程管理機組;保證柴油機正常冷卻，嚴禁長時間超負荷運行。
(5)磨損磨損是氣缸最主要的失效形式，判斷柴油機是否需要大修，主要取決于氣缸的磨損程度。因此，研究氣缸磨損原因，掌握其磨損規(guī)律，不僅對檢驗氣缸磨損程度有一定意義，更重要的是為了針對氣缸磨損的原因與規(guī)律，在柴油機維修、管理和使用中采取有效措施，減少氣缸的磨損，延長發(fā)動機的使用壽命。
①氣缸的磨損規(guī)律人們通過廣 泛的理論研究和實踐，發(fā)現(xiàn)氣缸的磨損主要有以下規(guī)律。a.沿長度方向成“錐形”。圖3-20是氣缸沿長度方向磨損示意圖，圖中的陰影部分表示磨損量，由圖可知:在活塞環(huán)運動區(qū)域內磨損較大;這種磨損是不均勻的，上重，下輕，使氣缸沿長度方向成“錐形”;其最大磨損發(fā)生在活塞處于上止點時，與第一道活塞環(huán)相對的氣缸壁稍下處;最小的磨損發(fā)生在氣缸的最下部，即活塞行程以外的氣缸壁。
b. 沿圓周方向“失圓”。氣缸沿圓周方向的磨損規(guī)律如圖3-21所示，由圖可知，氣缸體在正常情況下，從氣缸的平面看，沿圓周方向的磨損也不均勻，有的方向磨損較大，有的方向磨損較小，使氣缸橫斷面呈失圓狀態(tài)，在通常情況下，氣缸橫斷面磨損最大部位是:與進氣門相對的氣缸壁附近以及沿連桿擺動方向的氣缸壁兩側。
a.若裂紋處漏水，冷卻水進人氣缸內，將在氣缸內產生“水墊”現(xiàn)象，造成“頂缸”事故(水的壓縮性極小，當其被活塞推動上移時，會產生很大壓力)，使連桿頂彎或損壞柴油機的其他零件。
b.水漏到曲軸箱內，混入機油中，破壞機油潤滑性能，造成燒瓦等嚴重事故。
c. 在活塞環(huán)不接觸的上面，幾乎沒有磨損而形成“缸肩”。在氣缸的最上沿，不與活塞接觸的部位，幾乎沒有磨損。柴油機經(jīng)長時間工作后，在第-道活塞環(huán)的上方，形成明顯的臺階，這一臺階俗稱為“缸肩”。
d.對多缸機而言，各缸磨損不一致。這主要是由各缸的工作性能、冷卻強度、裝配等不可能完全一致而造成的。
以上四條氣缸的磨損規(guī)律，嚴重影響柴油機工作性能的是前兩者，即錐形度和失圓度，當其超過一定范圍后， 將破壞活塞、活塞環(huán)同氣缸的正常配合，使活塞環(huán)不能嚴密地緊壓在氣缸壁上，造成漏氣和竄機油，嚴重時還會產生“敲缸”， 使柴油機耗油量增加，功率顯著下降，以致不能正常工作，甚至造成事故。
②氣缸錐形磨損的原因活塞、 活塞環(huán)和氣缸是在高溫、高壓和潤滑不足的條件下工作的，由于活塞、活塞環(huán)在氣缸內高速往復運動，使氣缸工作表面發(fā)生磨損。
a. 活塞環(huán)的背壓力。柴油機在壓縮和做功沖程中，氣體竄人活塞環(huán)后面，因而劇烈地增加了活塞環(huán)在氣缸壁上的單位壓力，如某型號柴油機在燃燒過程中各道活塞環(huán)背面壓力分布情況，當氣缸內的燃燒壓力為7.5MPs (758g/am2)時，第一道活塞環(huán)的背壓力為6MPs (6obg/Cn2),第二道活塞環(huán)的背壓力為1.5MPa(15kg/em2)，第三道活塞環(huán)的背壓力0. 5MPa (5kgf/cm2)。 由于在第一道活塞環(huán)處氣缸壁的單位壓力最大，將潤滑油擠出，潤滑不良;同時，活塞環(huán)對氣缸壁的壓力也是上大下小， 因此，氣缸的磨損也是上大下小，形成“誰形”，而且氣缸唐損最大處應在活寒處于上止點時，與第一道活塞環(huán)相對應的位置才對，但在高速柴油機中，由于活塞環(huán)背面最高壓力的產生落后于氣缸內最高壓力的產生，所以氣缸沿長度方向的最大磨損發(fā)生在活寒處于上止點時，與第一道活塞環(huán)相對的氣缸壁稍下處(距氣缸體頂平面10mm左右)。
b.潤滑油的影響。氣缸上部由于靠近燃燒室，溫度高，潤滑油在燃燒氣體作用下有一部分被燃燒掉。同時，氣缸上部形成油膜的條件差，受高溫影響，潤滑油變稀，黏度下降，油膜不易保持，再者，可燃混合氣進入氣缸時，混合氣中所含的細小油滴不斷沖刷缸壁，使油膜強度減弱，從而使活塞與氣缸間形成半干摩擦、邊界摩擦甚至干摩擦條件下工作，從而使氣缸上部的磨損較大，沿長度方向成“錐形”。
此外，活塞與活塞環(huán)運動速度的變化，也使氣缸工作表面不能形成穩(wěn)定的潤滑油膜?；钊ぷ鲿r，在上、下止點的速度為零，而中間速度很大，另外發(fā)動機在啟動、怠速和正常工作時，速度變化范圍也很大，這有可能使?jié)櫥湍ぴ獾狡茐模铀贇飧坠ぷ鞅砻娴哪p。而氣缸上部潤滑油不易達到，所以磨損更大。
C. 腐蝕磨損。氣缸內可燃混合氣燃燒后，產生的水蒸氣與酸性氧化物CO2、SO2 和NO2等發(fā)生化學反應生成礦物酸，此外燃燒過程中還生成有機酸如蟻酸、醋酸等，它們對氣缸工作表面產生腐蝕作用，氣缸表面經(jīng)腐蝕后形成松散的組織，在摩擦中逐步被活塞環(huán)刮掉。
礦物酸的生成及對磨損的影響與其工作溫度有直接關系。當冷卻水溫低于80C時，在氣缸壁表面易形成水珠，酸性氧化物溶于水而生成酸，對氣缸壁產生腐蝕作用，溫度越低，酸性物質越容易生成，腐蝕作用也就越大。
再者，當供油量過大，沒有燃燒完的燃油轉變成氣體時，使氣缸內的溫度降低很多，同時，對氣缸壁油膜的沖刷作用也較大，造成氣缸的磨損。
由于越靠近氣缸上部，上面所講的三個因素的影響作用也越大，所以造成了氣缸上部的磨損比下部大，沿長度方向呈“錐形”。
d.磨料磨損。若空氣濾清器和機油濾清器保養(yǎng)不當，空氣中的灰塵便進人氣缸或曲軸箱，形成有害磨料:與此同時，發(fā)動機在工作過程中，自身也要產生一些磨屑， 這些磨料大都黏附在氣征壁上，而且在氣虹上部空氣帶人的磨料多，其校角也鋒利，造成氣缸上部磨損比較嚴重，使氣缸沿長度方向呈“錐形”。
③氣缸失圓磨損的原因在氣缸橫斷而圓周方向的 “失圓”磨損，往往是不規(guī)則的橢圓形，它與發(fā)動機的結構和工作條件等因素有關。
a.活塞側壓力的影響。無論是壓縮或膨脹行程，由于活塞側壓力作用于氣缸壁的左方或右方(其方向均與曲軸軸線垂直)，破壞了潤滑油膜，加快了氣缸兩側的磨損，從而使氣缸沿圓周方向“失圓”。有些發(fā)動機為減少這一磨損， 加強了對它的噴濺潤滑。
b.結構因素的影響。對于側置氣門式發(fā)動機，由于進入氣缸內的新鮮混合氣對進氣門相對的氣缸壁附近的沖刷作用，使其溫度降低，再加之混合氣中細小油滴對潤滑膜的破壞，給酸性物質產生創(chuàng)造了條件，并且使酸性物質有可能直接腐蝕氣缸壁，加速了該處磨損，因此，與進氣門相對的氣缸壁附近，以及在冷卻水套與冷卻效率最大的氣缸壁附近磨損最大，從而使氣缸沿圓周方向“失圓”，圖3-21是側置氣門式發(fā)動機各氣缸橫斷面磨損情況示意圖。正因如此，不同結構的柴油機，氣缸“失圓”的長短軸是不一樣的。
c.裝配質量的影響。曲柄連桿機構組裝時不符合裝配技術要求，如連桿的彎曲、扭曲過量;連桿軸頸錐形過大;氣缸或主軸承中心線與曲軸中心線不垂直;氣缸套安裝不正;曲軸軸向間隙過大等都會造成氣缸的偏磨現(xiàn)象。
④減少氣缸磨損的方法由以 上分析可以看出:氣缸磨損在柴油機使用過程中是客觀存在，不可避免的，但在實際工作中，應盡量想辦法來減少其磨損。
a.冷機啟動前，先手搖曲軸使?jié)櫥瓦M人潤滑機件表面，啟動后，先低速運轉，溫度升高后，再加負載;工作中，使機器保持正常溫度。
b.及時清洗空氣濾清器，經(jīng)常檢查機油的數(shù)量和質量。
c.保證修理質量及正常的配合間隙，在修理和裝配過程中，應做到:氣缸中心線與曲軸中心線垂直;曲軸和連桿不能彎曲和扭曲;活塞銷、連桿簡套、連桿瓦應裝正，保證曲軸中心線與氣缸中心線垂直;氣缸要有-定的精度和光潔度。
如果在修理或裝配時，做不到以上幾點，將造成活塞在氣缸中形成不正常的運動，使氣缸加速磨損。因此，在修理過程中，必須以精益求精、一絲不茍的精神認真修理，確保修理質量。一旦氣缸磨損比較嚴重，就應對氣缸進行檢驗和修理。
